不間斷電源UPS

不間斷電源UPS

UPS是包含能量存儲設(shè)備的不間斷電源。主要用于為一些對電源穩(wěn)定性要求較高的設(shè)備提供不間斷電源。

當(dāng)電源輸入正常時(shí)，UPS向負(fù)載提供電源電壓調(diào)節(jié)器。此時(shí)，UPS是一個(gè)交流電壓調(diào)節(jié)器，它還為機(jī)器內(nèi)的電池充電。當(dāng)電源中斷（意外電源故障）時(shí)，UPS通過逆變器切換電池的直流電源，并立即向負(fù)載提供220V交流電源，以保持負(fù)載正常工作并保護(hù)負(fù)載的硬件和軟件。UPS設(shè)備通常提供高壓或低壓保護(hù)。

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工作原理

它的基本結(jié)構(gòu)是一組將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的整流器和充電器，以及將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的逆變器。電池在正常交流供電期間儲存能量，并將其保持在正常充電電壓。電池立即向逆變器供電，以確保UPS的交流輸出電壓。下圖顯示了UPS的工作條件（以在線UPS電源為例）。

（1） 當(dāng)電源在UPS的允許范圍內(nèi)正常供電時(shí)，粗線描述電源的能量流向。

（2） 當(dāng)主電源發(fā)生故障時(shí)，即主電源切斷時(shí)，電源將立即切換到逆變器提供能量

（3） 當(dāng)負(fù)載過重或電源中的逆變器發(fā)生故障時(shí)，UPS將打開旁路并直接從主電源供電，

連接方法

（1） 單個(gè)UPS電源可以向所有負(fù)載供電。連接方式相對簡單。

（2） 總負(fù)載電源需要兩個(gè)或多個(gè)UPS電源，這種連接模式稱為并行無備份模式。

（3） 兩個(gè)或多個(gè)UPS電源的總?cè)萘看笥谪?fù)載的總?cè)萘?，但系統(tǒng)容量必須大于負(fù)載的總?cè)萘俊．?dāng)任何UPS電源發(fā)生故障時(shí)，剩余的UPS電源仍可提供全部電源，如圖6所示。這種連接稱為并行備份。

（4） 當(dāng)整個(gè)UPS電源系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，電源將與UPS電源斷開，并直接連接到負(fù)載上，而不影響UPS電源系統(tǒng)的維護(hù)。

UPS電源系統(tǒng)正常時(shí)，維護(hù)開關(guān)為on，輸入開關(guān)和輸出開關(guān)為on。UPS電源系統(tǒng)故障時(shí)，維護(hù)開關(guān)接通，輸入開關(guān)和輸出開關(guān)接通。這樣既保證了電力負(fù)荷的正常運(yùn)行，又不影響UPS電力系統(tǒng)故障的在線維護(hù)。

作用

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)對電源的要求越來越高，UPS越來越受到重視，并逐漸發(fā)展成為具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、濾波、抗電磁和射頻干擾等功能的電源保護(hù)系統(tǒng)，電壓沖浪電阻等。特別是在電網(wǎng)線路和供電質(zhì)量不太高、抗干擾技術(shù)落后的情況下，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對供電有較高的要求，UPS的作用更為明顯。

UPS的保護(hù)功能首先反映在主電源的電壓調(diào)節(jié)中。UPS輸入電壓范圍為170V至250V。輸出電源的質(zhì)量很高。備用UPS的輸出電壓為5%-8%，輸出頻率為1Hz。

在線UPS的輸出電壓在3%以內(nèi)，輸出頻率為0.5Hz。當(dāng)市電正常時(shí)，UPS電源相當(dāng)于交流市電調(diào)壓器；同時(shí)，電源為蓄電池充電，蓄電池也充當(dāng)充電器。在突然斷電的情況下，UPS會自動(dòng)切換到電池，以確保計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行，并保護(hù)軟件和硬件免受損壞。

分類

根據(jù)新IEC標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和工作原理，UPS分為以下三種類型：

（1） 無源后備UPS電源

不間斷電源

指主電源與負(fù)載并聯(lián)的逆變器，僅作為備用電源使用。這種UPS電源，當(dāng)市電正常時(shí)，負(fù)載完全由市電直接供電，逆變器不做任何電源轉(zhuǎn)換

1）被動(dòng)后備式UPS電源

指逆變器并聯(lián)連接在市電與負(fù)載之間僅簡單地作為備用電源使用。此種UPS電源，在市電正常時(shí)，負(fù)載完全而且是直接地市電供電，逆變器不做任何電能變換，蓄電池由獨(dú)立的充電器供電；當(dāng)市電不正常時(shí)，負(fù)載完全由逆變器提供電能。

被動(dòng)后備式UPS具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格最廉等優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)用于某些非重要的負(fù)載使用，如家用計(jì)算機(jī)等。但市電斷電時(shí)，繼電器將逆變器切換至負(fù)載，切換時(shí)間較長，一般需幾個(gè)毫秒的間斷，所以稍微重要的計(jì)算機(jī)設(shè)備不應(yīng)選用被動(dòng)后備式UPS電源。

（2）在線互動(dòng)式UPS電源

指逆變器并聯(lián)連接在市電與負(fù)載之間，起后備電源作用，同時(shí)逆變器作為充電器給蓄電池充電。通過逆變器的可逆運(yùn)行方式，與市電相互作用，因此被稱為互動(dòng)式。此種UPS電源，在市電正常時(shí)，負(fù)載由經(jīng)改良后的市電供電，同時(shí)逆變器作為充電器給蓄電池充電，此時(shí)逆變器起AC/DC變換器的作用；而當(dāng)市電故障時(shí)，負(fù)載完全由逆變器供電，此時(shí)，逆變器起DC/AC變換器的作用。

在線互動(dòng)式UPS具有結(jié)構(gòu)較簡單、實(shí)施方便、且易于并聯(lián)、便于維護(hù)和維修、效率高、運(yùn)行費(fèi)用低、整機(jī)可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，性能滿足某些負(fù)載要求，特別適用于網(wǎng)絡(luò)中某些計(jì)算機(jī)設(shè)備采用分布式供電的系統(tǒng)。此種電源缺點(diǎn)是穩(wěn)壓性能不高，尤其動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度低，其次抗干擾能力不強(qiáng)，電路會產(chǎn)生諧波干擾和調(diào)制干擾。

（3）雙變換式UPS電源

指逆變器串聯(lián)連接在交流輸入與負(fù)載之間，電源通過逆變器連續(xù)地向負(fù)載供電。此種UPS電源其供電方式如下：市電正常時(shí)，市電經(jīng)過整流器、逆變器向負(fù)載供電；市電不正常時(shí)，由蓄電器經(jīng)逆變器向負(fù)載供電。 [5]

雙變換式UPS是UPS電源的主流產(chǎn)品，具有性能好、電壓穩(wěn)定度與頻率穩(wěn)定度高、功能強(qiáng)、具有熱備份連接和并聯(lián)冗余聯(lián)結(jié)的功能等優(yōu)點(diǎn)，其不足之處是當(dāng)容量少于10kVA以下，其整機(jī)效率不高，一般在85%左右。