UPS的原理与应用

UPS的原理与应用

王勇

王勇（蓝星石油有限公司大庆分公司仪表车间，黑龙江大庆163713）

摘要：重点介绍了UPS的类型、特点、组成及工作原理，并探讨了UPS的使用与维护。

关键词：UPS；原理；应用

简介

UPS主要是它可以保障计算机系统在停电之后可以继续工作一段时间以使用户能够紧急存盘，使您不致在停电后而丢失数据、影响生产和工作。它在计算机系统和网络应用中，主要起到两个作用：一是应急使用，防止突然断电而影响装置正常生产和工作，给计算机造成损害，影响装置生产；二是消除市电上的电涌、瞬间高电压、瞬间低电压、电线噪声和频率偏移等“电源污染”，改善电源质量，为计算机系统提供高质量的电源。

1UPS的类型、特点、组成及工作原理

1.1UPS的类型

通常设备根据电源可靠性、功能要求、使用方便等要求，尽可能经济的选择UPS。根据不同负荷特性选择不同类型UPS。从实用性、选择方便易行、工作方式出发，UPS可分三类后备式、双变换在线式、在线互动式三大类。

1.2UPS的特点

1.2.1备式UPS电源特点

（1）市电利用率高，可达96%。（2）输出能力强，对负载电流波峰因数、浪涌系数、输出功率因数、过载等没有严格的限制。（3）输出转换开关受切换电流能力和动作时间限制。（4）输入功率因数和输入电流谐波取决于负载性质。

1.2.2在线互动式UPS电源特点

（1）市电利用率高，可达98%。（2）输出能力强，对负载电流波峰因数、浪涌系数、输出功率因数、过载等没有严格的限制。（3）输入功率因数和输入电流谐波取决于负载性质。（4）变换器直接接在输出端，并处于热备份状态。对输出电压尖峰干扰有抑制作用。（5）输入开关存在断开时间，致使UPS输出仍有转换时间，但比后备式小得多。（6）变换器同时具有充电功能，且其充电能力很强。

1.2.3双变换在线式UPS电源特点

（1）不管有无市电供应，负载的全部功率都由逆变器提供，保证高质量的电力输出。（2）由于全部负载功率都由逆变器提供，因而UPS的输出能力不理想，对负载提出限制条件，如负载流峰值因数、过载能力、输出功率因数等。（3）对可控整流器还存在输入功率因数低，无功损耗大，输入谐波电流对电网产生极大的，当然，若使用IGBT－PWM－DSP整流技术成功率因数校正技术，可把输入功率因数提高到接近1。

1.2.4双逆变电压补偿在线式UPS电源

此项技术是近些年提出来的，主要是把交流稳压技术中的电压补偿原理应用到UPS的主电路中，产生一种新的UPS电路结构型式，它属于串并联功率传输。

（1）逆变器（II）监视输出端，并与逆变器（I）参与主电路电压的调整，可向负载提供高质量的电能。（2）市电掉电时，输出电压不受影响，没有转换时间；当负载电流发生畸变时，由逆变器（II）调整补偿，因而是在线工作方式。（3）当市电存在时，逆变器（I）与（II）只对输入电压与输出电压的差值进行调整与补偿，逆变器只承担最大输出功率的20%，因而功率余最大。过载能力强。（4）逆变器（I）同时完成对输入端的功率因数校正功能。输入功率因数可达到0.99，输入谐波电流＜3%。（5）在市电存在时，由于两个逆变器承担的最大功率仅为输出功率的1/5，因此整机效率可达到96%。（6）在市电存在时，逆变器（II）功率强度仅为额定值的1/5，因此功率器件的可靠性必然大大幅度提高。（7）由于具有输入功率因数补偿，因而有节能效果。

1.3UPS的基本组成

从基本应用原理上讲，UPS是一种含有储能装置，以逆变器为主要元件。稳压稳频的电源保护设备，主要由整流器、蓄电池、逆变器、静态开关等几部分组成。

（1）整流器：整流器是一个整流装置，简单的说就是将交流（AC）转化为直流（DC）的装置。它有两个主要功能：第一，将交流电（AC）变成直流电（DC），经过滤波后供给负载，或供给逆变器；第二，给蓄电池提供充电电压。（2）蓄电池：蓄电池是UPS用来作为储存电能的装置，它由若干个电池串联而成，其容量大小决定了其维持放电（供电）的时间。（3）逆变器：通俗的讲，逆变器是一种将直流电（DC）转化为交流电（AC）的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。（4）静态开关：静态开关又称静止开关，它是一种无触点开关，是用两个可控硅（SCR）反向并联组成的一种交流开关，其闭合和断开由逻辑控制器控制

1.4UPS电源的工作原理

（1）AC-DC变换：将电网来的交流电经自耦变压器降压、全波整流、滤波变为直流电压，供给逆变电路。（2）DC-AC逆变电路：采用大功率IGBT模块全桥逆变电路，具有很大的功率富余量，在输出动态范围内输出阻抗特别小，具有快速响应特性。由于采用高频调制限流技术及快速短路保护技术，使逆变器无论是供电电压瞬变还是负载冲击或短路，均可安全可靠地工作。（3）控制驱动：控制驱动是完成整机功能控制的核心，它除了提供检测、保护、同步以及各种开关和显示驱动信号外，还完成SPWM正弦脉宽调制的控制，由于采用静态和动态双重电压反馈。极大地改善了逆变器的动态特性和稳定性。（4）电源工作过程：当市电正常380VAC时，直流主回路有直流电压，供给DC-AC交流逆变器，输出稳定的220VAC交流电压，同时市电对电池充电。当任何时候市电欠压或突然掉电，则由电池组通过隔离二极管开关向直流回路馈送电能。从电网供电到电池供电没有切换时间。当电池能量即将耗尽时，不间断电源发出声光报警，并在电池放电下限点停止逆变器工作，长鸣告警。不间断电源还有过载保护功能，当发生超载（150%负载）时，跳到旁路状态，并在负载正常时自动返回。当发生严重超载（超过200%额定负载）时，不间断电源立即停止逆变器输出并跳到旁路状态，此时前面空气开关也可能跳闸。消除故障后，只要合上开关，重新开机即可恢复工作。为使不间断电源充分工作，避免在过载或欠载下运行，电源在开机前，首先计算负载容量。

2UPS的使用与维护

随着电脑的日益普及，电脑的保护神UPS也得到了广泛的应用。UPS是使用简单但又容易损坏的设备。科学的使用和维护将会延长UPS的寿命。

（1）放置UPS的地方必须良好通风，远离水、可燃性气体和腐蚀剂，环境温度保持在0~40℃之间。（2）UPS电源不宜侧放，应保持进风孔与出风孔通畅。（3）由于后备方式输出UPS电源在市电或逆变器供电时都采用同一电源变压器，所以它的交流输出相线与中性线位置是固定的，在连接这种UPS时，输入市电的相线与中性线位置必须符合规定。（4）UPS电源一旦接通市电，即开始对电池组充电，持续按开机键1s以上进行开机，即开启逆变器。（5）新购置的UPS电源或UPS电源100%全负荷放电一定时间，要将UPS插入220V市电电网中，充电至少12h以上，以确保电池充电充分。（6）对于后备式方波输出型UPS电源，不能进行频繁启动和关闭操作。（7）在UPS出现过载或逆变器故障时会转到旁路模式运行，此时UPS不具后备功能，负载所用的电源是通过电力系统直接供应的。（8）避免蓄电池的过度放电和蓄电池长期开路闲置不用。（9）避免蓄电池被过流充电，严格控制蓄电池的充电电流不得超过蓄电池允许的最大充电电流。（10）当蓄电池每次放电完后，可利用UPS电源内部的电池充电回路对蓄电池进行浮充。为了保证蓄电池被重置于饱和状态，一般需要充电至少12h，充电时间不充分会使蓄电池的实际可供使用的容量远远小于其标准容量。（11）尽量不接电感性负载。（12）不宜满载或过度轻载。

结束语

总之，在科学技术飞速发展的今天，在石油化工、冶金、金融、铁路等等行业对电源的要求越来越高，特别是重要数据的保存显得尤为重要，为了确保这些重要数据不至于发生丢失、损坏等事情，就需要有足够的时间进行备份和故障处理，UPS给我们提供了这一解决方案。这就说明了UPS在工作中起到了举足轻重的作用。

参考文献

[1]王其英，何春华.UPS供电系统综合解决方案[Z].

[2]王其英，刘秀荣.新型不停电电源（UPS）的管理使用与维护[Z].

[3]张乃国.UPS供电系统应用手册[Z].