導(dǎo)讀

         UPS（Uninterruptible Power System），即不間斷電源，是將蓄電池（多為鉛酸免維護(hù)蓄電池）與主機(jī)相連接，通過主機(jī)逆變器等模塊電路將直流電轉(zhuǎn)換成市電的系統(tǒng)設(shè)備。主要用于給單臺(tái)計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或其它電力電子設(shè)備如電磁閥、壓力變送器等提供穩(wěn)定、不間斷的電力供應(yīng)。當(dāng)市電輸入正常時(shí)，UPS 將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用，此時(shí)的UPS就是一臺(tái)交流式電穩(wěn)壓器，同時(shí)它還向機(jī)內(nèi)電池充電；當(dāng)市電中斷（事故停電）時(shí)， UPS 立即將電池的直流電能，通過逆變器切換轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)220V交流電，使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟、硬件不受損壞。

UPS的構(gòu)成

UPS電源系統(tǒng)由五部分組成：主路、旁路、電池等電源輸入電路，進(jìn)行AC/DC變換的整流器（REC），進(jìn)行DC/AC變換的逆變器（INV），逆變和旁路輸出切換電路以及蓄能電池。其系統(tǒng)的穩(wěn)壓功能通常是由整流器完成的，整流器件采用可控硅或高頻開關(guān)整流器，本身具有可根據(jù)外電的變化控制輸出幅度的功能，從而當(dāng)外電發(fā)生變化時(shí)（該變化應(yīng)滿足系統(tǒng)要求），輸出幅度基本不變的整流電壓。凈化功能由儲(chǔ)能電池來完成，由于整流器對(duì)瞬時(shí)脈沖干擾不能消除，整流后的電壓仍存在干擾脈沖。儲(chǔ)能電池除可存儲(chǔ)直流直能的功能外，對(duì)整流器來說就像接了一只大容器電容器，其等效電容量的大小，與儲(chǔ)能電池容量大小成正比。由于電容兩端的電壓是不能突變的，即利用了電容器對(duì)脈沖的平滑特性消除了脈沖干擾，起到了凈化功能，也稱對(duì)干擾的屏蔽。頻率的穩(wěn)定則由變換器來完成，頻率穩(wěn)定度取決于變換器的振蕩頻率的穩(wěn)定程度。為方便UPS電源系統(tǒng)的日常操作與維護(hù)，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)工作開關(guān)，主機(jī)自檢故障后的自動(dòng)旁路開關(guān)，檢修旁路開關(guān)等開關(guān)控制。

在電網(wǎng)電壓工作正常時(shí)，給負(fù)載供電，而且同時(shí)給儲(chǔ)能電池充電；當(dāng)突發(fā)停電時(shí)，UPS電源開始工作，由儲(chǔ)能電池供給負(fù)載所需電源，維持正常的生產(chǎn)；當(dāng)由于生產(chǎn)需要，負(fù)載嚴(yán)重過載時(shí)，由電網(wǎng)電壓經(jīng)整流直接給負(fù)載供電。

UPS的分類

按輸入輸出相數(shù)分：單進(jìn)單出、三進(jìn)單出和三進(jìn)三出UPS。

按功率等級(jí)分：微型（＜3kVA）、小型（3kVA～10kVA）、中型（10kVA～100kVA）和大型（＞100kVA）。

按電路結(jié)構(gòu)形式分：后備式、在線互動(dòng)式、三端口式（單變換式）、在線式等。

按輸出波形的不同分：可分為方波和正弦波兩種。

現(xiàn)在的UPS電源工業(yè)，可向用戶提供如下幾種類型的UPS電源品種：后備式UPS、在線互動(dòng)式UPS、三端式UPS、雙變換在線式UPS、Delta變換型UPS。（1）后備式UPS

后備式UPS特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、噪聲低，但絕大部分時(shí)間，負(fù)載得到的是稍加穩(wěn)壓處理過的“低質(zhì)量”正弦波電源。

（2）在線互動(dòng)式UPS

在線互動(dòng)式UPS特點(diǎn)：市電供電正常時(shí)，負(fù)載得到的是一路穩(wěn)壓精度很差的市電電源；市電不正常時(shí)，逆變器/充電器模塊將從原來的充電工作方式轉(zhuǎn)入逆變工作方式。這時(shí)由蓄電池提供直流能量，經(jīng)逆變、正弦波脈寬調(diào)制向負(fù)載送出穩(wěn)定的正弦波交變電源。

（3）三端式UPS

          圖3  三端式UPS結(jié)構(gòu)原理圖

三端式UPS特點(diǎn)：為雙磁分路結(jié)構(gòu)，每個(gè)初級(jí)繞組和次級(jí)繞組都有一個(gè)磁分路，并接電容可與每一個(gè)磁路組成LC諧振回路，當(dāng)達(dá)到諧振點(diǎn)時(shí)，構(gòu)成飽和電感，使次級(jí)工作于飽和區(qū)，若初級(jí)輸入電壓變化時(shí)，次級(jí)輸出電壓恒定不變，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓的目的。

（4）雙變換在線式UPS

    圖4  雙變換在線式UPS結(jié)構(gòu)原理圖

雙變換在線式UPS特點(diǎn)：克服了市電質(zhì)量差對(duì)其性能的影響，市電中斷時(shí)，負(fù)載不會(huì)發(fā)生電源瞬時(shí)中斷。

（5）Delta變換型UPS

      圖5 Delta變換型UPS結(jié)構(gòu)原理圖

Delta變換型UPS特點(diǎn)：成功地將串聯(lián)交流穩(wěn)壓控制技術(shù)與脈寬調(diào)制技術(shù)相結(jié)合，共有四條供電通道向用戶的負(fù)載供電。

UPS的選型

根據(jù)設(shè)備的情況、用電環(huán)境以及想達(dá)到的電源保護(hù)目的，可以選擇適合的UPS；例如對(duì)內(nèi)置開關(guān)電源的小功率設(shè)備一般可選用后備式UPS，在用電環(huán)境較惡劣的地方應(yīng)選用在線互動(dòng)式或在線式UPS，而對(duì)不允許有間斷時(shí)間或時(shí)刻要求正弦波交流電的設(shè)備，就只能選用在線式UPS。

首先要確定設(shè)備是多大功率的，一般來講普通PC機(jī)或工控機(jī)的功率在200W左右，蘋果機(jī)在300W左右，服務(wù)器在300W與600W之間，其他設(shè)備的功率數(shù)值可以參考該設(shè)備的說明書。

其次應(yīng)了解UPS的額定功率有兩種表示方法：視在功率（單位VA）與實(shí)際輸出功率（單位W），由于無功功率的存在所以造成了這種差別，兩者的換算關(guān)系為：視在功率*功率因數(shù)=實(shí)際輸出功率

后備式、在線互動(dòng)式的功率因數(shù)在0.5與0.7之間，在線式的功率因數(shù)一般是0.8。

給設(shè)備配UPS時(shí)應(yīng)以UPS的實(shí)際輸出功率為匹配的依據(jù)，有些經(jīng)銷商有意或無意會(huì)混淆（VA）與（W）的區(qū)別，這點(diǎn)要提請(qǐng)用戶注意。

根據(jù)使用環(huán)境選擇可以分為工業(yè)級(jí)UPS和商業(yè)級(jí)UPS，工業(yè)級(jí)UPS適應(yīng)于環(huán)境比較惡劣的的地方，商業(yè)級(jí)UPS對(duì)環(huán)境的要求比較高。

UPS通常分為工頻機(jī)和高頻機(jī)兩種。工頻機(jī)由可控硅SCR整流器，IGBT逆變器，旁路和工頻升壓隔離變壓器組成。因其整流器和變壓器工作頻率均為工頻50Hz，顧名思義叫工頻UPS。

高頻機(jī)通常由IGBT高頻整流器，電池變換器，逆變器和旁路組成，IGBT可以通過控制加在其門極的驅(qū)動(dòng)來控制IGBT的開通與關(guān)斷，IGBT整流器開關(guān)頻率通常在幾K到幾十KHz，甚至高達(dá)上百KHz，相對(duì)于50Hz工頻， 稱之為高頻UPS。

UPS的操作

在線式UPS是應(yīng)用的比較多的，可處于下列三種運(yùn)行方式之一。

1）正常運(yùn)行。所有相關(guān)電源開關(guān)閉合，UPS帶載。

2）維護(hù)旁路。UPS關(guān)斷，負(fù)載通過維護(hù)旁路開關(guān)，連接到旁路電源。

3）關(guān)斷。所有電源開關(guān)斷開，負(fù)載斷電。

     圖6 由兩臺(tái)UPS電源所構(gòu)成的“熱備份”冗余供電系統(tǒng)

    圖7 由三臺(tái)UPS電源所構(gòu)成的“熱備份”冗余供電系統(tǒng)

（1）UPS開機(jī)加載步驟

此步驟用于UPS開機(jī)加載，假設(shè)UPS安裝調(diào)試完畢，市電已輸入U(xiǎn)PS。

1）合靜態(tài)旁路開關(guān)。

2）合整流器輸入開關(guān)。

3）合UPS輸出電源開關(guān)。

4）手動(dòng)合電池開關(guān)。

（2）UPS轉(zhuǎn)維護(hù)旁路步驟

負(fù)載從UPS逆變器切換到維修旁路，這在UPS需要維護(hù)時(shí)有用。負(fù)載由逆變器切換到靜態(tài)旁路的操作過程如下。

1）關(guān)斷UPS逆變器，負(fù)載切換到靜態(tài)旁路。通常在主菜單上可以操作關(guān)斷UPS逆變器。

2）閉合維護(hù)旁路開關(guān)，斷開整流器電源輸入開關(guān)，UPS電源輸出開關(guān)，靜態(tài)旁路開關(guān)和電池開關(guān)，UPS已關(guān)閉，但市電通過維護(hù)旁路向負(fù)載供電。

（3）UPS在維護(hù)旁路下的開機(jī)步驟

1）閉合UPS輸出開關(guān)和靜態(tài)旁路開關(guān)。

2）閉合整流器輸入電源開關(guān)，整流器起動(dòng)，并穩(wěn)定在浮充電壓，觀察浮充電壓是否正常。

3）閉合電池開關(guān)。

4）斷開維護(hù)旁路開關(guān)，并上鎖。

（4）UPS關(guān)機(jī)步驟

1）斷開電池開關(guān)和整流器輸入電源開關(guān)。

2）斷開UPS輸出開關(guān)和旁路電源開關(guān)。

3）若要UPS與市電隔離，則應(yīng)斷開市電向UPS的配電開關(guān)，使直流母線電壓放電。

（5）UPS的復(fù)位

當(dāng)因某種故障使用了EPO（緊急關(guān)機(jī)），待故障清除后，要使UPS恢復(fù)正常工作狀態(tài)，需要復(fù)位操作�；蛟谙到y(tǒng)調(diào)試時(shí)，選擇手動(dòng)方式從旁路切換到逆變器，UPS由于逆變器過溫、過載、直流母線過壓而關(guān)閉。當(dāng)故障清除后，需要采用復(fù)位操作，才能把UPS從旁路切換到逆變器帶載。

操作復(fù)位按鈕使得整流器、逆變器、靜態(tài)開關(guān)重新正常運(yùn)行。若是EPO后的復(fù)位，則還需要手動(dòng)合電池開關(guān)。

UPS的維護(hù)

1）UPS的使用環(huán)境應(yīng)注意通風(fēng)良好，利于散熱，并保持環(huán)境的清潔。

2）切勿帶感性負(fù)載，如點(diǎn)鈔機(jī)、日光燈、空調(diào)等，以免造成損壞。

3）UPS的輸出負(fù)載控制在60%左右為最佳，可靠性最高。

4）UPS帶載過輕（如1000VA的UPS帶100VA負(fù)載）有可能造成電池的深度放電，會(huì)降低電池的使用壽命，應(yīng)盡量避免。

5）適當(dāng)?shù)姆烹�，有助于電池的激活，如長期不停市電，每隔三個(gè)月應(yīng)人為斷掉市電用UPS帶負(fù)載放電一次，這樣可以延長電池的使用壽命。

6）對(duì)于多數(shù)小型UPS，上班再開UPS，開機(jī)時(shí)要避免帶載啟動(dòng)，下班時(shí)應(yīng)關(guān)閉UPS；對(duì)于網(wǎng)絡(luò)機(jī)房的UPS，由于多數(shù)網(wǎng)絡(luò)是24小時(shí)工作的，所以UPS也必須全天候運(yùn)行。

7）UPS放電后應(yīng)及時(shí)充電，避免電池因過度自放電而損壞。

8）如果出現(xiàn)交流輸入停電，值班人員需及時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急電源并嚴(yán)格按照操作規(guī)程，將UPS的交流輸入切換到應(yīng)急電源上或第二路市電電源。

9）檢查UPS的出風(fēng)口溫度，檢查UPS室的空調(diào)是否正常，室內(nèi)溫度是否滿足要求。檢查整流模塊、逆變模塊、風(fēng)扇、變壓器、濾波器有無異常聲音。