导读

         UPS（Uninterruptible Power System），即不间断电源，是将蓄电池（多为铅酸免维护蓄电池）与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备如电磁阀、压力变送器等提供稳定、不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流式电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时， UPS 立即将电池的直流电能，通过逆变器切换转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。

UPS的构成

UPS电源系统由五部分组成：主路、旁路、电池等电源输入电路，进行AC/DC变换的整流器（REC），进行DC/AC变换的逆变器（INV），逆变和旁路输出切换电路以及蓄能电池。其系统的稳压功能通常是由整流器完成的，整流器件采用可控硅或高频开关整流器，本身具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能，从而当外电发生变化时（该变化应满足系统要求），输出幅度基本不变的整流电压。净化功能由储能电池来完成，由于整流器对瞬时脉冲干扰不能消除，整流后的电压仍存在干扰脉冲。储能电池除可存储直流直能的功能外，对整流器来说就像接了一只大容器电容器，其等效电容量的大小，与储能电池容量大小成正比。由于电容两端的电压是不能突变的，即利用了电容器对脉冲的平滑特性消除了脉冲干扰，起到了净化功能，也称对干扰的屏蔽。频率的稳定则由变换器来完成，频率稳定度取决于变换器的振荡频率的稳定程度。为方便UPS电源系统的日常操作与维护，设计了系统工作开关，主机自检故障后的自动旁路开关，检修旁路开关等开关控制。

在电网电压工作正常时，给负载供电，而且同时给储能电池充电；当突发停电时，UPS电源开始工作，由储能电池供给负载所需电源，维持正常的生产；当由于生产需要，负载严重过载时，由电网电压经整流直接给负载供电。

UPS的分类

按输入输出相数分：单进单出、三进单出和三进三出UPS。

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

按电路结构形式分：后备式、在线互动式、三端口式（单变换式）、在线式等。

按输出波形的不同分：可分为方波和正弦波两种。

现在的UPS电源工业，可向用户提供如下几种类型的UPS电源品种：后备式UPS、在线互动式UPS、三端式UPS、双变换在线式UPS、Delta变换型UPS。（1）后备式UPS

后备式UPS特点：结构简单、价格便宜、噪声低，但绝大部分时间，负载得到的是稍加稳压处理过的“低质量”正弦波电源。

（2）在线互动式UPS

在线互动式UPS特点：市电供电正常时，负载得到的是一路稳压精度很差的市电电源；市电不正常时，逆变器/充电器模块将从原来的充电工作方式转入逆变工作方式。这时由蓄电池提供直流能量，经逆变、正弦波脉宽调制向负载送出稳定的正弦波交变电源。

（3）三端式UPS

          图3  三端式UPS结构原理图

三端式UPS特点：为双磁分路结构，每个初级绕组和次级绕组都有一个磁分路，并接电容可与每一个磁路组成LC谐振回路，当达到谐振点时，构成饱和电感，使次级工作于饱和区，若初级输入电压变化时，次级输出电压恒定不变，实现了稳压的目的。

（4）双变换在线式UPS

    图4  双变换在线式UPS结构原理图

双变换在线式UPS特点：克服了市电质量差对其性能的影响，市电中断时，负载不会发生电源瞬时中断。

（5）Delta变换型UPS

      图5 Delta变换型UPS结构原理图

Delta变换型UPS特点：成功地将串联交流稳压控制技术与脉宽调制技术相结合，共有四条供电通道向用户的负载供电。

UPS的选型

根据设备的情况、用电环境以及想达到的电源保护目的，可以选择适合的UPS；例如对内置开关电源的小功率设备一般可选用后备式UPS，在用电环境较恶劣的地方应选用在线互动式或在线式UPS，而对不允许有间断时间或时刻要求正弦波交流电的设备，就只能选用在线式UPS。

首先要确定设备是多大功率的，一般来讲普通PC机或工控机的功率在200W左右，苹果机在300W左右，服务器在300W与600W之间，其他设备的功率数值可以参考该设备的说明书。

其次应了解UPS的额定功率有两种表示方法：视在功率（单位VA）与实际输出功率（单位W），由于无功功率的存在所以造成了这种差别，两者的换算关系为：视在功率*功率因数=实际输出功率

后备式、在线互动式的功率因数在0.5与0.7之间，在线式的功率因数一般是0.8。

给设备配UPS时应以UPS的实际输出功率为匹配的依据，有些经销商有意或无意会混淆（VA）与（W）的区别，这点要提请用户注意。

根据使用环境选择可以分为工业级UPS和商业级UPS，工业级UPS适应于环境比较恶劣的的地方，商业级UPS对环境的要求比较高。

UPS通常分为工频机和高频机两种。工频机由可控硅SCR整流器，IGBT逆变器，旁路和工频升压隔离变压器组成。因其整流器和变压器工作频率均为工频50Hz，顾名思义叫工频UPS。

高频机通常由IGBT高频整流器，电池变换器，逆变器和旁路组成，IGBT可以通过控制加在其门极的驱动来控制IGBT的开通与关断，IGBT整流器开关频率通常在几K到几十KHz，甚至高达上百KHz，相对于50Hz工频， 称之为高频UPS。

UPS的操作

在线式UPS是应用的比较多的，可处于下列三种运行方式之一。

1）正常运行。所有相关电源开关闭合，UPS带载。

2）维护旁路。UPS关断，负载通过维护旁路开关，连接到旁路电源。

3）关断。所有电源开关断开，负载断电。

     图6 由两台UPS电源所构成的“热备份”冗余供电系统

    图7 由三台UPS电源所构成的“热备份”冗余供电系统

（1）UPS开机加载步骤

此步骤用于UPS开机加载，假设UPS安装调试完毕，市电已输入UPS。

1）合静态旁路开关。

2）合整流器输入开关。

3）合UPS输出电源开关。

4）手动合电池开关。

（2）UPS转维护旁路步骤

负载从UPS逆变器切换到维修旁路，这在UPS需要维护时有用。负载由逆变器切换到静态旁路的操作过程如下。

1）关断UPS逆变器，负载切换到静态旁路。通常在主菜单上可以操作关断UPS逆变器。

2）闭合维护旁路开关，断开整流器电源输入开关，UPS电源输出开关，静态旁路开关和电池开关，UPS已关闭，但市电通过维护旁路向负载供电。

（3）UPS在维护旁路下的开机步骤

1）闭合UPS输出开关和静态旁路开关。

2）闭合整流器输入电源开关，整流器起动，并稳定在浮充电压，观察浮充电压是否正常。

3）闭合电池开关。

4）断开维护旁路开关，并上锁。

（4）UPS关机步骤

1）断开电池开关和整流器输入电源开关。

2）断开UPS输出开关和旁路电源开关。

3）若要UPS与市电隔离，则应断开市电向UPS的配电开关，使直流母线电压放电。

（5）UPS的复位

当因某种故障使用了EPO（紧急关机），待故障清除后，要使UPS恢复正常工作状态，需要复位操作。或在系统调试时，选择手动方式从旁路切换到逆变器，UPS由于逆变器过温、过载、直流母线过压而关闭。当故障清除后，需要采用复位操作，才能把UPS从旁路切换到逆变器带载。

操作复位按钮使得整流器、逆变器、静态开关重新正常运行。若是EPO后的复位，则还需要手动合电池开关。

UPS的维护

1）UPS的使用环境应注意通风良好，利于散热，并保持环境的清洁。

2）切勿带感性负载，如点钞机、日光灯、空调等，以免造成损坏。

3）UPS的输出负载控制在60%左右为最佳，可靠性最高。

4）UPS带载过轻（如1000VA的UPS带100VA负载）有可能造成电池的深度放电，会降低电池的使用寿命，应尽量避免。

5）适当的放电，有助于电池的激活，如长期不停市电，每隔三个月应人为断掉市电用UPS带负载放电一次，这样可以延长电池的使用寿命。

6）对于多数小型UPS，上班再开UPS，开机时要避免带载启动，下班时应关闭UPS；对于网络机房的UPS，由于多数网络是24小时工作的，所以UPS也必须全天候运行。

7）UPS放电后应及时充电，避免电池因过度自放电而损坏。

8）如果出现交流输入停电，值班人员需及时启动应急电源并严格按照操作规程，将UPS的交流输入切换到应急电源上或第二路市电电源。

9）检查UPS的出风口温度，检查UPS室的空调是否正常，室内温度是否满足要求。检查整流模块、逆变模块、风扇、变压器、滤波器有无异常声音。