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一文了解UPS不間斷電源
來源：www.huihuicn.com 發(fā)布時(shí)間：2021年09月15日
UPS為英文 Uninterruptable Power System的縮寫， 稱為不間斷電源。所謂不間斷即其能提供一個(gè)安全、無中斷的能源。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)干擾、中斷時(shí)，它仍能保障輸出一個(gè)連續(xù)性的交流電源，從而保障了設(shè)備的安全，又為工作人員爭取了時(shí)間，使其能夠在電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)能夠繼續(xù)工作。
目前，隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及和信息處理技術(shù) 的不斷發(fā)展，對高質(zhì)量的供電提出了越來越嚴(yán)格的 要求。在計(jì)算機(jī)運(yùn)行和信息處理期間供電的干擾或中斷，將導(dǎo)致隨機(jī)儲存數(shù)據(jù)的丟失和破壞，信息數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤、中斷和丟失，有時(shí)甚至?xí)乖O(shè)備遭到損壞，造成難以彌補(bǔ)的損失。
然而因?yàn)槭茈娏I(yè)發(fā)展的約束，既使在供電質(zhì)量較佳的歐美、日本也無法避免地受到電網(wǎng)干擾、故障的困擾，而在中國由于電力嚴(yán)重不足，各種原因?qū)е碌耐ｋ?、限電頻繁出現(xiàn)，而且這種情況還將持續(xù)相當(dāng)長的時(shí)期。為了滿足部分部門，如工業(yè)自動化控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信處理系統(tǒng)、航空管理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、精密測量系統(tǒng)等對高穩(wěn)定、高質(zhì)量的供電要求，從而應(yīng)運(yùn)發(fā)展了這項(xiàng)新型電源技術(shù)。
一、在線式UPS 原理它的基本結(jié)構(gòu)包括一套整流／充電裝置、一套逆變器、蓄電池、控制電路和電子旁路開關(guān)五大部分，以及輸入輸出濾波電路、各種保護(hù)（過流、過壓、過溫、短路保護(hù)，電池電壓檢測及低壓截止保護(hù)）電路及相關(guān)報(bào)警裝置（指示燈、蜂鳴器）。
1. 整流／充電裝置整流／充電裝置的功能是將交流市電變換為直流電，為逆變器提供一個(gè)平滑的直流工作電壓，同時(shí)給電池充電。也有的 UPS將其分為兩個(gè)獨(dú)立的部分。目前使用較為普遍的整流器件是晶體管和可控硅即晶閘管。晶體管整流／充電裝置一般只應(yīng)用于小型UPS中，而大中型UPS主要采用單相橋式或三相可控硅全控橋式整流電路。
2. 逆變器逆變器將整流器或電池送來的直流電，在調(diào)制信號的控制下，變換為穩(wěn)頻、穩(wěn)壓、無擾動的交流電， 經(jīng)變壓器和輸出濾波器向負(fù)載供電。從UPS出現(xiàn)至今，先后曾采用過可控硅、場效應(yīng)管、絕緣柵雙極型晶體管作為逆變器的功率器件。絕緣柵雙極型晶體管是1982年研制成功并推向市場的一種新型功率器件，它具有場效應(yīng)管的高速開關(guān)特性、柵極電壓可控、雙極晶體管的大電流處理能力和低飽和壓降等特點(diǎn)。由于它開關(guān)損耗小，驅(qū)動容易，目前在新一代UPS中．已被廣泛采用來作為功率變換器件」由于它的高頻開關(guān)特性，使得UPS逆變器的工作頻率可達(dá)幾十kHz。采用PWM（脈寬調(diào)制）控制，逆變器的輸出諧波含量大大減小，這樣經(jīng)過體積小、結(jié)構(gòu)簡單的濾波器就可以在逆變器的輸出端得到很純凈的正弦波，逆變器的工作效率得到了提高，也就提高了UPS整機(jī)效率。而且由千逆變頻率的提高，使得UPS的輸出動態(tài)響應(yīng)特性、逆變器的噪音都有了明顯的改善，但其缺點(diǎn)是成本較高。
3. 蓄電池蓄電池作為UPS 的儲能元件， 其容瞿的大小決定了 liPS 后備時(shí)間的長短。在交流市電正常時(shí) ， 整流／充電裝置提供一個(gè)直流浮充電電壓~在交流市 電不正?；蛑袛鄷r(shí)，由它向逆變器提供工作電壓，以保障UPS 電源交流輸出的連續(xù)性目前 UPS廣泛使用的是 免維護(hù)密封式鉛酸蓄電池充電時(shí)，它將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲存起來，當(dāng) 放電時(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茚尫懦鰜?。這種蓄電池如維護(hù)使用正確（主要是盡量避免蓄電池長期處于 閑置不用或浮充狀態(tài)，工作環(huán)境溫度過高等情況）， 壽命一般可達(dá) 5~10年。
4.控制電路要保障UPS 的正常工作就必須有一個(gè)功能完善的控制電路，由它負(fù)責(zé)控制UPS各部分的工作G 其主要功能控制如下：①提供控制整流器的觸發(fā)信號：②提供控制逆變器的調(diào)制信號：③電子旁路開關(guān)的開通及關(guān)斷；④交流市電的監(jiān)測與跟蹤；⑤電池的檢測，電池的放電低壓截止；⑥提供過流、過壓、過溫、短路保護(hù)。
5.電子旁路開關(guān)UPS電源在進(jìn)行從交流市電旁路供電到由逆變器供電或從逆變器供電到市電旁路供電的切換操作，是由電子旁路開關(guān)來完成的。所謂靜態(tài)開關(guān)，它是將一對反向并聯(lián)的快速可控硅連接起來，作為UPS上述供電切換的轉(zhuǎn)換元件，其接通時(shí)間為ns數(shù)量級 因此，我們能實(shí)現(xiàn)對負(fù)載進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)間為 “零＂的不間斷供電。
目前，隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及和信息處理技術(shù) 的不斷發(fā)展，對高質(zhì)量的供電提出了越來越嚴(yán)格的 要求。在計(jì)算機(jī)運(yùn)行和信息處理期間供電的干擾或中斷，將導(dǎo)致隨機(jī)儲存數(shù)據(jù)的丟失和破壞，信息數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤、中斷和丟失，有時(shí)甚至?xí)乖O(shè)備遭到損壞，造成難以彌補(bǔ)的損失。
然而因?yàn)槭茈娏I(yè)發(fā)展的約束，既使在供電質(zhì)量較佳的歐美、日本也無法避免地受到電網(wǎng)干擾、故障的困擾，而在中國由于電力嚴(yán)重不足，各種原因?qū)е碌耐ｋ?、限電頻繁出現(xiàn)，而且這種情況還將持續(xù)相當(dāng)長的時(shí)期。為了滿足部分部門，如工業(yè)自動化控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信處理系統(tǒng)、航空管理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、精密測量系統(tǒng)等對高穩(wěn)定、高質(zhì)量的供電要求，從而應(yīng)運(yùn)發(fā)展了這項(xiàng)新型電源技術(shù)。
一、在線式UPS 原理它的基本結(jié)構(gòu)包括一套整流／充電裝置、一套逆變器、蓄電池、控制電路和電子旁路開關(guān)五大部分，以及輸入輸出濾波電路、各種保護(hù)（過流、過壓、過溫、短路保護(hù)，電池電壓檢測及低壓截止保護(hù)）電路及相關(guān)報(bào)警裝置（指示燈、蜂鳴器）。
1. 整流／充電裝置整流／充電裝置的功能是將交流市電變換為直流電，為逆變器提供一個(gè)平滑的直流工作電壓，同時(shí)給電池充電。也有的 UPS將其分為兩個(gè)獨(dú)立的部分。目前使用較為普遍的整流器件是晶體管和可控硅即晶閘管。晶體管整流／充電裝置一般只應(yīng)用于小型UPS中，而大中型UPS主要采用單相橋式或三相可控硅全控橋式整流電路。
2. 逆變器逆變器將整流器或電池送來的直流電，在調(diào)制信號的控制下，變換為穩(wěn)頻、穩(wěn)壓、無擾動的交流電， 經(jīng)變壓器和輸出濾波器向負(fù)載供電。從UPS出現(xiàn)至今，先后曾采用過可控硅、場效應(yīng)管、絕緣柵雙極型晶體管作為逆變器的功率器件。絕緣柵雙極型晶體管是1982年研制成功并推向市場的一種新型功率器件，它具有場效應(yīng)管的高速開關(guān)特性、柵極電壓可控、雙極晶體管的大電流處理能力和低飽和壓降等特點(diǎn)。由于它開關(guān)損耗小，驅(qū)動容易，目前在新一代UPS中．已被廣泛采用來作為功率變換器件」由于它的高頻開關(guān)特性，使得UPS逆變器的工作頻率可達(dá)幾十kHz。采用PWM（脈寬調(diào)制）控制，逆變器的輸出諧波含量大大減小，這樣經(jīng)過體積小、結(jié)構(gòu)簡單的濾波器就可以在逆變器的輸出端得到很純凈的正弦波，逆變器的工作效率得到了提高，也就提高了UPS整機(jī)效率。而且由千逆變頻率的提高，使得UPS的輸出動態(tài)響應(yīng)特性、逆變器的噪音都有了明顯的改善，但其缺點(diǎn)是成本較高。
3. 蓄電池蓄電池作為UPS 的儲能元件， 其容瞿的大小決定了 liPS 后備時(shí)間的長短。在交流市電正常時(shí) ， 整流／充電裝置提供一個(gè)直流浮充電電壓~在交流市 電不正?；蛑袛鄷r(shí)，由它向逆變器提供工作電壓，以保障UPS 電源交流輸出的連續(xù)性目前 UPS廣泛使用的是 免維護(hù)密封式鉛酸蓄電池充電時(shí)，它將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲存起來，當(dāng) 放電時(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茚尫懦鰜?。這種蓄電池如維護(hù)使用正確（主要是盡量避免蓄電池長期處于 閑置不用或浮充狀態(tài)，工作環(huán)境溫度過高等情況）， 壽命一般可達(dá) 5~10年。
4.控制電路要保障UPS 的正常工作就必須有一個(gè)功能完善的控制電路，由它負(fù)責(zé)控制UPS各部分的工作G 其主要功能控制如下：①提供控制整流器的觸發(fā)信號：②提供控制逆變器的調(diào)制信號：③電子旁路開關(guān)的開通及關(guān)斷；④交流市電的監(jiān)測與跟蹤；⑤電池的檢測，電池的放電低壓截止；⑥提供過流、過壓、過溫、短路保護(hù)。
5.電子旁路開關(guān)UPS電源在進(jìn)行從交流市電旁路供電到由逆變器供電或從逆變器供電到市電旁路供電的切換操作，是由電子旁路開關(guān)來完成的。所謂靜態(tài)開關(guān)，它是將一對反向并聯(lián)的快速可控硅連接起來，作為UPS上述供電切換的轉(zhuǎn)換元件，其接通時(shí)間為ns數(shù)量級 因此，我們能實(shí)現(xiàn)對負(fù)載進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)間為 “零＂的不間斷供電。
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