UPS的基礎(chǔ)知識(shí)

1、UPS的基本知識(shí)一、UPS的概況1、UPS的概念Uninteruptible Power System的英文字首簡(jiǎn)稱為UPS，即我們所說(shuō)的不間斷電源系統(tǒng)，依照字面上的解釋即為電力系統(tǒng)停止供電時(shí)，在極短的時(shí)間內(nèi)取代原有的電力設(shè)備，繼續(xù)供電給負(fù)載系統(tǒng)使用。其工作原理：首先在正常時(shí)利用整流裝置將交流輸入整流成直流電力，然后一路對(duì)蓄電池充電，一路籍以將直流電力供給逆變器，逆變器將直流電力轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的交流電力輸出經(jīng)靜態(tài)開關(guān)裝置供給負(fù)載使用。當(dāng)輸入電力中斷時(shí)，由儲(chǔ)存在蓄電池內(nèi)的直流電力供應(yīng)逆變器工作轉(zhuǎn)換成交流電力供負(fù)載使用。待市電完成供電準(zhǔn)備后，才停止由蓄電池輸出轉(zhuǎn)換。二、UPS的組成概要 依UPS內(nèi)部構(gòu)

2、造可分為：電池組、充電器、逆變器及靜態(tài)開關(guān)。1、電池組 UPS所用的電池種類相當(dāng)多，其差別在于極板材質(zhì)、構(gòu)造及電解液成份的不同，目前廣泛UPS采用的為鉛酸免加水電池，其優(yōu)點(diǎn)在于重量輕、壽命長(zhǎng)。電池容量單位為安培/小時(shí)（Ah），數(shù)值越大則表示電池的容量越大，一般UPS標(biāo)準(zhǔn)放電時(shí)間在滿載狀態(tài)下最長(zhǎng)不超過(guò)15分鐘，若使用者欲延長(zhǎng)放電時(shí)間則需另外加長(zhǎng)效型充電電路來(lái)使用，由于電池為UPS市電中斷后的電力來(lái)源，故其電池的品質(zhì)及可靠度是不容忽視的，所以電池的品牌亦是選擇UPS的指標(biāo)，最好能盡量選世界知名品牌。2、充電器 電池充電器經(jīng)由變壓器與市電隔離，對(duì)電池充電及提供逆變器電力，此電源需有足夠的容量，但又必

3、需有一定限流裝置電路來(lái)保護(hù)電池的壽命，一般而言，對(duì)已耗盡電力的電池進(jìn)行充電，將花費(fèi)其放電時(shí)間常數(shù)的 810倍才能回充至額定壓的80，故標(biāo)準(zhǔn)型小容量在線式每放一次電需8小時(shí)以上的充電時(shí)間才能恢復(fù)電力。3、靜態(tài)開關(guān) 靜態(tài)開關(guān)可由兩個(gè)單向可控硅組成，以可控硅的高速開關(guān)特性來(lái)補(bǔ)償輸出繼電器觸點(diǎn)跳接時(shí)間，使AC與INV轉(zhuǎn)換時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間小于5ms，因?yàn)槔^電器的跳接時(shí)間不能滿足UPS負(fù)載的要求（電腦允許斷電的最短時(shí)間小于6ms）。4、逆變器逆變器是一種電力轉(zhuǎn)換電路，它所擔(dān)任的工作是將直流電源轉(zhuǎn)換成一般的交流電，在UPS領(lǐng)域內(nèi)利用整流器將交流電力整流成直流電力，然后再經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換成交流電力，即所謂的AC-DC

4、-AC，使輸出電源更為純凈，其具備如下功能：（1）反轉(zhuǎn)：將整流器及電池組所供應(yīng)的 直流電源換成交流電源，波形失真小于5。（2）穩(wěn)定：保持交流輸出電壓再負(fù)載能接受之范圍內(nèi)（2），頻率漂移則0.5。（3）限制：本身具有過(guò)電流感，當(dāng)超載時(shí)用于保護(hù)自身和負(fù)載。三、UPS的作用和特點(diǎn)1、UPS的作用 （1）市電中斷的情況下，能利用自身所帶的蓄電池通過(guò)逆變電路將直流電轉(zhuǎn)換為220V交流電給計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)供電，保證計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 （2）對(duì)市電有穩(wěn)壓作用，能在電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)穩(wěn)定電壓。 （3）能抑制電網(wǎng)的電力諧波干擾、電壓瞬間跌落、高壓浪涌、電壓波形畸變、電磁干擾等電力污染，為計(jì)算機(jī)及其它設(shè)備提

5、供電壓穩(wěn)定、波形純正的電力供給，保證計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正常工作和數(shù)據(jù)不受干擾。2、UPS的特點(diǎn) （1）高可靠性 系統(tǒng)應(yīng)具有能提供連續(xù)提供高質(zhì)量的UPS逆變電源的供電能力。這就意味著，在UPS供電系統(tǒng)的運(yùn)行中，既不允許出現(xiàn)任何瞬間供電中斷停電事故，也不允許出現(xiàn)由普通的市電經(jīng)交流旁路直接向用戶負(fù)載供電的情況。為此，要求UPS供電系統(tǒng)應(yīng)滿足如下要求：允許在UPS逆變電源連續(xù)供電的條件下，執(zhí)行不停電的維護(hù)和檢修操作。萬(wàn)一在用戶設(shè)備端出現(xiàn)短路故障時(shí)，應(yīng)將故障的影響縮小到盡可能小的范圍。 （2）高抗干擾性 UPS供電系統(tǒng)能使互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備獲得高“可利用率”，并可為其創(chuàng)造優(yōu)良的運(yùn)行環(huán)境。大量的運(yùn)行實(shí)踐表明：電源

6、干擾問(wèn)題是造成互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的“可利用率”下降的重要原因之一。在此需說(shuō)明的是：電源干擾不僅來(lái)源于普通的市電電網(wǎng)，它還來(lái)源于設(shè)計(jì)不完善的UPS本身及用戶的互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備本身。這是因?yàn)榕渲迷贗DC和MDC機(jī)房?jī)?nèi)的服務(wù)器、磁盤陣列機(jī)和交換機(jī)等均內(nèi)置有開關(guān)電源，這種整流濾波型非線性負(fù)載會(huì)向UPS供電系統(tǒng)反射323次低次諧波干擾，可能帶來(lái)降低話音質(zhì)量的惡果。實(shí)踐證明，過(guò)大和過(guò)頻地出現(xiàn)電源干擾，輕者會(huì)導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)的傳輸速率下降，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的數(shù)據(jù)丟包率增大等隱性故障，從而導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備被迫進(jìn)入“降額使用”狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。 由此可見(jiàn)，高速信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)UPS 供電系統(tǒng)所能提供的電源質(zhì)量提出更為嚴(yán)

7、格的要求。 （3）具有防雷擊、抗高能浪涌的功能 雷擊、閃電及電網(wǎng)上的高能浪涌嚴(yán)重威脅UPS系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的安全。如無(wú)相應(yīng)的保護(hù)措施，將造成UPS系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的硬件和軟件的損壞。UPS應(yīng)具有這方面的保護(hù)電路，其指標(biāo)應(yīng)符合國(guó)家及國(guó)際安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。 （4）過(guò)載能力強(qiáng) 由于計(jì)算機(jī)等負(fù)載屬于整流型負(fù)載，在啟動(dòng)時(shí)往往有較大的瞬態(tài)沖擊電流，如果UPS的過(guò)載能力弱，有可能造成嚴(yán)重后果導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常安全運(yùn)行。 （5）智能化監(jiān)控在UPS和計(jì)算機(jī)/網(wǎng)絡(luò)之間建立起雙向通信監(jiān)控管理功能。利用監(jiān)控軟件監(jiān)控管理UPS的運(yùn)行、操作。當(dāng)市電中斷或UPS電池低電位時(shí)，監(jiān)控軟件可做到將計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)自動(dòng)安全存盤、系統(tǒng)安全關(guān)機(jī)然

8、后關(guān)閉UPS，避免因電力突然中斷而造成操作系統(tǒng)的損壞和數(shù)據(jù)資料的損失，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整性保護(hù)。四、UPS的分類1、按工作方式分 （1）后備式（OFF-LINE或STAND-BY）UPS 當(dāng)市電正常時(shí)由市電給負(fù)載設(shè)備供電，并給蓄電池浮動(dòng)充電。當(dāng)市電電壓波動(dòng)超過(guò)規(guī)定值時(shí)時(shí)啟動(dòng)逆變電路將電池的直流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的交流電輸出，給負(fù)載供電。后備式UPS平時(shí)由于是由市電直接給負(fù)載供電，所以無(wú)法消除市電電網(wǎng)上存在的浪涌、尖峰、頻率漂移等電氣污染，而且容量比較小。但是它的技術(shù)簡(jiǎn)單，成本較低，價(jià)格相對(duì)低廉，用于許多對(duì)電壓穩(wěn)定性要求不高的場(chǎng)合。 （2）在線式（ON-LINE）UPS在線式UPS一直使其逆變器處于工作

9、狀態(tài)，市電正常時(shí)它是首先通過(guò)電路將市電交流電轉(zhuǎn)換為直流電，再通過(guò)逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為正弦波交流電給負(fù)載供電，在供電情況下還能對(duì)輸出進(jìn)行穩(wěn)壓及防止電磁干擾，而且還通過(guò)充電電路給蓄電池浮動(dòng)充電。當(dāng)停電時(shí)，則使用電池的直流電，所以逆變器不存在切換時(shí)間，所以適用于對(duì)電源有較高要求的場(chǎng)合。（3）在線互動(dòng)式（HYBRID）UPS這是一種智能化的UPS，除具有在線式UPS的功能外，還可以自動(dòng)偵測(cè)市電的電壓，可以提供高精度的正弦波交流電輸出。在線互動(dòng)式UPS 還具有與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊的功能，有的還可以連接互聯(lián)網(wǎng)，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)UPS 進(jìn)行管理，而且可以根據(jù)計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的工作狀況自動(dòng)調(diào)整UPS本身的工作狀況和

10、輸出狀況，并且在UPS 出現(xiàn)故障時(shí)，可以通知計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，啟動(dòng)冗余的備用電源，所以稱之為智能型UPS。一般用于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的服務(wù)器、路由器和大型骨干網(wǎng)的交換機(jī)以及部分工作站等對(duì)電源要求較高的場(chǎng)合。它將大大提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性。2、按輸入輸出分（1）單相輸入單相輸出（單進(jìn)單出）應(yīng)用于10KVA 以下，后備式、在線交互式、在線式等小容量；（2）三相輸入單相輸出（三進(jìn)單出）應(yīng)用于10KVA以上在線式；（3）三相輸入三相輸出（三進(jìn)三出） 應(yīng)用于20KVA以上在線式大容量。3、按功能分可分為普通UPS、工業(yè)UPS、電力專用UPS、通信專用UPS。五、UPS電源的工作原理UPS主要分為兩大類三種形式：一類是

11、后備式，另一類是在線式，還有一種介于兩者之間的在線互動(dòng)式。這是在線式UPS的原理圖,主要由整流器、逆變器、靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)和后備電池組成.輸出的交流電源是經(jīng)過(guò)逆變器重新產(chǎn)生,其電壓、波形頻率由UPS本身控制，具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、凈化和不間斷等功能。后備式在線式在線互動(dòng)式工作方式：正常運(yùn)行方式不斷電系統(tǒng)的供電原理是當(dāng)市電正常時(shí)，機(jī)器會(huì)將市電的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，而后對(duì)電池充電，以備電力中斷時(shí)使用；這里跟各位強(qiáng)調(diào)的是不斷電系統(tǒng)并不是停電時(shí)才會(huì)動(dòng)作，像是遇到電壓過(guò)低或過(guò)高、瞬間突波等，足以影響設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的電力品質(zhì)時(shí)，不斷電系統(tǒng)均會(huì)動(dòng)作，提供設(shè)備穩(wěn)定且干凈的電力。當(dāng)市電正常供電時(shí)，市電經(jīng)濾波回路后，分為兩個(gè)

12、回路同時(shí)動(dòng)作，其一是經(jīng)由充電回路對(duì)電池組充電，另一個(gè)則是經(jīng)整流回路，作為逆變器的輸入，再經(jīng)過(guò)逆變器的轉(zhuǎn)換提供電力給負(fù)載使用；由此可知，在線式不斷電系統(tǒng)的輸出完全由逆變器來(lái)供應(yīng)，因此不論市電電力品質(zhì)如何，其輸出均是穩(wěn)定而不受任何影響。電池工作方式一旦市電發(fā)生異常時(shí)，將儲(chǔ)存于電池中的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，此時(shí)逆變器的輸入改由電池組來(lái)供應(yīng)，逆變器持續(xù)提供電力，供給負(fù)載繼續(xù)使用，達(dá)到不斷電的功能。不斷電系統(tǒng)的電力來(lái)源是電池，而電池的容量是有限的，因此不斷電系統(tǒng)不會(huì)像市電一般無(wú)限制的供應(yīng)，所以不論多大容量的不斷電系統(tǒng)，在其滿載的的狀態(tài)下，其所供電的時(shí)間必定有限，若要延長(zhǎng)放電時(shí)間，須購(gòu)買長(zhǎng)時(shí)間型不斷電系統(tǒng)。

13、旁路運(yùn)行方式當(dāng)在線式UPS超載、旁路命令（手動(dòng)或自動(dòng)）、逆變器過(guò)熱或機(jī)器故障，UPS一般將逆變輸出轉(zhuǎn)為旁路輸出,即由市電直接供電。由于旁路時(shí)，UPS輸出頻率相位需與市電頻率相位相同,因而采用鎖相同步技術(shù)確保UPS輸出與市電同步。旁路開關(guān)雙向可控硅并聯(lián)工作方式，解決了旁路切換時(shí)間問(wèn)題，真正做到了不間斷切換，控制電路復(fù)雜，一般應(yīng)用在中大功率UPS上。如果在過(guò)載時(shí),必須人為減少負(fù)載，否則旁路短路器會(huì)自動(dòng)切斷輸出。旁路維護(hù)方式當(dāng)UPS進(jìn)行檢修時(shí)，通過(guò)手動(dòng)旁路保證負(fù)載設(shè)備的正常供電,當(dāng)維修操作完成后，重新啟動(dòng)UPS， UPS 轉(zhuǎn)為正常運(yùn)行。幾種UPS電源的動(dòng)作方式后備式UPS在市電正常時(shí)直接由市電向負(fù)載供電， 當(dāng)市電超出其工作范圍或停電時(shí)通過(guò)轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)為電池逆變供電。其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體