UPS的原理及应用

UPS的概述

UPS是Uninterruptibl e Power Supply的缩写，即不间断电源，主要用于给重要设备提供不间断电能供应。

不间断电源设备(UPS)是一种电子电源系统。当市电电源停电时，UPS将转换为由蓄电池供电的工作方式，在规定时间内向用户设备供电。当市电电源较长时间停电时，UPS需要由备用发电机组供电，继续不间断地为负载供电。此外，在市电正常的情况下，UPS将市电电源进行适当的变换和调节，从而抑制市电电源的各种干扰；为负载提供高质量的交流电源。因此，UPS还具有改善市电质量的功能。

UPS电源系统由4部分组成：整流、储能、变换和开关控制。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，对整流器来说就象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。

UPS的分类

UPS的分类方法很多，有的按照工作原理分类，有的按照性能分类，有的按照应用领域分类等等。

（1）按工作原理分，有动态式和静态式（目前，UPS电源一般均指静止式UPS电源，又可分为后备式、在线互动式及在线式三大类）。

（2）按照UPS功率大小分类：UPS电源系统按其应用的功率可分为：大、中、小三个分区类别。

（3）按照UPS应用领域分类：

第一类信息设备用UPS电源系统设备，主要应用于：信息产业、IT行业、交通、金融行业、航空航天工业等计算机信息系统、通讯系统、数据网络中心等的安全保护问题。

第二类工业动力用UPS电源系统设备，主要应用于：工业动力设备行业电力、钢铁、有色金属、煤炭、石油化工、建筑、医药、汽车、食品、军事等领域。

（4）按性能分类：

UPS按性能分类，可分为三类，用代码表示为：VFI（UPS的输出与市电电源的电压和频率无关）。VFD（UPS的输出电压和频率取决于与市电电源的电压和频率）。VI（UPS的输出频率取决于市电电源的频率变化，输出电压与市电电压无关）。

然而，实际上，UPS按性能分类的VFI、VI、VFD与按UPS内部电路结构分类的双变换、市电交互、冷备用单机UPS系统是密切相关的。常用UPS的区别与含义

在线式和后备式UPS的区分

人们习惯将UPS分成在线式、后备式和互动式，但现在有的标准就不主张分在线式和后备式，由于多年习惯的存在，在线式和后备式的叫法一时还难以取消。任何一个UPS电路都存在两个变换器环节：一个是将交流变成直流的环节，另一个是将直流变成交流的环节，由此就可以从两方面来区分在线式和后备式UPS的概念。

电路结构上：只有和额定输出功率相当的整流器和逆变器环节电路的就是在线式UPS；只有充电器和逆变器环节电路的就是后备式UPS，后备式UPS的充电器比UPS的额定输出功率小得多。

工作原理上：在市电正常供电时，两个逆变器同时工作的电路就是在线式UPS，比如在市电正常供电时，在线式UPS的整流器和逆变器同时工作，而只有一个变换器工作的就是后备式UPS。

在线互动式UPS

在线互动式UPS在一些标准上多称互动式（interactive）UPS，它是介于在线式和后备式的一种产品，这种电路的原形只有一个既能充电又能逆变的双向变换器。在市电供电时，双向变换器一方面向电池充电，一方面产生一个稳定的补偿电压来对输入电压的变化进行补偿，以使输出电压稳定在一定的范围。

线互动原来的含义是除了由双向变换器产生出稳定的补偿电压外，这个电压还必须是正弦波，而且转换开关的动作时间非常短，一般为2ms。因此初期这种电路虽然是后备工作的方式，但具有在线的效果，所以称为在线互动式。

常用UPS的工作原理

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。AC-DC输入有软启动电路，可避免开机时对电网的冲击。

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。

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。

UPS的工作过程

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，同时市电对电流充电。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，重新开机即开始恢复工作。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。

UPS的发展前景

随着IT系统逐步走向集中管理，企业对UPS电源保护系统的应用将更加深入。UPS的应用将呈现出从单机向冗余结构变化，从注重系统的可靠性向注重系统的可用性变化，从单纯