不間斷電源(UPS)基本原理介紹
2016-07-13
背景知識：
不間斷電源(UPS)是計算機(jī)、通信系統(tǒng)以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經(jīng)整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經(jīng)逆變器變成交流,經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到負(fù)載。為了在逆變器故障時仍能向負(fù)載提供能量,另一路備用電源通過電源轉(zhuǎn)換開關(guān)來實現(xiàn)。
現(xiàn)代UPS普遍了采用脈寬調(diào)制技術(shù)和功率M0SFET、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術(shù)的引入,可以實現(xiàn)對UPS的智能化管理,進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)和遠(yuǎn)程診斷。
目前在線式UPS的*大容量已可作到600kVA。超小型UPS發(fā)展也很迅速,已經(jīng)有0.5kVA、1KVA、2kVA、3kVA等多種規(guī)格的產(chǎn)品。
基本原理：
UPS(Uninterruptiable Power Supply)譯為不間斷電源。由20世紀(jì)60年代的旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)發(fā)展到目前的具有一定智能化程度的靜止式全電子電路，它也是隨著電子技術(shù)特別是功率器件和自動控制技術(shù)的飛速發(fā)展而日趨成熟的。其基本功能是：
市電中斷供電時，能不間斷供電；
始終向負(fù)載提供高質(zhì)量的交流電源，達(dá)到穩(wěn)壓.穩(wěn)頻.抑制浪涌.尖峰.電噪音.補(bǔ)償電壓下陷.長期低壓等因素干擾。
按其工作原理分為動態(tài)式（又稱旋轉(zhuǎn)式ROTATORY TYPE）和靜態(tài)式（STATIC TYPE）。動態(tài)式UPS由引擎與發(fā)電機(jī)組構(gòu)成，它是靠交流市電驅(qū)動交流電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而帶動同軸的交流發(fā)電機(jī)和慣性飛輪同速旋轉(zhuǎn)運(yùn)行，由發(fā)電機(jī)向負(fù)載供電。市電波動時由于慣性飛輪對短時間的電壓突變后干擾無反應(yīng)，保證了輸出電壓的穩(wěn)定；市電斷電靠飛輪的慣性將額定電壓供電再延長5秒鐘，由于保存數(shù)據(jù)信息。后來發(fā)展到內(nèi)燃機(jī)式UPS系統(tǒng)，但這類UPS體積大噪音大.效率低，在目前應(yīng)用不多。*目前用得*多的，*常用的UPS還是靜態(tài)式UPS，現(xiàn)在一般講的UPS也是指靜態(tài)式UPS，但在概念上還是應(yīng)分清楚。
靜態(tài)式UPS
動態(tài)式UPS因應(yīng)用較少，所以在人們通常所指的UPS大都指靜態(tài)式UPS。靜態(tài)式UPS根據(jù)供電方式可分為在線式（ON-LINE），后備式（或稱離線式，OFF-LINE/BACK-UP）及線上交互式（LINE-INTERACTIVE）三類。
真在線式UPS電源的定義是：當(dāng)輸入，負(fù)載和UPS本身都正常工作時，UPS電源將輸入的交流市電先通過整流器變成直流電，然后通過逆變器將直流電逆變成交流電，輸出標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定的純凈的正弦波電源，也即在一切都正常的情況下，負(fù)載得到的是由逆變器輸出的高質(zhì)量的正弦波電源。
后備式UPS電源的定義是：當(dāng)輸入，負(fù)載及UPS本身都正常工作時，UPS僅僅是將市電做簡單的升壓，降壓和濾波處理，然后直接輸出給負(fù)載使用，只有當(dāng)輸入電源不符合要求時，UPS才將電池的直流逆變成交流電，輸出給負(fù)載使用。也即，在大部分時間，負(fù)載使用的是輸入電源本身或經(jīng)過簡單處理的輸入電源。
互動式UPS電源的定義是：當(dāng)市電電源在約150~264伏的范圍內(nèi)，它向用戶提供經(jīng)鐵磁諧振穩(wěn)壓器或經(jīng)變壓器抽頭調(diào)壓處理的一般市電電源（這*意味著：來自一般市電電網(wǎng)的頻率波動，由“諧波污染”而形成的高波形畸變度及從電網(wǎng)串入的干擾等所困擾的低質(zhì)量電源*是用戶所實際使用的交流電源）對于這種UPS來說，僅僅當(dāng)市電電源電壓低于150伏或高于264伏左右時，它才有可能向用戶提供真正的“UPS逆變器高質(zhì)量的正弦波”電源。
現(xiàn)狀和發(fā)展：
智能型UPS是當(dāng)今UPS的一大發(fā)展趨勢，隨著UPS在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)管理者強(qiáng)調(diào)整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為保護(hù)對象，希望整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，仍然可以繼續(xù)工作而不中斷。因此UPS內(nèi)部配置微處理器使之智能化是UPS的新趨勢，UPS內(nèi)部硬件與軟件的結(jié)合，大幅度提高了UPS的功能，可以監(jiān)控UPS的運(yùn)行工作狀態(tài)，如：UPS輸出電壓頻率，電網(wǎng)電壓頻率、電池狀態(tài)以及故障記錄等。還可以通過軟件對電池進(jìn)行檢測、自動放電充電，以及遙控開關(guān)機(jī)等。網(wǎng)絡(luò)管理者*可以根據(jù)信息資料分析供電質(zhì)量，依據(jù)實際情況采取相應(yīng)的措施。當(dāng)UPS檢測出供電電網(wǎng)中斷時，UPS自動切換到電池供電，在電池供電能力不足時立即通知服務(wù)器做關(guān)機(jī)的準(zhǔn)備工作并在電池耗盡前自行關(guān)機(jī)。智能型UPS通過接口與計算機(jī)進(jìn)行通訊，從而使網(wǎng)絡(luò)管理員能夠監(jiān)控UPS，因此其管理軟件的功能*顯得*其重要。