UPS不间断电源的原理及应用

[摘 要]随着社会经济的发展与进步，一些重要用户的关键设备如互联网数据中心、银行清算中心、证券交易系统、通信网管中心等，要求提供高质量的无时间中断的交流电源。UPS不间断电源作为一种“干净”的不中断的电源系统，它的应用可以解决电网中存在的断电、雷击尖峰、浪涌、频率震荡、电压突变、电压波动、频率漂移、电压跌落、脉冲干扰等问题，从而有效的改善电源质量，为用户终端提供高质量的不间断电源。

[关键词]UPS不间断电源 解决 高质量

中图分类号：TM44 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）29-0293-01

一、UPS的功能

1、不停电功能：当电网故障停电时，UPS系统中的电池组经过IGBT逆变后将电源供给用户终端。

2、交流稳压功能：电网电能经过UPS的整流后，变为直流电源，再经过逆变器变为交流电源输出，输出电源具有稳定的电压和频率。

3、净化功能：谐波对电网造成很大污染，通过IGBT整流可以提高电源效率减少谐波。

二、UPS工作原理

1、UPS基本组成

UPS由整流器、逆变器、蓄电池、静态开关以及旁路装置等部件组成。

2、UPS工作模式

UPS具有三种工作模式：正常模式、电池模式以及旁路模式。

（1）正常模式：在正常模式时，输入电源通过输入开关送到整流器的输入端，整流器将送来的AC转成DC输出，整流器的DC输出送到逆变器输入端，逆变器将DC转成经过规整的AC输出。

在正常模式中，整流器输出的直流电源对储能电池组进行浮充。电池总是连上UPS，随时准备在整流器失效时起用。同时净化功能由储能电池来完成，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，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。

（2）电池模式

在输入故障或输入电源电压或频率超出容限（参照输入技术参数）时，UPS自动起用电池模式。如果这些情况出现，整流器关闭，进入逆变器的DC将从整流器转由电池供给。输入一旦恢复正常，整流器就开机并带上负载，并开始对电池充电。

同时，电池容量的大小直接决定UPS在交流停电时能够保证不间断输出的时间长短，当电池放电至低电压时会发出告警，而一旦电池放电至电压达到保护值时，为保护电池避免过放电造成永久损伤，UPS就会关闭输出。

（3）旁路模式

当逆变器故障或不能支撑负载时，为确保负载不断电，UPS将转旁路。旁路模式时，系统输出直接从旁路输入取得。此模式中，系统输出没有电源波动、尖峰脉冲、断电保护。同样也没有滤波、调整、电池支撑。

3、UPS整流器工作原理

整流器可以把输入的市电或油机电的交流电能变为直流电能，为逆变器和蓄电池提供能量。

UPS整流器多采用可控硅整流器。按整流器晶闸管数量的不同，工频机通常分为6脉冲整流和12脉冲整理两种类型。6脉冲指以6个晶闸管组成的全桥整流，6个开关脉冲对6个晶闸管分别控制，在一个交流周期内，输出六个半波，所以叫6脉冲整流。12脉冲整流器是在一个基本6脉冲整流器的基础上移相30o叠加一个6脉冲整流器，它的直流输出电压更平滑，谐波频率更高，谐波幅值更小，滤波更容易。大功率UPS多采用12脉冲整流器。

4、UPS逆变器工作原理

逆变器是UPS的主要组成部分。UPS整流器已将输入的交流电压变成直流电压，而负载所需的是交流电压，就必须有一种电路再将该直流电压变回交流，执行这个任务的装置就叫逆变器。逆变器电路的种类很多，在UPS中常见的有推挽变换器、半桥逆变器、全桥逆变器、双向变换器等。

5、UPS蓄电池

大、中型UPS系统中一般多使用的是阀控密封铅酸蓄电池。而且由于大、中型UPS 系统的直流母线电压很高，一般为400V 左右，所以都采用蓄电池组。

现阶段，UPS 大都把蓄电池组直接挂在UPS 整流后的直流母线上，利用整流器直接充电，这就要求整流功率要远大于逆变功率，一般整机功率的20%设计为电池的充电功率；有的则需外加充电器，实现电池管理。它们都应注意充电功率和电池容量的搭配问题。

三、UPS应用

1、考虑UPS的备用时间

UPS依备用时间可分为标准型及长效型。标准型UPS备用时间为5-15分钟，长效型为1-8小时。选用UPS时，根据UPS的应用场合来选用UPS。

当然，在一些重要场所应用的UPS一般都连接有备用输入电源，即柴油机发电机组，市电断电时，柴油发电机组就会启动提供输入电源。

2、UPS所带负载类型

一般UPS不推荐带接纯感性、纯容性负载。例如电动机、空调、复印机等。而且也不能接半波整流型负载。

UPS适合带阻容性（如电脑）、阻性、微感性负载。

四、UPS维护及检修

1、UPS不间断电源在正常使用情况下，主机的维护工作很少，主要是防尘和定期除尘。其次就是在除尘时，检查各连接件和插接件有无松动和接触不牢的情况。

2、UPS使用阀控密封铅酸蓄电池是免维护电池，但这只是免除了普通电池的测比、配比、定时添加蒸馏水的工作。蓄电池维护维护工作仍是非常重要的。

电池在使用一定时间后应进行定期检查，如观察其外观是否异常、测量各电池的电压是否平均等；如果长期不停电，电池会一直处于充电状态这样会使电池的活性变差，因此即使不停电，UPS也需要定期进行放电试验以便电池保持活性。放电试验一般可三个月进行一次，做法是UPS带载，然后断开市电，使UPS处于电池放电状态，放电持续时间视电池容量而言一般为几分钟至几十分钟，放电后恢复市电供电，继续对电池充电。

同时，在蓄电池的使用中应注意，不能把不同容量、不同性能、不同厂家的电池联在一起，对性能下降或寿命已过期的电池组要及时更换，否则可能会对整组电池带来不利影响。

3、当UPS系统发生故障时，应先查明原因，查明故障组件。检修时应注意避免故障的扩散。必要时，请专业的技术人员进行维修。

参考文献

[1] 周志敏.《数据中心UPS供电系统设计与故障处理》 电子工业出版社，2012.

[2] 王其英，刘秀荣.《新型不停电电源（UPS）的管理使用与维护》 人民邮电出版社，2005.