不间断电源UPS工作原理及应用.docx

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不间断电源UPS工作原理及应用

不间断电源（UPS）知识

何谓不断电系统（UPS）?

不断电系统的英文名称是UninterruptiblePowerSupply取其英文字缩写即为"UPS"。

所以不断电系统依其字面的意义，就是当电源中断或异常时能够不间断提供电力以维持计算机正常运作的设备。

为何需要不断电系统（UPS）?

不稳定的电源质量均足以影响计算机的正常运作。

而不断电系统，不仅在输入电源中断时可立即供应电力，在电源输入平时，也可对质量不良的电源进行稳压、滤除噪声、防雷击等功能以提供使用者稳定纯净的电源。

所以，拥有不断电系统就像为计算机设备购买了保险一样，有备无患。

不断电系统（UPS）种类有那些?

按照不同的标准有不同的划分方法，如按UPS工作性质可分为以下几种：

离线式（OFFLINE）,在线式（ONLINE）,在线互动式式（LINEINTERACTIVE）和串并联工作模式。

何谓离线式不断电系统（Off-LineUPS）?

如下离线式系统方块图，平常市电走旁边的一条直通路径（直接供电给负载。

只有停电或市电异常时，才由电池提供电力。

经逆变器转换为交流电源提供给负载电力。

特色:

1.市电正常时，UPS对市电几无处理而直接输出至负载，对市电噪声、突波衰减能力差。

2.具转换时间，保护性最低。

3.结构简单、体积小、重量轻、控制容易、低成本特性。

何谓在线式不断电系统（On-LineUPS）?

在线式UPS平常由逆变器输出给负载电力，只有UPS故障、过载或过热时才会转为旁路输出给负载。

特色:

1.输出至负载之电力经UPS处理，输出电源质量最高

2.无转换时间

3.结构复杂，成本较高

4.保护性最高，对市电噪声、突波衰减能力最佳

何谓在线互动式不断电系统（Line-InteractiveUPS）?

互动式UPS平常由旁路经变压器输出给负载，逆变器此时做为充电器。

当断电时逆变器则将电池能量转为交流电输出给负载。

特色:

1.具双向性转换器设计，UPS电池回充时间较短

2.具转换时间

3.控制结构复杂，成本较高

4.保护性介于在线式与离线式UPS之间，对市电噪声，突波衰减能力差

如何选购适当的不断电系统（UPS）?

1.UPS的质量最重要是有良好的稳定度及可靠的特性

2.在各地有及时的销售与维修服务

3.具最优秀的研发工程人员,具产品创新开发能力

4.产品具备效率高，噪音低等优异特性

5.厂商声誉较佳,及财务结构健全者

6.产品经过国外检验机构认证合格等

7.工厂经过检验机构认证合格如ISO9001,ISO9002

我住的地方很少停电，我需要拥有不断电系统（UPS）吗?

据统计，电力问题中停电只占一小部分,不易察觉的电力问题，例如电压过高、电压过低、突波等才是电力问题之大宗。

UPS设计目的就是在提供顾客极重要之负载的全面性电源保护。

包括稳压、防止突波损害、避免高频干扰、防止任何型式之电源供应中断或浮动等，以及可以提供没有限制的长延时供电。

不断电系统（UPS）供电时间多长才适当?

UPS最大的目的是当电力异常时能提供适当的备用电源给负载设备使用。

因此UPS备用时间应足以让使用者面对电力异常时有足够的反应措施执行时间。

一般而言5-10分钟的备用时间已足够。

此外，若需较长的备用时间,则可考虑购买能够加挂电池箱的UPS机种（即长延时机种UPS）。

不断电系统（UPS）的容量如何计算?

目前市面所贩卖的不断电系统（UPS）多以VA为产品的容量单位。

V是电压，A是电流，V*A就等于功率，也就是不断电系统的容量。

举例来说，一部425VA的不断电系统若其输出电压为110V，则其产品可供应之最大电流为3.86，超过此电流就表示超载（Overload）。

另一种表示功率的方法是W，W表示实功，VA表示虚功。

两者之间的差别就是功率因子。

功率因子之多寡并无标准，一般为0.6到0.8，若为0.5则产品设计不佳，在选购不断电系统时，应考虑此数字。

如何延长不断电系统（UPS）的供电时间?

延长不断电系统的供电时间有两种方法：

1.加挂电池箱：

优点是可依所需供电时间加挂数组电池箱，但须注意是此种方法会造成电池充电时间相对增加，另外也会增加维护设备、产品体积与成本，故需好好评估。

2.选购容量较大的不断电系统：

此方法不仅可减少维修成本，若遇到负载设备扩充，较大容量的不断电系统仍可立即运作。

何谓SNMP?

SNMP就是简易网络管理协议（SimpleNetworkManagementProtocol）的英文缩写。

其意义就是让计算机暨外围设备能够不透过计算机而直接接上网络，并让网络系统加以管理。

高阶UPS通常具有可选购的SNMP网络管理接口，可让该UPS容易的连上网络。

何谓IGBT?

IGBT是InsulatedGateBipolarTransistor的英文缩写。

IGBT是一种功率晶体，运用此种晶体设计之UPS可有效提升产品效能，使电源质量好、效率高、热损耗少、噪音低、体积小与产品寿命长等多种优点

何谓隔离变压器?

仪器设备与一般UPS搭配使用时，常因电气特性之零地电压原因，而造成仪器设备干扰或误动作等问题。

为避免此种状况之产生，某些高阶UPS即针对此问题，设计出具隔离变压器设计之UPS，经特殊设计配合，即可使输出的零地电压小于1伏而避免上述问题发生，除此之外，更具有噪声滤除等功能。

何谓Boost和Buck?

Boost是升压，Buck是降压。

当市电电压过低或过高时，稳压器将过低或过高之电压调升或调降至所需要（或规格所订）之范围，以使UPS或设备可达到运作之目的。

何谓AVR?

AVR是AutomaticVoltageRegulation的英文缩写。

AVR是电压自动调整的意思，即UPS针对输入的电压透过内部输出变压器的线圈匝数调整或电力电子组件处理，达到UPS拥有宽广的市电输入范围与稳定的输出电压特性。

何谓功率因素（PowerFactor）?

功率因素是：

实际消耗的功率与电力供给容量之比值。

所以功率因素越高，电力在传输过程中即可减少无谓的损失并提高电力的利用率。

不间断系统的功率如何计算？

 前市面上销售的不断电系统大都以VA（视在功率）为单位，V表示电压，A表示电流，电压乘以电流就表示功率，也就是不断电系统的容量；以一部500VA的不断电系统来说明，当其输出电压为110V时，其可供应电流4.55A，当您的负载所需求的电流值超过4.55A时，就表示超载了。

　　另一个表示功率的单位是W，W表示的是实功，与VA之间有一个功率因子的差别，Ｗ＝ＶＡXcｏｓθ，这个cｏｓθ就是功率因子，功率因子到底多少，各家产品不同，有的是0.6，有的是0.8，目前大部份的市售产品都定在0.7。

　　将各个负载的额定容量累加求出总容量，并对瞬间启动耗电量大的负载如列表机，需另以瞬间启动时的耗电量计算，避免所有设备同时启动造成超载情形时，一旦市电中断则UPS亦无法持续供电。

　　负载总耗电量（VA值与W值）不得大于UPS输出端功率（VA值与W值），否则就是超载。

一旦市电异常或中断，UPS无法正常运作，亦造成负载面临断电危机，此乃一般用户最容易疏忽的问题。

不间断设备应用与何种设备？

　不断电系统，一般均应用于保护重要设备，例如：

计算机设备，精密仪器，医疗仪器等，由于UPS研发设计以计算机为主，并非所有负载均适用，尤其是电感性负载，像电风扇、冷气机等家电均不适用，因为电感性负载会有反电动势的产生，对于离线式UPS会造成伤害。

此外像复印机、激光打印机等启动电流较大的设备亦不适用于UPS，因其瞬间启动电流大，若UPS容量不足时，易造成瞬间超载，一旦适逢市电中断时，UPS输出亦中断。

平时UPS长期处于超载使用时，将缩短电子组件及UPS的寿命。

输出波形对负载的影响？

 一般负载分为三大类，及电阻性负载（如灯泡）、电容性负载（如交换式电源供应器）及电感性负载（如传动马达）。

对正弦波而言，此三类负载均可使用。

方波、阶梯波仅可用于电阻性及电容性负载，因感性负载的反电动势是阶梯波的致命伤，而电容性负载则需要较高的峰值电压来驱动，方波、阶梯波的产品恰好有高峰值的特性，但因阶梯波有谐波成份，对某些仪器而言会因为谐波干扰而产生读值错误或误动作。

转换时间对计算机的影响？

 后备式不断电系统（OFF-LINEUPS）在作电力系统转换时，会有转换时间，而转换时间到底多长？

对计算机有什么影响？

是客户经常提出的问题。

转换时间的长短各厂家产品设计不同，一般均介于2至10毫秒，就计算机而言，当电力中断时，其本身的交换式电源供应器应可维持16毫秒，因此不断电系统的转换时间是一般个人计算机所能接受的。

UPS为何要接地？

1.一方面为保护人身安全防止触电，另方面良好的接地有利于消除耦合噪声干扰

2.以单独接地方式供UPS及计算机设备使用,接地电阻值建议小于5Ω,材料选用一级品且施工需严格要求，接地点须与避雷针接地点远离。

？

如何计算UPS应考率的散热量？

一、计算公式

　　1-1.BTU/小时=KCal×3.96

　　1-2.KCal=KVA×860

　　1-3.BUT/小时=KVA（UPS容量）×860×3.96×（1-UPS效率）

　　　　　　　　　=KVA（UPS容量）×3400（1-UPS效率）

二、例：

10KVAUPS一台整机效率85%,其散热量计算如下：

　　　　10KVA×3400×（1-0.85）=5100BTU/小时

什么是浮充电？

一种充电气的充电模式，其作用为；当电池于饱电状态时，充电器不会停止充电，仍旧会提供少许的浮充电压与电流供给电池，因为一旦充电器停止对电池充电，则电池会自行释放能量，所以利用浮充的方式，平衡这自然放电，如此可以延长电池的寿命，且确保电池始终维持最佳状态。

UPS不间断电源工作原理及应用说明

2008年10月25日星期六03:

21P.M.

摘要：

本文介绍了UPS电源系统的基本组成，原理及特点，并对如何对其全面、完善维护做了详细的阐述。

关键字：

UPS储能电池

Abstract:

Basiccomposing,theoryandcharacteristicofUPSpowerareintroducedinthisarticle.Itparticularexplainshowtoexcessivemaintenance.

Keywords:

UPSSavingbattery

一、引言

保证任何情况下的正常供电，是冶金行业的重要基础。

为此,除工业电网正常供电外，还需配备UPS供电系统。

UPS电源是保障供电稳定和连续性的重要设备，因其主要机智能化程度高，储能器材采用免维护蓄电池，使得在运行中往往忽略了对该系统的维护与检修。

其实维护的好坏，对电源的寿命和故障率有很大影响，下面根据我们使用中的具体情况和维护经验介绍UPS电源的使用注意事项和日常维护要求。

虽说各企业配置的UPS供电系统设备型号及系统容量有所不同，但其原理和主要功能基本相同。

在UPS电源类型选择上各站都选择了在线式，这时因为在线式UPS电源系统具有对各类供电的零时间切换，自身供电时间的长短可选，并具有稳压、稳频、净化的特点。

当UPS电源系统本身出现故障时有自动旁路功能，当需要检修时可采用手动旁路，使检修、供电互不影响。

在功率选择上，莱钢中小型棒材生产线选用了中功率系统。

二、UPS电源系统

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。

如图1所示，在电网电压工作正常时，给负载供电如所示，而且，同时给储能电池充电；当突发停电时，UPS电源开始工作，由储能电池工给负载所需电源，维持正常的生产（如粗黑→所示）；当由于生产需要，负载严重过载时，由电网电压经整流直接给负载供电（如虚线所示）。

UPS电源系统主要分两大部分，主机和储能电池。

额定输出功率的大小取决于主机部分，并与负载属那种性质有关，因为UPS电源对不同性能的负载驱动能力不同，通常负载功率应满足UPS电源70％的额定功率。

储能电池容量的选取当负载功率确定后主要取决其后备时间的长短，这个时间因各企业情况不同而不同，主要由备用电源的接入时间来定，通常在几分钟或几个小时不等。

莱钢中小型棒材生产线因生产需要不允许断电，因此，UPS电源系统在检测到电网电压中断后，可自行启动供电，且随着储能电池慢慢放电，储能电池的容量随着时间会逐渐降低，考虑到寿命终止时储能电池容量下降到50％并留有一定的余量，我厂UPS电源系统的工作时间当储能电池满容量时为2小时，半容量为1小时。

2.1电源工作原理

2.1.1AC-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。

2.2.2DC-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。

2.3.3控制驱动：

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。

不间断电源工作原理框图如图2所示。

2.3电源工作过程

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。

FR-UK型不间断电源（标称额定功率）80%的阻性负载设计负载能力，一般带计算机负载时可承受的按下式估算：

∑i=1nPi≤P

其中P为不间断电源输出容量（VA），P为第i个负载伏安数

每套PLC功率：

220V*0.5=110VA

每台操作站功率：

220V*2A=440VA

IBMPC客户机及服务器：

220V*1.5A=330VA

则总功率：

10*110VA+4*440VA+11*330VA=6490VA

6490VA/0.8=8112VA

因此，在这条棒材生产线上，采用10KVA的不间断电源比较合适。

三、UPS电源系统的使用与维护

1、UPS电源系统开、关机

1.1第一次开机

（1）按以下顺序合闸：

储能电池开关→自动旁路开关→输出开关依次置于“ON"。

（2）按UPS启动面板“开”键，UPS电源系统将徐徐启动，“逆变”指示灯亮，延时1分钟后，“旁路”灯熄灭，UPS转为逆变供电，完成开机。

经空载运行约10分钟后，按照负载功率由小到大的开机顺序启动负载。

1.2日常开机

只需按UPS面板“开”键，约20分钟后，即可开启电脑或其它仪器使用。

通常等UPS启动进入稳定工作后，方可打开负载设备电源开关（注：

手动维护开关在UPS正常运行时，呈“OFF"状态）。

1.3关机

先将电脑或其它仪器关闭，让UPS空载运行10分钟，待机内热量排出后，再按面板“关”键。

2、UPS电源系统使用注意事项

UPS电源系统因其智能化程度高，储能电池采用了免维护蓄电池，这虽给使用带来了许多便利，但在使用过程中还应在多方面引起注意，才能保证使用安全。

（1）UPS电源主机对环境温度要求不高，+5℃～40℃都能正常工作，但要求室内清洁，少尘，否则灰尘加上潮湿会引起主机工作紊乱。

储能蓄电池则对温度要求较高，标准使用温度为25℃，平时不能超过+15℃～+30℃。

温度太低，会使储电池容量下降，温度每下降1℃，其容量下降1％。

其放电容量会随温度升高而增加，但寿命降低。

如果在高温下长期使用，温度每高10℃，电池寿命约降低一半。

（2）主机中设置的参数在使用中不能随意改变。

特别是对电池组的参数，会直接影响其使用寿命，但随着环境温度的改变，对浮充电压要做相应调整。

通常以25℃为标准，环境温度每升高或降低1℃时，浮充电压应增加18mV（相对于12V蓄电池）。

（3）在无外电靠UPS电源系统自行供电时，应避免带负载启动UPS电源，应先关断各负载，等UPS电源系统起动后再开启负载。

因负载瞬间供电时会有冲击电池，多负载的冲击电流和加上所需的供电电流会造成UPS电源瞬间过载，严重时将损坏变换器。

（4）UPS电源系统按使用要求功率余量不大，在使用中要避免随意增加大功率的额外设备，也不允许在满负载状态下长期运行。

但工作性质决定了UPS电源系统几乎是在不间断状态下运行的，增加大功率负载，即使是在基本满载状态下工作，都会造成主机出故障，严重时将损坏变换器。

（5）自备发电机的输出电压，波形、频率、幅度应满UPS电源对输入电压的要求，另久发电机的功率要远大于UPS电源的额定功率，否则任一条件不满，将会造成UPS电源工作异常或损坏。

（6）由于组合电池组电压很高，存在电击危险，因此装卸导电联接条、输出线时应用安全保障，工具应采用绝缘措施，特别是输出接点应有防触摸措施。

（7）不论是在浮充工作状态还是在充电、放电检修测试状态，都要保证电压、电流符合规定要求。

过高的电压或电流可能会造成电池的热失控或失水、电压、电流过小会造成

电池亏电，这都会影响电池的使用寿命，前者的影响更大。

（8）在任何情况下，都应防止电池短路或深度放电，因为电池的循环寿命和放电深度有关。

放电深度越深、循环寿命越短。

在容量试验中或是放电检修中，通常放电达到容量的30％～50％就可以了。

（9）对电池应避免大电流充放电，虽说在充电时可以接受大电流，但在实际操作中应尽量避免，否则会造成电池极板膨胀变形，使得极板活性物质脱落，电池内阻增大，温升越高，严重时将造成容量下降，寿命提前终止。

3、日常维护与检修

（1）UPS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。

特别是气候干燥的地区，空气中的灰粒较多，机内的风机会将灰尘带入机内沉积、当遇空气潮湿时会引起主机控制紊乱造成主机工作失常，并发生不准确告警，大量灰尘也会造成器件散热不好。

一般每季度应彻底清洁一次。

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）虽说储能电池组目前都采用了免维护电池，但这只是免除了以往的测比、配比、定时添加蒸馏水的工作。

但外因工作状态对电池的影响并没有改变，不正常工作状态对电池造成的影响没有变，这部分的维护检修工作仍是非常重要的，UPS电源系统的大量维修检修工作主要在电池部分。

a.储能电池的工作全部是在浮充状态，在这种情况下至少应每年进行一次放电。

放电前应先对电池组进行均衡充电，以达全组电池的均衡。

要清楚放电前电池组已存在的落后电池。

放电过程中如有一只达到放电终止电压时，应停止放电，继续放电先消除落后电池后再放。

b.核对性放电，不是首先追求放出容量的百分之多少，而是要关注发现和处理落后电池，经对落后电池处理后再作核对性放电实验。

这样可防止事故，以免放电中落后电池恶化为反极电池。

c.平时每组电池至少应有8只电池作标示电池，作为了解全电池组工作情况的参考，对标示电池应定期测量并做好记录。

d.日常维护中需经常检查的项目有：

清洁并检测电池两端电压、温度；连接处有无松动，腐蚀现象、检测连接条压降；电池外观是否完好，有无壳变形和渗漏；极柱、安全阀周围是否有酸雾逸出；主机设备是否正常。

e.免维护电池要维护，不是什么无稽之谈，应从广义的维护立场出发，做到运行、日常管理的周到、细致和规范性，保证设备（包括主机设备）保持良好的运行状况，从而延长使用年限；保证直流母线经常保持合格的电压和电池的放电容量；保证电池运行和人员的安全可靠。

这就是电池维护的目的，也是电池运行规程中包括的内容和进行规则。

（3）当UPS电池系统出现故障时，应先查明原因，分清是负载还是UPS电源系统；是主机还是电池组。

虽说UPS主机有故障自检功能，但它对面而不对点，对更换配件很方便，但要维修故障点，仍需做大量的分析、检测工作。

另外如自检部分发生故障，显示的故障内容则可能有误。

（4）对主机出现击穿，断保险或烧毁器件的故障，一定要查明原因并排除故障后才能重新启动，否则会接连发生相同的故障。

（5）当电池组中发现电压反极、压降大、压差大和酸雾泄漏现象的电池时，应及时采用相应的方法恢复和修复，对不能恢复和修复的要更换，但不能把不同容量、不同性能、不同厂家的电池联在一起，否则可能会对整组电池带来不利影响。

对寿命已过期的电池组要及时更换，以免影响到主机。

四、结束语

再好的设备也有寿命，也会出现各类故障，但维护工作做的好可以延长寿命，减少故障的发生，这和人的寿命长短、生老病死是一样的道理。

不要因为高智能、免维护而忽略了本应进行的维护工作，预防在任何时候都是安全运行的重要保障。

不间断电源UPS的工作原理

按UPS的工作方式来分，可分为在线（on－line）式UPS和离线（off－line）式UPS。

离线式UPS又称后各式UPS，它还可分为正弦波输出、方波输出、带稳压的或不带稳压的。

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（1）后各式UPS后各式UPS是指UPS中的逆变器只在市电中断或欠压失常状态（欠压值约在170V，即UPS投人电压）下才工作，向负载供电，而平时逆变器不工作，处于各用状态。

图1为后各式UPS电能流程图。

市电供电正常时，市电一方面直接通过交流旁路支路转换开关，经滤波器输出至负载；另一方面通过电源变压器，经整流后变成直流电，再经充电回路向蓄电池组充电。

当市电供电中断时，蓄电池储存的电能通过逆变器变成交流电，经滤波器继续向负载供电。

图1后备式UPS电能流程图

在后各式UPS中实际电路也含有各种保护、告警等控制回路，比较复杂。

（2）在线式UPS图2为在线式UPS电能流程图。

市电供电正常时，市电经过电源变压器、整流器后，一路经逆变器、滤波器输出至负载；另一路经充电回路向蓄电池组充电。

当市电中断，蓄电池组端电压低于设定值或逆变器故障时，市电就通过旁路支路经转换开关、滤波器向负载供电。

由此可见，不管市电正常或