不间断电源

将直流电转换成交流电的系统设备

UPS即不间断电源(Uninterruptible Power Supply)，是一种含有储能装置的不间断电源。主要用于给部分对电源稳定性要求较高的设备，提供不间断的电源。

简介

不间断电源(UPS)是将蓄电池(多为铅酸免维护蓄电池)与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。它主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其他电力电子设备如电磁阀、压力变送器等提供稳定、不间断的电力供应，保证这些设备仪器的不间断运行，防止计算机数据丢失、电话通信网络中断或仪器失去控制。

不间断电源广泛应用于：矿山、航天、工业、通讯、国防、医院、计算机业务终端、网络服务器、网络设备、数据存储设备、应急照明系统、铁路、航运、交通、电厂、变电站、核电站、消防安全报警系统、无线通讯系统、程控交换机、移动通讯、太阳能储存能量转换设备、控制设备及其紧急保护系统、个人计算机等领域。

工作原理

系统组成

典型的UPS系统框图如图1所示，它的基本结构是一套将交流电变为直流电的整流器和充电器，以及把直流电再变为交流电的逆变器，电池在交流电正常供电时贮存能量且维持在一个正常的充电电压上，一旦市电供电中断时，蓄电池立即对逆变器供电以保证UPS电源交流输出电压。下面几种简图示意了UPS的各种工作情况(以在线式UPS电源为例)。

（1）市电在UPS所允许的范围内正常供电时，如图2所示，粗线描绘了电源能量的流向。

（2）主电源故障即市电被切断后，电源将瞬间改由逆变器提供能量如图3所示。

（3）当所带负载过大或电源内逆变器出现故障时，UPS将打开旁路由主电源直接供电，如图4所示。

连接方式

（1）单台UPS电源能够供给全部负载，连接图如系统的原理图，连接方法较简单。

（2）总负载功率需要二台或更多台UPS电源供给，如图5所示，这种连接方式称作并联无备份方式。

（3）二台或二台以上UPS电源其总容比负载总容量要多，但该系统比负载总容量必须多一台UPS电源的容量，任何一台UPS电源故障时，其余仍能供给全部负载，如图6所示。这种连接方式称作并联有备份方式。

（4）整个UPS电源系统出现故障后，市电将UPS电源脱开，直接接通负载，且不影响UPS电源系统的维修，这种线路设计如图7所示。

当UPS电源系统无故障时，维修开关打开，输入开关、输出开关闭合；当UPS电源系统故障时，维修开关闭合，输入开关、输出开关打开。这样，保证了用电负载的正常工作，而又不影响对UPS电源系统故障的在线维修。

功能作用

随着计算机应用系统对电源的要求越来越高UPS日益受到重视，并逐渐发展成为一种具有稳压、稳频、滤波、抗电磁和射频干扰、防电压冲浪等功能的电力保护系统。尤其是在电网的线路及供电质量不太高、抗干扰的技术落后，同时计算机系统对电源的要求又比较高的情况下，UPS的作用就显得更加明显。

UPS的保护作用首先表现在对市电电源进行稳压，UPS的输入电压范围比较宽，一般情况是从170V到250V，而输出电源的质量是相当高的，后备式的UPS输出电压在5%~8%，输出频率稳定在1Hz；如图1，在线式UPS输出电压稳定在3%以内，输出频率稳定在0.5Hz。在市电正常时，UPS电源相当于交流市电稳压器；同时市电对蓄电池进行充电，此时也相当于充电器。在市电突然掉电的情况下，UPS自动切换到蓄电池供电，使计算机维持正常工作，保护软硬件不受损害。

分类

UPS根据新标准IEC（国际电工委员会）按其结构和运行原理分为以下3类：

（1）被动后备式UPS电源

指逆变器并联连接在市电与负载之间仅简单地作为备用电源使用。此种UPS电源，在市电正常时，负载完全而且是直接地市电供电，逆变器不做任何电能变换，蓄电池由独立的充电器供电；当市电不正常时，负载完全由逆变器提供电能。

被动后备式UPS具有结构简单、价格最廉等优点，运用于某些非重要的负载使用，如家用计算机等。但市电断电时，继电器将逆变器切换至负载，切换时间较长，一般需几个毫秒的间断，所以稍微重要的计算机设备不应选用被动后备式UPS电源。

（2）在线互动式UPS电源

指逆变器并联连接在市电与负载之间，起后备电源作用，同时逆变器作为充电器给蓄电池充电。通过逆变器的可逆运行方式，与市电相互作用，因此被称为互动式。此种UPS电源，在市电正常时，负载由经改良后的市电供电，同时逆变器作为充电器给蓄电池充电，此时逆变器起AC/DC 变换器的作用；而当市电故障时，负载完全由逆变器供电，此时，逆变器起DC/AC变换器的作用。

在线互动式UPS具有结构较简单、实施方便、且易于并联、便于维护和维修、效率高、运行费用低、整机可靠性高等优点，性能满足某些负载要求，特别适用于网络中某些计算机设备采用分布式供电的系统。此种电源缺点是稳压性能不高，尤其动态响应速度低，其次抗干扰能力不强，电路会产生谐波干扰和调制干扰。

（3）双变换式UPS电源

指逆变器串联连接在交流输入与负载之间，电源通过逆变器连续地向负载供电。此种UPS电源其供电方式如下：市电正常时，市电经过整流器、逆变器向负载供电；市电不正常时，由蓄电器经逆变器向负载供电。

双变换式UPS是UPS电源的主流产品，具有性能好、电压稳定度与频率稳定度高、功能强、具有热备份连接和并联冗余联结的功能等优点，其不足之处是当容量少于10kVA以下，其整机效率不高，一般在85%左右。

技术指标

新型UPS中的逆变器大多采用了PWM技术，同时采用了石英晶体振荡控制逆变器的频率，通过电压负反馈电路确保输出电压的稳定。它具有开关电源的一系列优点，通过精确调整脉冲宽度，保证功率稳定输出，同时．开关电源技术的应用，也使其自身损耗大大降低。主要技术指标如下：

（1）额定输出功率和最大输出功率；

（2）切换时间；

（3）输出电压稳定度，参考值±0.5%~±2%；

（4）输出频率稳定度，参考值±0.01%~±0.5%；

（5）输出波形纯正(正弦波输出)，电压畸变小于1%，不存在潜波失真的问题；

（6）效率高、损耗低。参考指标高于90%；