UPS原理及应用

UPS不间断电源工作原理及应用

国电新疆艾比湖流域开发有限公司—刘晓伟

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、工作原理、维护

一、引言

保证任何情况下的正常供电，是水电行业的重要基础。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，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。

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。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。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。

UPS电源工作原理及应用

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

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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Uninterruptible Power Supply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(OFF LINE) ,在线式(ON

LINE),在线互动式式(LINE INTERACTIVE)和串并联工作模式。

何谓离线式不断电系统(Off-Line UPS)?

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-Line UPS)?

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-Interactive UPS)?

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 :

第十二章 计算机电源的维护与维

江西工业工程职业技术学院 丁强华编

参考教材《计算机维护与维修》丁强华主编，煤炭工业出版

12.4 UPS电源结构及原理

不间断电源UPS能够在市电断电后实现不间断地向计算机供电，因为断电后计算机靠储存在滤波电容中的能量来维持电流，一般仅能持续半个周期(10ms)左右。UPS能够在10ms之内将蓄电池内的直流电能转变为交流电能重新向计算机供电，这样就实现了对计算机不间断供电，可避免存储器中的数据丢失。

一、UPS的基本结构与原理

图12-6为UPS电源系统的基本结构框图。它是由一套交流+直流充电+交直流逆变装置构成。UPS中的蓄电池在市电正常供电时处于充电状态。一旦市电中断，蓄电池立即将储存的直流电输出给逆变器逆变成交流电供给计算机设备，保持对计算机设备供电的连续性。一般情况下，中小功率后备式UPS靠蓄电池维持供电的时间在10～30min左右。

1．交流滤波调压回路

交流滤波回路主要是对输入的交流电进行滤波净化，去掉电网中的干扰成分。并在一定范围内进行调压。

2．整流充电回路

整流充电回路是将交流整流成直流，经充电电路给蓄电池充电，并向内部提供所需的直流电。 3．蓄电池组电路

在中小型UPS中广泛应用的是M型密封电池，这是一种密封免维护电池。一般每节电池的额定电压可为2V、4V、6V或12V，它们经串并联组成电池组在UPS中使用。

蓄电池的规格容量用安时(Ah)表示，如12V，6Ah／20hR。它表明该电池的输出电压为12V，其标称容量为6Ah。这一指标是指把该电池以20h速率的条件下进行放电（放电电流为6/20=0.3A），一直放电到电池输出的终了电压为10.5V时，所测量到的总安培小时数。

蓄电池是UPS的重要组成部分，蓄电池性能和质量的好坏直接影响到UPS电源整机的质量，它的成本占整机成本的1／3以上。