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輕松看懂UPS不間斷電源
來源：m.oursharingpantry.com 發(fā)布時(shí)間：2021年04月06日
UPS中文為“不間斷電源”。是一種含儲能裝置，以整流器、逆變器為主要組成部分，為變電站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)化儀表、遠(yuǎn)方通信系統(tǒng)等設(shè)備提供恒壓恒頻的不間斷電源。
UPS系統(tǒng)的主要作用有兩方面：
（1）做為重要設(shè)備的交流供電電源，防止市電突然斷電而影響正常工作，給設(shè)備造成損害；
（2）消除市電中的電涌、瞬間高/低電壓、電線噪聲和頻率偏移等“電源污染”，改善電源質(zhì)量，為計(jì)算機(jī)等提供高質(zhì)量的電源。
UPS的分類
UPS系統(tǒng)主要有有三種類型：后備式、互動(dòng)式、在線式。
（1）后備式：具備自動(dòng)穩(wěn)壓、斷電保護(hù)等功能，轉(zhuǎn)換時(shí)間10ms左右，逆變輸出的交流電是方波，結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜；
（2）互動(dòng)式：具有濾波功能，抗市電干擾能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換時(shí)間小于4ms，逆變輸出為模擬正弦波，價(jià)格遠(yuǎn)低于在線式；
（3）在線式：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，性能完善，能夠持續(xù)不中斷輸出純凈正弦波交流電，能夠解決尖峰、浪涌、頻率漂移等全部的電源問題；價(jià)格高，通常應(yīng)用在關(guān)鍵計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等對電力要求苛刻的環(huán)境中。
UPS的結(jié)構(gòu)
變電站內(nèi)UPS系統(tǒng)一般由電力UPS主機(jī)、旁路穩(wěn)壓柜、輸出饋線柜等三部分組成（小功率時(shí)也可三合一）。
結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，簡單說說幾個(gè)比較重要的部分的用處。
整流器：
有兩個(gè)主要功能：
一，將交流電（AC）變成直流電（DC），經(jīng)濾波后供給逆變器；
二，給蓄電池提供充電電壓，起到一個(gè)充電器的作用；
逆變器：
將直流電（DC）轉(zhuǎn)化為交流電（AC），供給負(fù)載使用；
蓄電池：
UPS用來作為儲存電能的裝置，使其在市電失電時(shí)，可以將直流電逆變后，為負(fù)載提供不間斷電源。其容量大小決定了其維持放電（供電）的時(shí)間 ；
靜態(tài)開關(guān)：
又稱靜止開關(guān)，是用兩個(gè)可控硅（SCR）反向并聯(lián)組成的一種交流開關(guān)，其閉合和斷開由邏輯控制器控制；
隔離變壓器、穩(wěn)壓器：
在輸入或輸出部分將交流與直流隔離，穩(wěn)壓器除了隔離之外還有穩(wěn)定電壓的作用；
UPS的四種運(yùn)行模式
UPS有4種運(yùn)行模式，將UPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化后示意圖如下：
（1）正常操作模式：
在正常交流電源供應(yīng)下，整流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，將市電中的“電源污染”消除，并同時(shí)對蓄電池充電。再供給逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，提供更穩(wěn)定的電源給負(fù)載。
（2）停電模式：
當(dāng)交流電源發(fā)生異常或整流器、電抗器故障時(shí)，蓄電池組提供直流電給逆變器，使交流輸出不會有中斷，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)負(fù)載的作用。
（3）備用電源模式：
當(dāng)逆變器發(fā)生異常狀況如逆變器保險(xiǎn)絲熔斷、短路等故障時(shí)，逆變器會自動(dòng)切斷以防止損壞，若此時(shí)旁路交流電源正常時(shí)，靜態(tài)開關(guān)會將電源供應(yīng)轉(zhuǎn)為由旁路備用電源輸出給負(fù)載使用。
（4）維護(hù)旁路模式：
當(dāng) UPS要進(jìn)行維修或更換電池而且負(fù)載供電又不能中斷時(shí)，可以先切斷逆變器開關(guān)然后激活維修旁路開關(guān)，再將整流器和旁路開關(guān)切斷。交流電源經(jīng)由維護(hù)旁路開關(guān)繼續(xù)供應(yīng)交流電給負(fù)載，此時(shí)，維護(hù)人員可以安全地對UPS 進(jìn)行維護(hù)。
電力系統(tǒng)UPS的一些要求
（1）監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)方通信系統(tǒng)對變電站十分重要，因此作為電源的UPS系統(tǒng)的靠譜性也有非常高的要求；
（2）綜自系統(tǒng)的負(fù)載大多數(shù)為單相負(fù)載，因此電力系統(tǒng)專用的UPS電源大多數(shù)要求為三相/單相輸入、單相輸出的中小型功率 UPS ，容量一般在 60kVA 范圍之內(nèi)；
（3）旁路靜態(tài)切換開關(guān)應(yīng)具有自動(dòng)、手動(dòng)兩種工作方式，實(shí)現(xiàn)無間斷切換；
（4）由于變電站有 220V或 110V 直流系統(tǒng)，并有直流充電屏給蓄電池充電。所以電力專用UPS自身不帶蓄電池，直接使用直流系統(tǒng)作為UPS的直流輸入，并且不需要具備充電功能；
（5）電力專用 UPS 的直流輸入端一般要求裝有反灌雜訊控制器，如逆止二級管等，使 UPS 對直流母線的影響盡量小；
（6）UPS電源在帶滿全部設(shè)備后，應(yīng)留有40%以上的供電容量。UPS在交流電失電后，不間斷供電維持時(shí)間不小于60分鐘。
UPS系統(tǒng)的主要作用有兩方面：
（1）做為重要設(shè)備的交流供電電源，防止市電突然斷電而影響正常工作，給設(shè)備造成損害；
（2）消除市電中的電涌、瞬間高/低電壓、電線噪聲和頻率偏移等“電源污染”，改善電源質(zhì)量，為計(jì)算機(jī)等提供高質(zhì)量的電源。
UPS的分類
UPS系統(tǒng)主要有有三種類型：后備式、互動(dòng)式、在線式。
（1）后備式：具備自動(dòng)穩(wěn)壓、斷電保護(hù)等功能，轉(zhuǎn)換時(shí)間10ms左右，逆變輸出的交流電是方波，結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜；
（2）互動(dòng)式：具有濾波功能，抗市電干擾能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換時(shí)間小于4ms，逆變輸出為模擬正弦波，價(jià)格遠(yuǎn)低于在線式；
（3）在線式：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，性能完善，能夠持續(xù)不中斷輸出純凈正弦波交流電，能夠解決尖峰、浪涌、頻率漂移等全部的電源問題；價(jià)格高，通常應(yīng)用在關(guān)鍵計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等對電力要求苛刻的環(huán)境中。
UPS的結(jié)構(gòu)
變電站內(nèi)UPS系統(tǒng)一般由電力UPS主機(jī)、旁路穩(wěn)壓柜、輸出饋線柜等三部分組成（小功率時(shí)也可三合一）。
結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，簡單說說幾個(gè)比較重要的部分的用處。
整流器：
有兩個(gè)主要功能：
一，將交流電（AC）變成直流電（DC），經(jīng)濾波后供給逆變器；
二，給蓄電池提供充電電壓，起到一個(gè)充電器的作用；
逆變器：
將直流電（DC）轉(zhuǎn)化為交流電（AC），供給負(fù)載使用；
蓄電池：
UPS用來作為儲存電能的裝置，使其在市電失電時(shí)，可以將直流電逆變后，為負(fù)載提供不間斷電源。其容量大小決定了其維持放電（供電）的時(shí)間 ；
靜態(tài)開關(guān)：
又稱靜止開關(guān)，是用兩個(gè)可控硅（SCR）反向并聯(lián)組成的一種交流開關(guān)，其閉合和斷開由邏輯控制器控制；
隔離變壓器、穩(wěn)壓器：
在輸入或輸出部分將交流與直流隔離，穩(wěn)壓器除了隔離之外還有穩(wěn)定電壓的作用；
UPS的四種運(yùn)行模式
UPS有4種運(yùn)行模式，將UPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化后示意圖如下：
（1）正常操作模式：
在正常交流電源供應(yīng)下，整流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，將市電中的“電源污染”消除，并同時(shí)對蓄電池充電。再供給逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，提供更穩(wěn)定的電源給負(fù)載。
（2）停電模式：
當(dāng)交流電源發(fā)生異常或整流器、電抗器故障時(shí)，蓄電池組提供直流電給逆變器，使交流輸出不會有中斷，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)負(fù)載的作用。
（3）備用電源模式：
當(dāng)逆變器發(fā)生異常狀況如逆變器保險(xiǎn)絲熔斷、短路等故障時(shí)，逆變器會自動(dòng)切斷以防止損壞，若此時(shí)旁路交流電源正常時(shí)，靜態(tài)開關(guān)會將電源供應(yīng)轉(zhuǎn)為由旁路備用電源輸出給負(fù)載使用。
（4）維護(hù)旁路模式：
當(dāng) UPS要進(jìn)行維修或更換電池而且負(fù)載供電又不能中斷時(shí)，可以先切斷逆變器開關(guān)然后激活維修旁路開關(guān)，再將整流器和旁路開關(guān)切斷。交流電源經(jīng)由維護(hù)旁路開關(guān)繼續(xù)供應(yīng)交流電給負(fù)載，此時(shí)，維護(hù)人員可以安全地對UPS 進(jìn)行維護(hù)。
電力系統(tǒng)UPS的一些要求
（1）監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)方通信系統(tǒng)對變電站十分重要，因此作為電源的UPS系統(tǒng)的靠譜性也有非常高的要求；
（2）綜自系統(tǒng)的負(fù)載大多數(shù)為單相負(fù)載，因此電力系統(tǒng)專用的UPS電源大多數(shù)要求為三相/單相輸入、單相輸出的中小型功率 UPS ，容量一般在 60kVA 范圍之內(nèi)；
（3）旁路靜態(tài)切換開關(guān)應(yīng)具有自動(dòng)、手動(dòng)兩種工作方式，實(shí)現(xiàn)無間斷切換；
（4）由于變電站有 220V或 110V 直流系統(tǒng)，并有直流充電屏給蓄電池充電。所以電力專用UPS自身不帶蓄電池，直接使用直流系統(tǒng)作為UPS的直流輸入，并且不需要具備充電功能；
（5）電力專用 UPS 的直流輸入端一般要求裝有反灌雜訊控制器，如逆止二級管等，使 UPS 對直流母線的影響盡量小；
（6）UPS電源在帶滿全部設(shè)備后，應(yīng)留有40%以上的供電容量。UPS在交流電失電后，不間斷供電維持時(shí)間不小于60分鐘。
