ups電源工作原理

UPS電源系統(tǒng)由4部分組成：、儲(chǔ)能、和開(kāi)關(guān)控制。其系統(tǒng)的穩(wěn)壓功能通常是由整流器完成的，整流器件采用可控硅或高頻開(kāi)關(guān)整流器，本身具有可根據(jù)外電的變化控制輸出幅度的功能，從而當(dāng)外電發(fā)生變化時(shí)（該變化應(yīng)滿足系統(tǒng)要求），輸出幅度基本不變的整流電壓。凈化功能由儲(chǔ)能電池來(lái)完成，由于整流器對(duì)瞬時(shí)脈沖干擾不能消除，整流后的電壓仍存在干擾脈沖。儲(chǔ)能電池除可存儲(chǔ)直流直能的功能外，對(duì)整流器來(lái)說(shuō)就象接了一只大容器電容器，其等效電容量的大小，與儲(chǔ)能電池容量大小成正比。由于電容兩端的電壓是不能突變的，即利用了電容器對(duì)脈沖的平滑特性消除了脈沖干擾，起到了凈化功能，也稱對(duì)干擾的屏蔽。頻率的穩(wěn)定則由變換器來(lái)完成，頻率穩(wěn)定度取決于變換器的振蕩頻率的穩(wěn)定程度。為方便UPS電源系統(tǒng)的日常操作與維護(hù)，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)工作開(kāi)關(guān)，主機(jī)自檢故障后的自動(dòng)旁路開(kāi)關(guān)，檢修旁路開(kāi)關(guān)等開(kāi)關(guān)控制。

如圖1所示，在電網(wǎng)電壓工作正常時(shí)，給負(fù)載供電如所示，而且，同時(shí)給儲(chǔ)能電池充電；當(dāng)突發(fā)停電時(shí)，UPS電源開(kāi)始工作，由儲(chǔ)能電池工給負(fù)載所需電源，維持正常的生產(chǎn)（如粗黑→所示）；當(dāng)由于生產(chǎn)需要，負(fù)載嚴(yán)重過(guò)載時(shí)，由電網(wǎng)電壓經(jīng)整流直接給負(fù)載供電（如虛線所示）。

UPS電源系統(tǒng)主要分兩大部分，主機(jī)和儲(chǔ)能電池。額定輸出功率的大小取決于主機(jī)部分，并與負(fù)載屬那種性質(zhì)有關(guān)，因?yàn)閁PS電源對(duì)不同性能的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力不同，通常負(fù)載功率應(yīng)滿足UPS電源70％的額定功率。儲(chǔ)能電池容量的選取當(dāng)負(fù)載功率確定后主要取決其后備時(shí)間的長(zhǎng)短，這個(gè)時(shí)間因各企業(yè)情況不同而不同，主要由備用電源的接入時(shí)間來(lái)定，通常在幾分鐘或幾個(gè)小時(shí)不等。萊鋼中小型棒材生產(chǎn)線因生產(chǎn)需要不允許斷電，因此，UPS電源系統(tǒng)在檢測(cè)到電網(wǎng)電壓中斷后，可自行啟動(dòng)供電，且隨著儲(chǔ)能電池慢慢放電，儲(chǔ)能電池的容量隨著時(shí)間會(huì)逐漸降低，考慮到壽命終止時(shí)儲(chǔ)能電池容量下降到50％并留有一定的余量，我廠UPS電源系統(tǒng)的工作時(shí)間當(dāng)儲(chǔ)能電池滿容量時(shí)為2小時(shí)，半容量為1小時(shí)。

2.1電源工作原理

2.1.1 AC-DC變換：將電網(wǎng)來(lái)的交流電經(jīng)自耦變壓器降壓、全波整流、濾波變?yōu)橹绷麟妷?，供給逆變電路。AC-DC輸入有軟啟動(dòng)電路，可避免開(kāi)機(jī)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

2.2 .2 DC-AC逆變電路：采用大功率IGBT模塊全橋逆變電路，具有很大的功率富余量，在輸出動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)輸出阻抗特別小，具有快速響應(yīng)特性。由于采用高頻調(diào)制限流技術(shù)，及快速短路保護(hù)技術(shù)，使逆變器無(wú)論是供電電壓瞬變還是負(fù)載沖擊或短路，均可安全可靠地工作。

2.3.3 控制驅(qū)動(dòng)：控制驅(qū)動(dòng)是完成整機(jī)功能控制的核心，它除了提供檢測(cè)、保護(hù)、同步以及各種開(kāi)關(guān)和顯示驅(qū)動(dòng)信號(hào)外，還完成SPWM正弦脈寬調(diào)制的控制，由于采用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)雙重電壓反饋。極大地改善了逆變器的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定性。不間斷電源工作原理框圖如圖2所示。

2.3電源工作過(guò)程

當(dāng)市電正常380Vac時(shí)，直流主回路有直流電壓，供給DC-AC交流逆變器，輸出穩(wěn)定的220Vac交流電壓，同時(shí)市電對(duì)電流充電。當(dāng)任何時(shí)候市電欠壓或突然掉電，則由電池組通過(guò)隔離二極管開(kāi)關(guān)向直流回路饋送電能。從電網(wǎng)供電到電池供電沒(méi)有切換時(shí)間。當(dāng)電池能量即將耗盡時(shí)，不間斷電源發(fā)出聲光報(bào)警，并在電池放電下限點(diǎn)停止逆變器工作，長(zhǎng)鳴告警。不間斷電源還有過(guò)載保護(hù)功能，當(dāng)發(fā)生超載（150%負(fù)載）時(shí)，跳到旁路狀態(tài)，并在負(fù)載正常時(shí)自動(dòng)返回。當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重超載（超過(guò)200%額定負(fù)載）時(shí)，不間斷電源立即停止逆變器輸出并跳到旁路狀態(tài)，此時(shí)前面空氣開(kāi)關(guān)也可能跳閘。消除故障后，只要合上開(kāi)關(guān)，重新開(kāi)機(jī)即開(kāi)始恢復(fù)工作。為使不間斷電源充分工作，避免在過(guò)載或欠載下運(yùn)行，電源在開(kāi)機(jī)前，首先計(jì)算負(fù)載容量。FR-UK型不間斷電源（標(biāo)稱額定功率）80%的阻性負(fù)載設(shè)計(jì)負(fù)載能力，一般帶計(jì)算機(jī)負(fù)載時(shí)可承受的按下式估算：

∑i=1 n Pi≤P

其中P為不間斷電源輸出容量（VA），P為第i個(gè)負(fù)載伏安數(shù)

每套PLC功率： 220V*0.5=110VA

每臺(tái)操作站功率： 220V*2A=440VA

IBM PC客戶機(jī)及服務(wù)器：220V*1.5A=330VA

則總功率：10*110VA+4*440VA+11*330VA=6490VA

6490VA/0.8=8112VA

因此，在這條棒材生產(chǎn)線上，采用10KVA的不間斷電源比較合適。

三、UPS電源系統(tǒng)的使用與維護(hù)

1 、UPS電源系統(tǒng)開(kāi)、關(guān)機(jī)

1.1 第一次開(kāi)機(jī)

(1)按以下順序合閘：儲(chǔ)能電池開(kāi)關(guān)→自動(dòng)旁路開(kāi)關(guān)→輸出開(kāi)關(guān)依次置于“ON"。

(2)按UPS啟動(dòng)面板“開(kāi)”鍵，UPS電源系統(tǒng)將徐徐啟動(dòng)，“逆變”指示燈亮，延時(shí)1分鐘后，“旁路”燈熄滅，UPS轉(zhuǎn)為逆變供電，完成開(kāi)機(jī)。

經(jīng)空載運(yùn)行約10分鐘后，按照負(fù)載功率由小到大的開(kāi)機(jī)順序啟動(dòng)負(fù)載。

1.2 日常開(kāi)機(jī)

只需按UPS面板“開(kāi)”鍵，約20分鐘后，即可開(kāi)啟電腦或其它儀器使用。通常等UPS啟動(dòng)進(jìn)入穩(wěn)定工作后，方可打開(kāi)負(fù)載設(shè)備電源開(kāi)關(guān)（注：手動(dòng)維護(hù)開(kāi)關(guān)在UPS正常運(yùn)行時(shí)，呈“OFF"狀態(tài)）。

1.3 關(guān)機(jī)

先將電腦或其它儀器關(guān)閉，讓UPS空載運(yùn)行10分鐘，待機(jī)內(nèi)熱量排出后，再按面板“關(guān)”鍵。

2、UPS電源系統(tǒng)使用注意事項(xiàng)

UPS電源系統(tǒng)因其智能化程度高，儲(chǔ)能電池采用了免維護(hù)蓄電池，這雖給使用帶來(lái)了許多便利，但在使用過(guò)程中還應(yīng)在多方面引起注意，才能保證使用安全。

(1)UPS電源主機(jī)對(duì)環(huán)境溫度要求不高，+5℃～40℃都能正常工作，但要求室內(nèi)清潔，少塵，否則灰塵加上潮濕會(huì)引起主機(jī)工作紊亂。儲(chǔ)能蓄電池則對(duì)溫度要求較高，標(biāo)準(zhǔn)使用溫度為25℃，平時(shí)不能超過(guò)+15℃～+30℃。溫度太低，會(huì)使儲(chǔ)電池容量下降，溫度每下降1℃，其容量下降1％。其放電容量會(huì)隨溫度升高而增加，但壽命降低。如果在高溫下長(zhǎng)期使用，溫度每高10℃，電池壽命約降低一半。

(2)主機(jī)中設(shè)置的參數(shù)在使用中不能隨意改變。特別是對(duì)電池組的參數(shù)，會(huì)直接影響其使用壽命，但隨著環(huán)境溫度的改變，對(duì)浮充電壓要做相應(yīng)調(diào)整。通常以25℃為標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)境溫度每升高或降低1℃時(shí)，浮充電壓應(yīng)增加18mV（相對(duì)于12V蓄電池）。

(3)在無(wú)外電靠UPS電源系統(tǒng)自行供電時(shí)，應(yīng)避免帶負(fù)載啟動(dòng)UPS電源，應(yīng)先關(guān)斷各負(fù)載，等UPS電源系統(tǒng)起動(dòng)后再開(kāi)啟負(fù)載。因負(fù)載瞬間供電時(shí)會(huì)有沖擊電池，多負(fù)載的沖擊電流和加上所需的供電電流會(huì)造成UPS電源瞬間過(guò)載，嚴(yán)重時(shí)將損壞變換器。

(4)UPS電源系統(tǒng)按使用要求功率余量不大，在使用中要避免隨意增加大功率的額外設(shè)備，也不允許在滿負(fù)載狀態(tài)下長(zhǎng)期運(yùn)行。但工作性質(zhì)決定了UPS電源系統(tǒng)幾乎是在不間斷狀態(tài)下運(yùn)行的，增加大功率負(fù)載，即使是在基本滿載狀態(tài)下工作，都會(huì)造成主機(jī)出故障，嚴(yán)重時(shí)將損壞變換器。

(5)自備發(fā)電機(jī)的輸出電壓，波形、頻率、幅度應(yīng)滿UPS電源對(duì)輸入電壓的要求，另久發(fā)電機(jī)的功率要遠(yuǎn)大于UPS電源的額定功率，否則任一條件不滿，將會(huì)造成UPS電源工作異常或損壞。

(6)由于組合電池組電壓很高，存在電擊危險(xiǎn)，因此裝卸導(dǎo)電聯(lián)接條、輸出線時(shí)應(yīng)用安全保障，工具應(yīng)采用絕緣措施，特別是輸出接點(diǎn)應(yīng)有防觸摸措施。 　　

(7)不論是在浮充工作狀態(tài)還是在充電、放電檢修測(cè)試狀態(tài)，都要保證電壓、電流符合規(guī)定要求。過(guò)高的電壓或電流可能會(huì)造成電池的熱失控或失水、電壓、電流過(guò)小會(huì)造成

電池虧電，這都會(huì)影響電池的使用壽命，前者的影響更大。

(8)在任何情況下，都應(yīng)防止電池短路或深度放電，因?yàn)殡姵氐难h(huán)壽命和放電深度有關(guān)。放電深度越深、循環(huán)壽命越短。在容量試驗(yàn)中或是放電檢修中，通常 放電達(dá)到容量的30％～50％就可以了。