UPS不間斷電源原理

導讀：在互聯(lián)網(wǎng)如此發(fā)達的今天,提起UPS大家第一個想到的估計是快遞,然而學電子同學的都知道UPS是不間斷電源的意。所謂不間斷，是指在市電品質(zhì)超出用電設(shè)備的范圍后(電壓過高、過低或停電，頻率嚴重超高或超低)，設(shè)備仍然可以從UPS獲得高品質(zhì)電源。其主要運用在不能停電的場合，如金融系統(tǒng)、證券、電信、廣電，鐵路，醫(yī)院，化工等等行業(yè)。今天小編帶大家了解一下UPS的那些功能、結(jié)構(gòu)、原理等基礎(chǔ)知識。。。

1. UPS不間斷電源原理—簡介

　　UPS(Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply)電源也稱不間斷電源，一種含有儲能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源，能夠提供持續(xù)、穩(wěn)定、不間斷的電源供應(yīng)的重要外部設(shè)備。從嚴格意義上講，UPS不是一種電源，它不是依靠能量形式的轉(zhuǎn)換來提供電能，它只是提供一種兩路電源之間無間斷相互切換的機會，這才是UPS的主要設(shè)計思想。

　　顧名思義UPS電源，它就是一臺這樣的機器，當市電輸入正常時，UPS 將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負載使用，此時的UPS就是一臺交流市電穩(wěn)壓器，同時它還向機內(nèi)電池充電;當市電中斷( 事故停電 )時, UPS 立即將機內(nèi)電池的電能,通過逆變轉(zhuǎn)換的方法向負載繼續(xù)供應(yīng)220V交流電，使負載維持正常工作并保護負載軟、硬件不受損壞。

　　總結(jié)：UPS在計算機系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的主要作用有兩個：一是應(yīng)急使用，就是防止突然斷電，影響用電設(shè)備的正常工作，以及給計算機造成傷害。第二個作用是可以凈化電源，消除掉市電上的電涌、電磁干擾、瞬時的高低電壓、電線噪聲、或是頻率偏移等“電源污染”，改善我們的用電質(zhì)量，為我們的計算機系統(tǒng)以及精密用電設(shè)備提供高質(zhì)量的電源。

2. UPS不間斷電源原理—組成

　　從構(gòu)造上來說，UPS電源主要可以由蓄電池、逆變器、整流器和靜態(tài)開關(guān)等主要的幾個部分組成。

　　1) 蓄電池：主要是作為UPS電源儲存電能的裝置，它有若干個電池串聯(lián)而成，它容量的大小決定了可應(yīng)急用電時間的長短。它最主要的功能就是可以將電能轉(zhuǎn)化為化學能儲存在電池內(nèi)部，當需要電源故障，又能將電池中的化學能逆變成電能提供給我們的用電設(shè)備。

　　2) 逆變器：通俗來說逆變器就是將直流電轉(zhuǎn)化為交流電的一種裝置，它由濾波電路、控制邏輯和逆變橋三部分組成。

　　3) 整流器：整流器和逆變器相反，是一個將交流電轉(zhuǎn)化為直流電的裝置，它主要有兩個作用，一是將交流電轉(zhuǎn)化為直流電經(jīng)過濾波處理后提供給負載設(shè)備或是逆變器，還有一個作用就是為蓄電池起到一個充電電壓的作用，好比是一臺充電器。

　　4) 靜態(tài)開關(guān)：又稱靜止開關(guān)，屬于無觸點開關(guān)的一種，由兩個可控硅方向并聯(lián)而成，并由邏輯控制器控制它的閉合和斷開。分為并機型和轉(zhuǎn)換型兩種，并機型開關(guān)主要用于并聯(lián)逆變器和市電電源，或是多臺逆變器。而轉(zhuǎn)換器開關(guān)主要是用于兩路電源的供電，實現(xiàn)從一路到另一路的自動切換。

3. UPS不間斷電源原理—工作過程

　　當市電正常為380/220VAC時，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220V或380V交流電壓，同時市電經(jīng)整流后對電池充電。當任何時候市電欠壓或突然掉電，則由電池組通過隔離二極管開關(guān)向直流回路饋送電能。從電網(wǎng)供電到電池供電沒有切換時間。當電池能量即將耗盡時，不間斷電源發(fā)出聲光報警，并在電池放電下限點停止逆變器工作，長鳴告警。不間斷電源還有過載保護功能，當發(fā)生超載(150%負載)時，跳到旁路狀態(tài)，并在負載正常時自動返回。當發(fā)生嚴重超載(超過200%額定負載)時，不間斷電源立即停止逆變器輸出并跳到旁路狀態(tài)，此時前面輸入空氣開關(guān)也可能跳閘。消除故障后，只要合上開關(guān)，重新開機即開始恢復工作。

4. UPS不間斷電源原理—工作原理

　　UPS大致可分成三種：離線式(Off Line)，在線式(On line)和在線交互式(Line interactive)，下面小編逐個講解各種UPS的工作原理

　　1) 在線式不間斷電源(On-Line UPS)

　　在線式UPS(On-Line UPS)的運作模式為“市電和用電設(shè)備是隔離的，市電不會直接供電給用電設(shè)備”，而是到了UPS就被轉(zhuǎn)換成直流電，再兵分兩路，一路為電池充電，另一路則轉(zhuǎn)回交流電，供電給用電設(shè)備，市電供電品質(zhì)不穩(wěn)或停電時，電池從充電轉(zhuǎn)為供電，直到市電恢復正常才轉(zhuǎn)回充電，“UPS在用電的整個過程是全程介入的”。UPS電源一直使其逆變器處于工作狀態(tài)，通過電路將外部交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，再通過高質(zhì)量的逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為高質(zhì)量的正弦波交流電輸出給計算機。

　　在線式UPS在供電狀況下的主要功能是穩(wěn)壓及防止電波干擾;在停電時則使用備用直流電源(蓄電池組)給逆變器供電。由于逆變器一直在工作，因此不存在切換時間問題，適用于對電源有嚴格要求的場合。在線式UPS電源不同于后備式的一大優(yōu)點是供電持續(xù)長，一般為幾個小時，也有大到十幾個小時的，它的主要功能是可以讓您在停電的情況可像平常一樣工作，比較適用于計算機、交通、銀行、證券、通信、醫(yī)療、工業(yè)控制等行業(yè)，因為這些領(lǐng)域的電腦一般不允許出現(xiàn)停電現(xiàn)象。

　　2) 離線式不間斷電源(Off Line UPS)

　　離線式不間斷電源只是“備援”性質(zhì)的UPS，市電直接供電給用電設(shè)備也為電池充電(Normal Mode)，一旦市電供電品質(zhì)不穩(wěn)或停電了，市電的回路會自動切斷，電池的直流電會被轉(zhuǎn)換成交流電接手供電的任務(wù)(Battery Mode)，直到市電恢復正常，“UPS只有在市電停電了才會介入供電”，不過從直流電轉(zhuǎn)換的交流電是方波，只限于供電給電容型負載，如電腦和監(jiān)視器。

　　平時處于蓄電池充電狀態(tài)，在停電時逆變器緊急切換到工作狀態(tài)，將電池提供的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的交流電輸出，因此后備式UPS也被稱為離線式UPS。后備式UPS電源的優(yōu)點是：運行效率高、噪音低、價格相對便宜，主要適用于市電波動不大，對供電質(zhì)量要求不高的場合，比較適合家庭使用。

　　3) 在線交互式不間斷電源(Line interactive UPS)

　　在線交互式不間斷電源基本運作方式和離線式一樣，不同之處在于線上交錯式雖不像在線式全程介入供電，但隨時都在監(jiān)視市電的供電狀況，本身具備升壓和減壓補償電路，在市電的供電狀況不理想時，即時校正，減少不必要的“Battery Mode”切換，延長電池壽命。

　　這是一種智能化的UPS電源，所謂在線互動式UPS，是指在輸入市電正常時，UPS的逆變器處于反向工作(即整流工作狀態(tài))，給電池組充電;在市電異常時逆變器立刻轉(zhuǎn)為逆變工作狀態(tài)，將電池組電能轉(zhuǎn)換為交流電輸出，因此在線互動式UPS也有轉(zhuǎn)換時間。同后備式UPS相比，在線互動式UPS電源的保護功能較強，逆變器輸出電壓波形較好，一般為正弦波，而其最大的優(yōu)點是具有較強的軟件功能，可以方便地上網(wǎng)，進行UPS的遠程控制和智能化管理。

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