UPS(Uninterruptible Power System ),即不间断电源,是一种含有储能装置,以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。
当市电输入正常时,UPS 将市电稳压后供应给负载使用,此时的UPS就是一台交流市电稳压器,同时它还向机内电池充电;当市电中断(事故停电)时, UPS 立即将机内电池的电能,通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电,使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。
AC-DC变换:将电网来的交流电经自耦变压器降压、全波整流、滤波变为直流电压,供给逆变电路。AC-DC输入有软启动电路,可避免开机时对电网的冲击。
DC-AC逆变电路:采用大功率IGBT模块全桥逆变电路,具有很大的功率富余量,在输出动态范围内输出阻抗特别小,具有快速响应特性。由于采用高频调制限流技术,及快速短路保护技术,使逆变器无论是供电电压瞬变还是负载冲击或短路,均可安全可靠地工作。
控制驱动:控制驱动是完成整机功能控制的核心,它除了提供检测、保护、同步以及各种开关和显示驱动信号外,还完成SPWM正弦脉宽调制的控制,由于采用静态和动态双重电压反馈。极大地改善了逆变器的动态特性和稳定性。
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。
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。
因为其逆变器和蓄电池工作的特殊性,UPS电源的安装和使用须有一套严格、科学的操作规程,才能提高工作稳定性,减少设备故障率,真正地做到设备供电不间断。
(1)UPS电源的安装环境应避免阳光直射,并留有足够的通风空间,保持工作环境的温度不高于25℃。如果工作环境温度超过25℃,每温升增加10℃,电池的寿命就会缩短一半左右。
(2)不宜在UPS电源的输出端使用大功率可控硅负载、可控硅桥式整流或半波整流型负载,此类负载易造成逆变器末级驱动晶体管被烧毁。
(3)严格按照正确的开机、关机顺序进行操作,避免因负载突然增加或突然减少时,UPS电源的电压输出波动大,从而使UPS电源无法正常工作。
(4)禁止频繁地关闭和开启UPS电源,一般要求在关闭UPS电源后,至少等待30秒钟后才能开启UPS电源。因为造成中小型UPS电源高发故障的原因是:用户频繁的开机或关机,UPS电源带负载进行逆变器供电和旁路供电切换期。
(5)实践证明:对于绝大多数UPS电源而言,将其负载控制在50%~60%额定输出功率范围内是最佳工作方式。禁止超负载使用,厂家建议:UPS电源的最大启动负载最好控制在80%之内,如果超载使用,在逆变状态下,时常会击穿逆变三极管。不宜过度轻载运行,这种情况容易因为电池放电电流过小造成电池失效。
(6)定期对UPS电源进行维护工作:观察工作指示灯状态、除尘,测量蓄电池电压,更换不合格电池,检查风扇运转情况及检测调节UPS的系统参数等。
(7)UPS电源比较适合于带微电容性负载,不适合于带电感性负载,如空调、电动机、电钻、风机等。如果UPS电源负载为电阻性或电感性负载时,必须酌情减小其负载量以免超载运行。
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