UPS电源:不间断电源-中文百科频道

简述

有的时候，正在写一段文章，或者编一个程序，或者在用画笔画一幅画，突然屏幕一下子变黑了——停电了。唉，里面的东西都不见了，白干了半天。连存盘的机会都没有。要是搞科研的科学家也遇到这种情况，损失就更大了。能源能想个办法，使电脑继续工作，或者在市电停止的时候，机器能在短时间内保持一段时间的电，使用人们有机会把已经干完的工作存盘，以便下一次再接着工作呢？办法一，较为困难，要买一台发电机，这对于一般用户来说，基本上是做不到的。第二种情况，则较为容易一些，那就是买一台UPS。

UPS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。当市电正常时，UPS将市电稳压或稳压、稳频后供负载使用，同时向机内电池充电；当市电中断时（异常时），UPS立即在4-10毫秒内或“零”中断时间内将蓄电池的电源通过逆变转换的方式向负载继续供应电力，使负载维持正常的工作，以便保存资料并保护负载的软硬件不受损坏。从原理上来说，UPS是一种集数字和模拟电路，自动控制逆变器与免维护贮能装置于一体的电力电子设备；从功能上来说，UPS可以在市电出现异常时，有效地净化市电；还可以在市电突然中断时持续一定时间给电脑等设备供电，使你能有充裕的时间应付；从用途上来说，随着信息化社会的来临，UPS广泛地应用于从信息采集、传送、处理、储存到应用的各个环节，其重要性是随着信息应用重要性的日益提高而增加的。

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。UPS 设备通常对电压过大和电压太低都提供保护。

组成

UPS电源系统由五部分组成：主路、旁路、电池等电源输入电路，进行AC/DC变换的整流器（REC），进行DC/AC变换的逆变器（INV），逆变和旁路输出切换电路以及蓄能电池。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，对整流器来说就像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

不间断电源故障后的自动旁路开关，检修旁路开关等开关控制。在电网电压工作正常时，给负载供电如图所示，而且，同时给储能电池充电；当突发停电时，UPS电源开始工作，由储能电池供给负载所需电源，维持正常的生产；当由于生产需要，负载严重过载时，由电网电压经整流直接给负载供电。

工作原理

人们最常用的是后备式UPS，如易事特EA200系列与300系列,欧易美C系列。它具备了自动稳压、断电保护等UPS最基础也最重要的功能。虽然一般有10ms左右的转换时间，逆变输出的交流电是方波而非正弦波，但由于结构简单而具有价格便宜，可靠性高等优点，因此广泛应用于微机、外设、POS机等领域。

在线式UPS结构较复杂，但性能完善，能解决所有电源问题。如四通PS系列，其显著特点是能够持续零中断地输出纯净正弦波交流电，能够解决尖峰、浪涌、频率漂移等全部的电源问题；由于需要较大的投资，通常应用在关键设备与网络中心等对电力要求苛刻的环境中。

另外易事特、欧易美等厂商还提供在线互动式UPS，同后备式相比较，在线互动式具有滤波功能，抗市电干扰能力很强，转换时间小于4ms，逆变输出为模拟正弦波，所以能配备服务器、路由器等网络设备，或者用在电力环境较恶劣的地区；尤其欧易美H系列的UPS，价格又远低于在线式，是应该向用户大力推荐的一种更好的选择。

据IDC统计：全部电脑故障的45%是由电源问题引起的。在中国，大城市停电的次数平均为0.5次/月，中等城市为2次/月，小城市或村镇为4次/月，电网存在至少九种问题：断电、雷击尖峰、浪涌、频率震荡、电压突变、电压波动、频率漂移、电压跌落、脉冲干扰；因此从改善电源质量的角度来说给电脑配备一台UPS是十分必要的。另外，精密的网络设备和通信设备是不允许电力有间断的，以服务器为核心的网络中心要配备UPS是不言而喻的，即使是一台普通电脑，其使用三个月以后的数据文件等软件价值就已经超过了硬件价值，因此为防止数据丢失而配备UPS也是十分必须的。

在线式UPS（On-Line UPS）的运作模式为“市电和用电设备是隔离的，市电不会直接供电给用电设备”，而是到了UPS就被转换成直流电，再兵分两路，一路为电池充电，另一路则转回交流电，供电给用电设备，市电供电品质不稳或停电时，电池从充电转为供电，直到市电恢复正常才转回充电，“UPS在用电的整个过程是全程介入的”。其优点是输出的波型和市电一样是正弦波，而且纯净无杂讯，不受市电不稳定的影响，可供电给“电感型负载”，例如电风扇，只要在UPS输出功率足够的前题下，可以供电给任何使用市电的设备

后备式又称为非在线式不间断电源（Off-Line UPS），它只是“备援”性质的UPS，市电直接供电给用电设备也为电池充电（Normal Mode），一旦市电供电品质不稳或停电了，市电的回路会自动切断，电池的直流电会被转换成交流电接手供电的任务（Battery Mode），直到市电恢复正常，“UPS只有在市电停电了才会介入供电”，不过从直流电转换的交流电是方波，只限于供电给电容型负载，如电脑和监视器。　

线上交错式又称为线上互动式或在线互动式（Line-Interactive UPS），基本运作方式和离线式一样，不同之处在于线上交错式虽不像在线式全程介入供电，但随时都在监视市电的供电状况，本身具备升压和减压补偿电路，在市电的供电状况不理想时，即时校正，减少不必要的“Battery Mode”切换，延长电池寿命。

使用规程

(2)使用UPS电源时，应务必遵守厂家的产品说明书有关规定，保证所接的火线、零线、地线符合要求，用户不得随意改变其相互的顺序。比如，美国PULSE牌UPS电源的交流输入接线与中国的交流电输入插座的连接方式正好相反。

(3)严格按照正确的开机、关机顺序进行作，避免因负载突然加上或突然减载时，UPS电源的电压输出波动大，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6秒钟后才能开启UPS电源，否则，UPS电源可能进入"启动失败"的状态，即UPS电源进入既无市电输出，又无逆变输出的状态。

(5)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。实践证明：对于绝大多数UPS电源而言，将其负载控制在30%～60%额定输出功率范围内是最佳工作方式。

(6)定期对UPS电源进行维护工作：清除机内的积尘，测量蓄电池组的电压，更换不合格的电池，检查风扇运转情况及检测调节UPS的系统参数等。相关

注意事项及正常维护要点

注意以下问题

1.使用时，电池一定要充足电，且蓄电池接线应接触良好。电压过低或不接电池时不要开启UPS，否则有可能发生危险。

2.每次开机前，一定要关闭UPS所带的全部负载。一定要在市电正常的情况下开UPS，待UPS正常供出电压后，再让负载用电。

3.在无市电的情况下不要开启UPS。当市电断电后，要尽快把工作处理好先关闭机器，再关UPS。UPS关闭后，一定要等10秒以上再开启UPS，以防损坏UPS。

4.若UPS期在市电情况下工作，建议每三个月左右拔掉交流电源，使逆变器工作，让蓄电池组放电，直至其报警信号变短时，再接通外部电源。这样不但能检查蓄电池及逆变器工作是否正常，而且还可以延长蓄电池的使用寿命。

5.UPS的实际负载要以其功率的70%为准，如实际功率为700W，应选择功率为1000W的UPS。注意负载不能是可控硅整流电路和较大的电感电路，否则会发生危险。

6.在电池充电时间足够的情况下，逆变器负载在70%左右时，若UPS工作2～3个月后报警信号变得短且急促，则说明蓄电池寿命到了极限，必须更换电池。否则，不但影响工作，还可能造成其它不良后果。新电池要经过充电，才可正常使用。

7.在UPS工作时，一定要有人看守。遇到市电中断时UPS报警要及时关掉UPS，否则蓄电池会因放电过量而缩短寿命，或者烧坏逆变管。注意到以上几点，UPS一般不会出现问题，且蓄电池使用寿命可达3～5年。

常见的故障及检修方法

1.逆变管烧毁

待查出管子烧毁原因后，换上新管就可以正常工作。新管工作参数一定要符合要求，其耐压值一定要超过蓄电池电压的两倍，β值不得低于150，否则管压降加大，管子生热快，易再次被烧毁。

2.蓄电池无电

蓄电池无电或电压过低，也是造成逆变管烧毁的原因。更换新电池时，注意更换的新电池型号一定要与原来的相符，电压不能高，但Ah数可适当增大。新电池一定要连续充电六个小时。

3.市电正常，但UPS工作在逆变状态

先检查市电输入变压器绕组及保险，若无问题，可检查次级电路和负载。

4.逻辑控制电路有故障

逻辑控制电路有问题，可按逻辑关系，参考有关脚电压及波形逐级检查。检查时，一定要把逆变管输入端的插头拔掉。这样，既可避免发生意外，又可延长蓄电池的使用寿命。

UPS电源电池计算方法

UPS电源对配备的蓄电池有很严格的要求，下面为您介绍UPS电池时间的计算方法。

计算蓄电池的最大放电电流值：

I最大=P*cosф/（η*E临界*N）

注：P —— UPS电源的标称输出功率

cosф —— UPS电源的输出功率因数（UPS一般为0.8）

η —— UPS逆变器的效率，一般为0.88~0.99

E临界 —— 蓄电池组的临界放电电压（12V电池约为10.5V，2V电池约为1.7V）

N —— 每组电池的数量

根据所选的蓄电池组的后备时间，查出所需的电池组的放电速率值C，然后根据：电池组的标称容量= I最大/C时间与放电速率C：

在线式UPS电源工作原理图

1、UPS电源整机工作原理图

UPS电源整机工作原理图

2、市电正常UPS电源工作原理图

交流电输入经整流滤波变换成直流后，再通过SPWM逆变器逆变出交流电供给输出，通过逆变静态开关切换到输出；同时给电池组充电。

3、市电掉电UPS电源工作原理图

当市电异常时，蓄电池通过SPWM逆变器逆变出交流电供给输出通过逆变静态开关切换到

4、UPS电源旁路工作原理图

当逆变器未开启或异常时，转换为旁路运行，输出负载转为由旁路输入经旁路静态开关输出

UPS电源手动维修旁路模式

当要求在不断电在线维修时，将合上维修旁路开关，断开关输出开关和旁路开关，这样就将UPS的电路部分和输入、输出完全断开而不会中断用户的输出。注意：在使用维修旁路开关时一定要按维修开关的操作流程。

分类

UPS按工作原理分成后备式、在线式与在线互动式三大类。

其中，我们最常用的是后备式UPS，它具备了自动稳压、断电保护等UPS最基础也最重要的功能，虽然一般有10ms左右的转换时间，逆变输出的交流电是方波而非正弦波，但由于结构简单而具有价格便宜，可靠性高等优点，因此广泛应用于微机、外设、POS机等领域。

在线式UPS结构较复杂，但性能完善，能解决所有电源问题，如欧易美H系列，其显著特点是能够持续零中断地输出纯净正弦波交流电，能够解决尖峰、浪涌、频率漂移等全部的电源问题；由于需要较大的投资，通常应用在关键设备与网络中心等对电力要求苛刻的环境中。

在线互动式UPS，同后备式相比较，在线互动式具有滤波功能，抗市电干扰能力很强，转换时间小于4ms，逆变输出为模拟正弦波，所以能配备服务器、路由器等网络设备，或者用在电力环境较恶劣的地区。

应用

UPS电源现已广泛应用于：矿山、航天、工业、通讯、国防、医院、计算机业务终端、网络服务器、网络设备、数据存储设备UPS不间断电源应急照明系统、铁路、航运、交通、电厂、变电站、核电站、消防安全报警系统、无线通讯系统、程控交换机、移动通讯、太阳能储存能量转换设备、控制设备及其紧急保护系统、个人计算机等领域。