UPS電源:不間斷電源-中文百科頻道

簡述

有的時候，正在寫一段文章，或者編一個程序，或者在用畫筆畫一幅畫，突然屏幕一下子變黑了——停電了。唉，裡面的東西都不見了，白幹了半天。連存盤的機會都沒有。要是搞科研的科學家也遇到這種情況，損失就更大了。能源能想個辦法，使電腦繼續工作，或者在市電停止的時候，機器能在短時間内保持一段時間的電，使用人們有機會把已經幹完的工作存盤，以便下一次再接着工作呢？辦法一，較為困難，要買一台發電機，這對于一般用戶來說，基本上是做不到的。第二種情況，則較為容易一些，那就是買一台UPS。

UPS是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓、恒頻的不間斷電源。當市電正常時，UPS将市電穩壓或穩壓、穩頻後供負載使用，同時向機内電池充電；當市電中斷時（異常時），UPS立即在4-10毫秒内或“零”中斷時間内将蓄電池的電源通過逆變轉換的方式向負載繼續供應電力，使負載維持正常的工作，以便保存資料并保護負載的軟硬件不受損壞。從原理上來說，UPS是一種集數字和模拟電路，自動控制逆變器與免維護貯能裝置于一體的電力電子設備；從功能上來說，UPS可以在市電出現異常時，有效地淨化市電；還可以在市電突然中斷時持續一定時間給電腦等設備供電，使你能有充裕的時間應付；從用途上來說，随着信息化社會的來臨，UPS廣泛地應用于從信息采集、傳送、處理、儲存到應用的各個環節，其重要性是随着信息應用重要性的日益提高而增加的。

主要用于給單台計算機、計算機網絡系統或其它電力電子設備提供不間斷的電力供應。當市電輸入正常時，UPS 将市電穩壓後供應給負載使用，此時的UPS就是一台交流市電穩壓器，同時它還向機内電池充電；當市電中斷（事故停電）時， UPS 立即将機内電池的電能，通過逆變轉換的方法向負載繼續供應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。UPS 設備通常對電壓過大和電壓太低都提供保護。

組成

UPS電源系統由五部分組成：主路、旁路、電池等電源輸入電路，進行AC/DC變換的整流器（REC），進行DC/AC變換的逆變器（INV），逆變和旁路輸出切換電路以及蓄能電池。其系統的穩壓功能通常是由整流器完成的，整流器件采用可控矽或高頻開關整流器，本身具有可根據外電的變化控制輸出幅度的功能，從而當外電發生變化時（該變化應滿足系統要求），輸出幅度基本不變的整流電壓。淨化功能由儲能電池來完成，由于整流器對瞬時脈沖幹擾不能消除，整流後的電壓仍存在幹擾脈沖。儲能電池除可存儲直流直能的功能外，對整流器來說就像接了一隻大容器電容器，其等效電容量的大小，與儲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，即利用了電容器對脈沖的平滑特性消除了脈沖幹擾，起到了淨化功能，也稱對幹擾的屏蔽。頻率的穩定則由變換器來完成，頻率穩定度取決于變換器的振蕩頻率的穩定程度。為方便UPS電源系統的日常操作與維護，設計了系統工作開關，主機自檢

不間斷電源故障後的自動旁路開關，檢修旁路開關等開關控制。在電網電壓工作正常時，給負載供電如圖所示，而且，同時給儲能電池充電；當突發停電時，UPS電源開始工作，由儲能電池供給負載所需電源，維持正常的生産；當由于生産需要，負載嚴重過載時，由電網電壓經整流直接給負載供電。

工作原理

人們最常用的是後備式UPS，如易事特EA200系列與300系列,歐易美C系列。它具備了自動穩壓、斷電保護等UPS最基礎也最重要的功能。雖然一般有10ms左右的轉換時間，逆變輸出的交流電是方波而非正弦波，但由于結構簡單而具有價格便宜，可靠性高等優點，因此廣泛應用于微機、外設、POS機等領域。

在線式UPS結構較複雜，但性能完善，能解決所有電源問題。如四通PS系列，其顯著特點是能夠持續零中斷地輸出純淨正弦波交流電，能夠解決尖峰、浪湧、頻率漂移等全部的電源問題；由于需要較大的投資，通常應用在關鍵設備與網絡中心等對電力要求苛刻的環境中。

另外易事特、歐易美等廠商還提供在線互動式UPS，同後備式相比較，在線互動式具有濾波功能，抗市電幹擾能力很強，轉換時間小于4ms，逆變輸出為模拟正弦波，所以能配備服務器、路由器等網絡設備，或者用在電力環境較惡劣的地區；尤其歐易美H系列的UPS，價格又遠低于在線式，是應該向用戶大力推薦的一種更好的選擇。

據IDC統計：全部電腦故障的45%是由電源問題引起的。在中國，大城市停電的次數平均為0.5次/月，中等城市為2次/月，小城市或村鎮為4次/月，電網存在至少九種問題：斷電、雷擊尖峰、浪湧、頻率震蕩、電壓突變、電壓波動、頻率漂移、電壓跌落、脈沖幹擾；因此從改善電源質量的角度來說給電腦配備一台UPS是十分必要的。另外，精密的網絡設備和通信設備是不允許電力有間斷的，以服務器為核心的網絡中心要配備UPS是不言而喻的，即使是一台普通電腦，其使用三個月以後的數據文件等軟件價值就已經超過了硬件價值，因此為防止數據丢失而配備UPS也是十分必須的。

在線式UPS（On-Line UPS）的運作模式為“市電和用電設備是隔離的，市電不會直接供電給用電設備”，而是到了UPS就被轉換成直流電，再兵分兩路，一路為電池充電，另一路則轉回交流電，供電給用電設備，市電供電品質不穩或停電時，電池從充電轉為供電，直到市電恢複正常才轉回充電，“UPS在用電的整個過程是全程介入的”。其優點是輸出的波型和市電一樣是正弦波，而且純淨無雜訊，不受市電不穩定的影響，可供電給“電感型負載”，例如電風扇，隻要在UPS輸出功率足夠的前題下，可以供電給任何使用市電的設備

後備式又稱為非在線式不間斷電源（Off-Line UPS），它隻是“備援”性質的UPS，市電直接供電給用電設備也為電池充電（Normal Mode），一旦市電供電品質不穩或停電了，市電的回路會自動切斷，電池的直流電會被轉換成交流電接手供電的任務（Battery Mode），直到市電恢複正常，“UPS隻有在市電停電了才會介入供電”，不過從直流電轉換的交流電是方波，隻限于供電給電容型負載，如電腦和監視器。　

線上交錯式又稱為線上互動式或在線互動式（Line-Interactive UPS），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，但随時都在監視市電的供電狀況，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。

使用規程

(2)使用UPS電源時，應務必遵守廠家的産品說明書有關規定，保證所接的火線、零線、地線符合要求，用戶不得随意改變其相互的順序。比如，美國PULSE牌UPS電源的交流輸入接線與中國的交流電輸入插座的連接方式正好相反。

(3)嚴格按照正确的開機、關機順序進行作，避免因負載突然加上或突然減載時，UPS電源的電壓輸出波動大，而使UPS電源無法正常工作。

(4)禁止頻繁地關閉和開啟UPS電源，一般要求在關閉UPS電源後，至少等待6秒鐘後才能開啟UPS電源，否則，UPS電源可能進入"啟動失敗"的狀态，即UPS電源進入既無市電輸出，又無逆變輸出的狀态。

(5)禁止超負載使用，廠家建議：UPS電源的最大啟動負載最好控制在80%之内，如果超載使用，在逆變狀态下，時常會擊穿逆變三極管。實踐證明：對于絕大多數UPS電源而言，将其負載控制在30%～60%額定輸出功率範圍内是最佳工作方式。

(6)定期對UPS電源進行維護工作：清除機内的積塵，測量蓄電池組的電壓，更換不合格的電池，檢查風扇運轉情況及檢測調節UPS的系統參數等。相關

注意事項及正常維護要點

注意以下問題

1.使用時，電池一定要充足電，且蓄電池接線應接觸良好。電壓過低或不接電池時不要開啟UPS，否則有可能發生危險。

2.每次開機前，一定要關閉UPS所帶的全部負載。一定要在市電正常的情況下開UPS，待UPS正常供出電壓後，再讓負載用電。

3.在無市電的情況下不要開啟UPS。當市電斷電後，要盡快把工作處理好先關閉機器，再關UPS。UPS關閉後，一定要等10秒以上再開啟UPS，以防損壞UPS。

4.若UPS期在市電情況下工作，建議每三個月左右拔掉交流電源，使逆變器工作，讓蓄電池組放電，直至其報警信号變短時，再接通外部電源。這樣不但能檢查蓄電池及逆變器工作是否正常，而且還可以延長蓄電池的使用壽命。

5.UPS的實際負載要以其功率的70%為準，如實際功率為700W，應選擇功率為1000W的UPS。注意負載不能是可控矽整流電路和較大的電感電路，否則會發生危險。

6.在電池充電時間足夠的情況下，逆變器負載在70%左右時，若UPS工作2～3個月後報警信号變得短且急促，則說明蓄電池壽命到了極限，必須更換電池。否則，不但影響工作，還可能造成其它不良後果。新電池要經過充電，才可正常使用。

7.在UPS工作時，一定要有人看守。遇到市電中斷時UPS報警要及時關掉UPS，否則蓄電池會因放電過量而縮短壽命，或者燒壞逆變管。注意到以上幾點，UPS一般不會出現問題，且蓄電池使用壽命可達3～5年。

常見的故障及檢修方法

1.逆變管燒毀

待查出管子燒毀原因後，換上新管就可以正常工作。新管工作參數一定要符合要求，其耐壓值一定要超過蓄電池電壓的兩倍，β值不得低于150，否則管壓降加大，管子生熱快，易再次被燒毀。

2.蓄電池無電

蓄電池無電或電壓過低，也是造成逆變管燒毀的原因。更換新電池時，注意更換的新電池型号一定要與原來的相符，電壓不能高，但Ah數可适當增大。新電池一定要連續充電六個小時。

3.市電正常，但UPS工作在逆變狀态

先檢查市電輸入變壓器繞組及保險，若無問題，可檢查次級電路和負載。

4.邏輯控制電路有故障

邏輯控制電路有問題，可按邏輯關系，參考有關腳電壓及波形逐級檢查。檢查時，一定要把逆變管輸入端的插頭拔掉。這樣，既可避免發生意外，又可延長蓄電池的使用壽命。

UPS電源電池計算方法

UPS電源對配備的蓄電池有很嚴格的要求，下面為您介紹UPS電池時間的計算方法。

計算蓄電池的最大放電電流值：

I最大=P*cosф/（η*E臨界*N）

注：P —— UPS電源的标稱輸出功率

cosф —— UPS電源的輸出功率因數（UPS一般為0.8）

η —— UPS逆變器的效率，一般為0.88~0.99

E臨界 —— 蓄電池組的臨界放電電壓（12V電池約為10.5V，2V電池約為1.7V）

N —— 每組電池的數量

根據所選的蓄電池組的後備時間，查出所需的電池組的放電速率值C，然後根據：電池組的标稱容量= I最大/C時間與放電速率C：

在線式UPS電源工作原理圖

1、UPS電源整機工作原理圖

UPS電源整機工作原理圖

2、市電正常UPS電源工作原理圖

交流電輸入經整流濾波變換成直流後，再通過SPWM逆變器逆變出交流電供給輸出，通過逆變靜态開關切換到輸出；同時給電池組充電。

3、市電掉電UPS電源工作原理圖

當市電異常時，蓄電池通過SPWM逆變器逆變出交流電供給輸出通過逆變靜态開關切換到

4、UPS電源旁路工作原理圖

當逆變器未開啟或異常時，轉換為旁路運行，輸出負載轉為由旁路輸入經旁路靜态開關輸出

UPS電源手動維修旁路模式

當要求在不斷電在線維修時，将合上維修旁路開關，斷開關輸出開關和旁路開關，這樣就将UPS的電路部分和輸入、輸出完全斷開而不會中斷用戶的輸出。注意：在使用維修旁路開關時一定要按維修開關的操作流程。

分類

UPS按工作原理分成後備式、在線式與在線互動式三大類。

其中，我們最常用的是後備式UPS，它具備了自動穩壓、斷電保護等UPS最基礎也最重要的功能，雖然一般有10ms左右的轉換時間，逆變輸出的交流電是方波而非正弦波，但由于結構簡單而具有價格便宜，可靠性高等優點，因此廣泛應用于微機、外設、POS機等領域。

在線式UPS結構較複雜，但性能完善，能解決所有電源問題，如歐易美H系列，其顯著特點是能夠持續零中斷地輸出純淨正弦波交流電，能夠解決尖峰、浪湧、頻率漂移等全部的電源問題；由于需要較大的投資，通常應用在關鍵設備與網絡中心等對電力要求苛刻的環境中。

在線互動式UPS，同後備式相比較，在線互動式具有濾波功能，抗市電幹擾能力很強，轉換時間小于4ms，逆變輸出為模拟正弦波，所以能配備服務器、路由器等網絡設備，或者用在電力環境較惡劣的地區。

應用

UPS電源現已廣泛應用于：礦山、航天、工業、通訊、國防、醫院、計算機業務終端、網絡服務器、網絡設備、數據存儲設備UPS不間斷電源應急照明系統、鐵路、航運、交通、電廠、變電站、核電站、消防安全報警系統、無線通訊系統、程控交換機、移動通訊、太陽能儲存能量轉換設備、控制設備及其緊急保護系統、個人計算機等領域。