一,、 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),、通信業(yè)的快速發(fā)展,，使用者對(duì)電源供應(yīng)系統(tǒng)的要求越來(lái)越高,。而公共電力系統(tǒng)中存在許多不穩(wěn)定因素,，如電壓幅值,、頻率不穩(wěn)定,、浪涌,、尖峰信號(hào)、線路噪音及各種*，這些不穩(wěn)定因素有時(shí)會(huì)影響負(fù)載的正常工作甚至損壞負(fù)載,，這些情況下,，采用適合現(xiàn)場(chǎng)使用工況的UPS，都能發(fā)揮很好的作用,。但在選用UPS系統(tǒng)供電時(shí),，不但要滿足實(shí)用、可靠,，還要考慮各種結(jié)構(gòu)UPS的局限性和不足之處,。 

   Uninterruptable Power System，意為不間斷電源,，顧名思義,，就是當(dāng)停電時(shí)能夠接替市電持續(xù)供應(yīng)電力的設(shè)備。

二,、UPS技術(shù)指標(biāo)

隨著UPS產(chǎn)品的技術(shù)不斷發(fā)展與完善,，現(xiàn)在UPS產(chǎn)品已日趨成熟。現(xiàn)代UPS可以達(dá)到的優(yōu)越技術(shù)指標(biāo),，使得在市電的任何惡劣條件下,，都能保證用電設(shè)備對(duì)電源質(zhì)量的要求。這些技術(shù)要求主要包括：

（1）市電寬幅的電壓波動(dòng)對(duì)其影響,；

（2）市電電壓波形失真對(duì)其影響,；

（3）市電的三相不平衡對(duì)其影響；

（4）UPS輸出電壓穩(wěn)定精度,；

（5）UPS輸出電壓波形失真度,；

（6）UPS輸出頻率穩(wěn)定度；

（7）UPS輸出電壓平衡度,；

（8）UPS輸入功率因素,；

（9）UPS電流輸入諧波成分；

（10）UPS在市電掉電后切換時(shí)間,；

（11）UPS整機(jī)運(yùn)行效率,；

（12）UPS輸出的過(guò)載能力；

（13）UPS輸出電流的THD系數(shù),；

（14）市電掉電后的UPS維持工作時(shí)間,；

（15）UPS是否具有網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)通訊以及基于該基礎(chǔ)上的信息通信,；

三,、UPS電源的分類

UPS電源從運(yùn)作方式上可分為動(dòng)態(tài)式和靜態(tài)式兩種。動(dòng)態(tài)式UPS由整流器,、電池,、直流電動(dòng)機(jī),、柴(汽)油機(jī)、飛輪和發(fā)電機(jī)組構(gòu)成,，是UPS的較早形式,，具有穩(wěn)定可靠，維護(hù)技術(shù)比較簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn),。但設(shè)備龐大笨重,，效率低,，噪聲大,，目前已應(yīng)用不多。通常人們所指的UPS大都指靜態(tài)式UPS,，靜態(tài)式UPS采用了大功率逆變技術(shù)和強(qiáng)電流電子開關(guān),，實(shí)現(xiàn)大功率的電能轉(zhuǎn)換，更能適應(yīng)于當(dāng)今IT行業(yè),、自動(dòng)化控制和精密儀器等的普遍應(yīng)用,。

靜態(tài)UPS可以以內(nèi)部結(jié)構(gòu)、輸出波形,、容量,、后備時(shí)間來(lái)分類，其中按照內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為后備式,、雙逆變?cè)诰€式及在線互動(dòng)式,。以內(nèi)部結(jié)構(gòu)分類是現(xiàn)行最被接受的，并以此來(lái)判定不同品牌的UPS的優(yōu)劣,，本文主要以該種方式來(lái)描述,。

1．后備式

當(dāng)市電正常供電時(shí)，直接供應(yīng)給負(fù)載使用,，同時(shí)有一回路經(jīng)充電回路對(duì)電池組充電,。若市電的電壓不穩(wěn)定或市電發(fā)生異常．則由UPS的變流器提供穩(wěn)定的電力給負(fù)載使用。多數(shù)此類產(chǎn)品的輸出波形皆為方波或階梯波,。

后備式結(jié)構(gòu)其內(nèi)部電路設(shè)計(jì)上相當(dāng)簡(jiǎn)單,，而且在實(shí)際上運(yùn)作的過(guò)程中，交流輸入電源直接輸出至電源輸出端,，幾乎沒(méi)有電力損耗,，輸出效率可達(dá)98％以上。但在執(zhí)行一般性的電源輸出入動(dòng)作時(shí),，當(dāng)外部所提供的輸入電源品質(zhì)不佳(電壓不穩(wěn),、頻率變動(dòng)、雜波,、扭曲等因素),，在輸出端也會(huì)以同樣狀態(tài)來(lái)輸出電源,。所以往往在交流旁路上配置了交流穩(wěn)壓電路和濾波電路加以改善，提高了UPS雙向抗*功能,。其主要特點(diǎn)是：當(dāng)UPS發(fā)現(xiàn)外部發(fā)生停電情形,，切換至內(nèi)部電池輸出電力的所需時(shí)間一般為4ms——10ms，對(duì)一般的計(jì)算機(jī)設(shè)備的工作不會(huì)造成影響,。由于輸出有轉(zhuǎn)換開關(guān),，受切換電流能力和動(dòng)作時(shí)間的限制，UPS工作時(shí)輸出波形大都為方波,，供電質(zhì)量相對(duì)較差,。UPS輸出功率做大有一定困難，只適用于要求不高的場(chǎng)合,，并且功率一般都較小,，多在2kVA以下。但后備式UPS產(chǎn)品有著價(jià)格優(yōu)勢(shì),，比較便宜,。

　　2．雙逆變?cè)诰€式

在線式UPS電源一般采用雙變換模式。即使在電網(wǎng)電壓正常供電時(shí),，UPS的輸出,，也是將外來(lái)電壓經(jīng)過(guò)本身的加工轉(zhuǎn)換后再供給負(fù)載，也就是說(shuō),，當(dāng)市電正常供電時(shí)．市電經(jīng)濾波回路及突波吸收回路后,，分為兩個(gè)回路同時(shí)動(dòng)作，其一是經(jīng)由充電回路對(duì)電池組充電,，另一個(gè)則是經(jīng)整流回路,，作為變流器的輸入，再經(jīng)過(guò)變流器的轉(zhuǎn)換提供凈化過(guò)的交流電力給負(fù)載使用,；此時(shí)若市電發(fā)生異常．變流器的輸入則改由電池組來(lái)供應(yīng),，變流器持續(xù)提供電力，達(dá)到完全不斷電,。

由此可知,，不論市電電力質(zhì)量如何，其輸出均是穩(wěn)定且純凈的正弦波電源,。雙逆變?cè)诰€式UPS電源的供電質(zhì)量明顯優(yōu)于后備式UPS電源,，因?yàn)樗鼜母旧舷藖?lái)自電網(wǎng)的電壓波動(dòng)和*對(duì)負(fù)載的影響，真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)負(fù)載的無(wú)*,、穩(wěn)壓,、穩(wěn)頻以及零轉(zhuǎn)換時(shí)間。雙逆變?cè)诰€式UPS的這種特點(diǎn),。使它比較適合于用外加電池或加裝優(yōu)質(zhì)發(fā)電機(jī)的方法,，改裝成長(zhǎng)時(shí)間不間斷供電系統(tǒng),，所以它多被用在供電質(zhì)量要求很高的場(chǎng)所。但是無(wú)論市電有無(wú),，全部負(fù)載功率都由逆變器供出,，UPS的功率余量有限，輸出能力不理想,，所以對(duì)負(fù)載提出限制條件,，例如輸出電流峰值系數(shù)(一般只達(dá)到3：1)，過(guò)載能力,、輸出功率因數(shù)(一般為0．8),、輸出有功功率小于標(biāo)定的功率數(shù)，應(yīng)付沖擊性負(fù)載的能力等,；同時(shí)整流器多為整流電路,，對(duì)電網(wǎng)形成電流諧波*,，輸入功率因數(shù)低,，經(jīng)濾波后，最小的諧波電流成分在10％左右,，而輸入功率因數(shù)只有O．8左右,，如果在整流器中使用功率因數(shù)校正技術(shù)，則可把輸入功率因數(shù)提高到接近1,，輸入電流諧波成分也會(huì)大幅度降低,；還有在市電存在時(shí)，由于兩個(gè)逆變器都承擔(dān)100％的負(fù)載功率,，所以整機(jī)效率低,，10kVA以下的UPS為80％左右，50kVA的可達(dá)85％～90％,，l00kVA以上的可達(dá)90％～92％,。

3．在線互動(dòng)式

介于后備式和在線式工作方式之間的UPS設(shè)備，當(dāng)市電電源在約l50V～264V的范圍內(nèi),，它向用戶提供經(jīng)鐵磁諧振穩(wěn)壓器或經(jīng)變壓器抽頭調(diào)壓處理的一般市電電源對(duì)于這種UPS來(lái)說(shuō),，僅僅當(dāng)市電電源電壓低于150V或高于264V左右時(shí)，它才有可能向用戶提供真正的“UPS逆變器高質(zhì)量的正弦波”電源,。

在線互動(dòng)式集中了后備式UPS效率較高和在線式UPS供電質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn),。其原理與后備式不斷電系統(tǒng)相去不遠(yuǎn)，主要不同在于此類產(chǎn)品將充電回路與變流器整合為雙向轉(zhuǎn)換回路,，采用了鐵磁諧波變壓器,，可自動(dòng)監(jiān)測(cè)輸入電壓是否符合于正常范圍內(nèi)，如有偏差可由穩(wěn)壓電路升壓或降壓,，提供較穩(wěn)定之輸出電壓因此在線互動(dòng)式UPS也有轉(zhuǎn)換時(shí)間,，比后備式UPS短,。同后備式UPS相比，在線互動(dòng)UPS的保護(hù)功能較強(qiáng),，逆變器輸出電壓波形較好,，一般為正弦波，逆變器與輸出直接接在一起,，沒(méi)有轉(zhuǎn)換開關(guān)的限制,，所以輸出功率可提高到5kVA～10kVA，而其最大的優(yōu)點(diǎn)是具有較強(qiáng)的軟件功能,?？紤]到與充電逆變器共用一個(gè)模塊，在給電池充電時(shí),，由逆變器產(chǎn)生的高頻成分很難濾掉,，充電效果不是非常令人滿意，故不適合作長(zhǎng)延時(shí)的UPS,。在線互動(dòng)式UPS價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于在線式UPS,，只比后備式UPS價(jià)格稍高，也是一種適合小型辦公或家庭使用的UPS,，為了進(jìn)一步改善在線互動(dòng)式的功能,，可在輸入開關(guān)和智能調(diào)壓之間串接一個(gè)電感，串聯(lián)電感對(duì)逆變輸出反饋到電網(wǎng)的電流有很強(qiáng)的抑制作用,。避免了輸入開關(guān)未斷開時(shí)短路逆變器輸出的危險(xiǎn),，當(dāng)市電掉電時(shí)，逆變器可立即向負(fù)載供電,，也可以使在線互動(dòng)式的轉(zhuǎn)換時(shí)間減小到零,，使其完全具備雙逆變?cè)诰€式的轉(zhuǎn)換功能，同時(shí)還增加了整個(gè)UPS的抗*能力,。但是,，這樣做卻帶來(lái)了降低UPS輸入功率的不良后果。

4．雙逆變電壓補(bǔ)償在線式

雙逆變電壓補(bǔ)償技術(shù)也稱為Delta技術(shù),，是目前國(guó)際上最領(lǐng)先的技術(shù),。它成功地將交流穩(wěn)壓技術(shù)中的電壓補(bǔ)償原理運(yùn)用到UPS的主電路中，當(dāng)市電存在時(shí),，兩組逆變器只對(duì)輸入電壓與輸出電壓的差值進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)償,，逆變器承擔(dān)的最大功率僅為輸出功率的20％。這就增強(qiáng)了UPS的輸出能力和過(guò)載能力,，不再對(duì)負(fù)載電流波峰系數(shù)予以限制,，可從容地對(duì)付沖擊性負(fù)載，輸出有功功率可以等于標(biāo)定的功率值,?？偠灾?，Delta技術(shù)的運(yùn)用，不僅彌補(bǔ)了原來(lái)在線式的不足,，還使得許多主要指標(biāo)有了新的突破,。

逆變電壓補(bǔ)償在線式同樣是雙逆變電路結(jié)構(gòu)和在線工作，當(dāng)市電存在時(shí),。整流器和變流器只對(duì)輸入電壓與輸出電壓的差值進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)償,，逆變器負(fù)擔(dān)的最大功率(當(dāng)輸入電壓處于上限和下限時(shí))僅為輸出功率的20％(相當(dāng)于輸入電壓變化范圍)，所以功率強(qiáng)度很小(1／5),，功率余量大,，這就大大增強(qiáng)了UPS的輸出能力，提高了整機(jī)效率(很大的功率范圍內(nèi)都可達(dá)到96％),，乃至元器件,、整機(jī)的壽命和可靠性；與雙逆變?cè)诰€式相比,，過(guò)載能力增強(qiáng)（200％,，lmin)。整流器同時(shí)完成了對(duì)輸入端的功率因數(shù)校正功能,，使輸入功率因數(shù)等于l,，輸入諧波電流降到3％以下。

　　四,、UPS運(yùn)行方式

UPS有四種操作運(yùn)行模式：正常操作模式、停電模式(電池供電),、備用電源模式和維護(hù)旁路模式,。

1、 正常操作模式：在正常交流電源供應(yīng)下,，整流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電源后,，供電給逆變器并同時(shí)對(duì)電池充電。在將交流電整流為直流電時(shí),，整流器能將市電中所產(chǎn)生的異常波形,、噪聲及頻率不穩(wěn)定等問(wèn)題消除，使逆變器提供更穩(wěn)定的電源給負(fù)載,。

2,、 停電模式：當(dāng)交流電源發(fā)生異常或整流器,、電抗器故障時(shí),，電池組提供電能給逆變器，使交流輸出不會(huì)有中斷現(xiàn)象,，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)輸出負(fù)載的作用,。

3,、 備用電源模式：當(dāng)逆變器發(fā)生異常狀況如逆變器保險(xiǎn)絲熔斷、元件溫度過(guò)高,、短路等故障時(shí),，逆變器會(huì)自動(dòng)切斷以防止損壞，若此時(shí)旁路交流電源正常時(shí),，靜態(tài)開關(guān)會(huì)將電源供應(yīng)轉(zhuǎn)為由旁路備用電源輸出給負(fù)載使用,。

4、 維護(hù)旁路模式：當(dāng)UPS要進(jìn)行維修或更換電池而且負(fù)載供電又不能中斷時(shí),，可以先切斷逆變器開關(guān)然后激活旁路開關(guān),，再將整流器和備用電源開關(guān)切斷。在手動(dòng)維護(hù)旁路轉(zhuǎn)換的過(guò)程中,，交流電源經(jīng)由維護(hù)旁路開關(guān)繼續(xù)供應(yīng)電源給負(fù)載,，此時(shí)，維護(hù)人員可以安全地對(duì)UPS進(jìn)行維護(hù),。

在UPS的使用過(guò)程中尤其不能忽視的是維護(hù)檢修工作,，再好的設(shè)備也有壽命，也會(huì)出現(xiàn)各種故障,，不能因?yàn)槠涓咧悄?、免維護(hù)或者是進(jìn)口設(shè)備而忽略了本應(yīng)進(jìn)行的維護(hù)工作，預(yù)防在任何時(shí)候都是安全運(yùn)行的重要保障,。

　　五,、結(jié)束語(yǔ)

不間斷電源UPS及以它為核心的供電系統(tǒng)被設(shè)置在市電電網(wǎng)與負(fù)載設(shè)備之間，目的是改善對(duì)負(fù)載的供電質(zhì)量,，在市電故障時(shí),，保證負(fù)載設(shè)備的正常運(yùn)行，升通過(guò)智能管理,、智能監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)對(duì)整體電力基礎(chǔ)設(shè)施的保護(hù),，成為一個(gè)有強(qiáng)大管理功能的信息技術(shù)設(shè)備，已經(jīng)完全融于企業(yè)信息系統(tǒng),，并成為其中不可缺少的一部分,。

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作者簡(jiǎn)介：

陳大兵,，男，高級(jí)工程師，1972年出生,，1998年湘潭大學(xué)工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)本科畢業(yè),，2008年武漢科技大學(xué)工程碩士畢業(yè)，現(xiàn)就職于湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司五米寬厚板廠,。

編輯：Harris

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