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UPS不间断电源的工作原理
2020-11-19 06:42:20

       UPS不间断电源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不间断电源开始工作,由储能电池供给负载所需电源,维持正常的生产(如粗黑→所示);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(如虚线所示)。

工作过程:

  当市电正常为380/220VAC时,直流主回路有直流电压,供给DC-AC交流逆变器,输出稳定的220V或380V交流电压,同时市电经整流后对电池充电。

  当任何时候市电欠压或突然掉电,则由电池组通过隔离二极管开关向直流回路馈送电能。从电网供电到电池供电没有切换时间。

  当电池能量即将耗尽时,不间断电源发出声光报警,并在电池放电下限点停止逆变器工作,长鸣告警。

  不间断电源还有过载保护功能,当发生超载(150%负载)时,跳到旁路状态,并在负载正常时自动返回。当发生严重超载(超过200%额定负载)时,不间断电源立即停止逆变器输出并跳到旁路状态,此时前面输入空气开关也可能跳闸。消除故障后,只要合上开关,重新开机即开始恢复工作。


ups电源分类

  按其工作原理分

  UPS不间断电源可分为后备式、在线式以及在线互动式三种。


  (1) 后备式UPS

  平时处于蓄电池充电状态,在停电时逆变器紧急切换到工作状态,将电池提供的直流电转变为稳定的交流电输出,因此后备式UPS也被称为离线式UPS。后备式UPS不间断电源的优点是:运行效率高、噪音低、价格相对便宜,主要适用于市电波动不大,对供电质量要求不高的场合,比较适合家庭使用。然而这种UPS不间断电源存在一个切换时间问题,因此不适合用在关键性的供电不能中断的场所。不过实际上这个切换时间很短,一般介于2至10毫秒,而计算机本身的交换式电源供应器在断电时应可维持10毫秒左右,所以个人计算机系统一般不会因为这个切换时间而出现问题。后备式UPS不间断电源一般只能持续供电几分钟到几十分钟,主要是让您有时间备份数据,并尽快结束手头工作,其价格也较低。对不是太关键的电脑应用,比如个人家庭用户,就可配小功率的后备式UPS。

  (2) 在线式UPS

  这种UPS一直使其逆变器处于工作状态,它首先通过电路将外部交流电转变为直流电,再通过高质量的逆变器将直流电转换为高质量的正弦波交流电输出给计算机。在线式UPS不间断电源在供电状况下的主要功能是稳压及防止电波干扰;在停电时则使用备用直流电源(蓄电池组)给逆变器供电。由于逆变器一直在工作,因此不存在切换时间问题,适用于对电源有严格要求的场合。在线式UPS不同于后备式的一大优点是供电持续长,一般为几个小时,也有大到十几个小时的,它的主要功能是可以让您在停电的情况可像平常一样工作,显然,由于其功能的特殊,价格也明显要贵一大截。这种在线式UPS不间断电源比较适用于计算机、交通、银行、证券、通信、医疗、工业控制等行业,因为这些领域的电脑一般不允许出现停电现象。

  (3) 在线互动式UPS

  这是一种智能化的UPS不间断电源,所谓在线互动式UPS,是指在输入市电正常时,UPS的逆变器处于反向工作(即整流工作状态),给电池组充电;在市电异常时逆变器立刻转为逆变工作状态,将电池组电能转换为交流电输出,因此在线互动式UPS也有转换时间。同后备式UPS相比,在线互动式UPS的保护功能较强,逆变器输出电压波形较好,一般为正弦波,而其最大的优点是具有较强的软件功能,可以方便地上网,进行UPS不间断电源的远程控制和智能化管理。可自动侦测外部输入电压是否处于正常范围之内,如有偏差可由稳压电路升压或降压,提供比较稳定的正弦波输出电压。而且它与计算机之间可以通过数据接口(如RS-232串口)进行数据通讯,通过监控软件,用户可直接从电脑屏幕上监控电源及UPS状况,简化、方便管理工作,并可提高计算机系统的可靠性。这种UPS集中了后备式UPS效率高和在线式UPS不间断电源供电质量高的优点,但其稳频特性能不是十分理想,不适合做常延时的UPS电源。


  按其结构分

  UPS一般分为直流UPS(DC-UPS)和交流UPS(AC-UPS)两大类。


  (1) 直流UPS

  直流UPS不间断电源由两个基本单元组成。分别是整流器、蓄电池。

  其工作过程是:当市电正常时,电流通过整流器向负载供电,同时整流器给蓄电池充电。电流路径是1路市电——整流器——负载,2路路市电——整流器——蓄电池。当市电故障或整流器故障时,通过控制电路自动切换使蓄电池为负载供电,电流流向为蓄电池——负载。


  (2) 交流UPS

  交流UPS不间断电源由三个基本单元组成。分别是整流器、蓄电池和逆变器。

  其工作过程是:当市电正常时,电流通过整流器、逆变器向负载供电,同时整流器给蓄电池充电。电流路径是1路:市电——整流器——逆变器——负载,2路:市电——整流器——蓄电池。当市电故障或整流器故障时,通过控制电路自动切换使电池为负载供电,电流流向为蓄电池——逆变器——负载。


  从备用时间分

  UPS不间断电源分为标准型和长效型两种。

  一般来说,标准型机内带有电池组,在停电后可以维持较短时间的供电(一般不超过25分钟);长效型机内不带电池,但增加了充电器,用户可以根据自身需要配接多组电池以延长供电时间,厂商在设计时会加大充电器容量或加装并联的充电器。


  其他分类

  此外,UPS不间断电源的分类还有其他一些简单的分类,比如从组成原理分为旋转型UPS和静止型UPS;从应用领域分为商业用UPS和工业用UPS;从输出电压的相数分为单相UPS和三相UPS;从容量分为大容量UPS(大于100KVA)、中容量UPS(10-100 KVA)和小容量UPS(小于10 KVA)。


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