UPS工作原理及操作参考资料

1、不间断,UPS,电源,交流不间断电源设备有逆变器和,UPS,两种，小,容量设备可采用逆变器或,UPS,大容量设备一般,都采用,UPS,UPS,是英文,Uninterruptible,Power,System,的缩写，即不间断电源系统，但人们一般,习惯将其简称为,UPS,电源,UPS,电源不仅能提供,不间断的交流电源，还具备对交流市电电源进行,净化的功能,UPS,电源广泛应用于计算机机房,数据（网管）中心等场所。在电信网络中,UPS,电源设备主要用于为数据网络设备、智能网设备,支撑系统、增值业务系统、网管系统等供电,1,第一节,UPS,的分类,8.1 UPS,的分类,对,UPS,的常见分类如下,

2、按输出波形分为：方波（准正弦波）、阶,梯波和正弦波,按输出电压的相数可分为：单相和三相,按输入输出的方式可分为：单进单出、三,进单出、三进三出,按不停电供电方式可分为：后备式、在线,式和在线互动式,2,第一节,UPS,的分类,1.1 UPS,的分类,对,UPS,的常见分类如下,按输出波形分为：方波（准正弦波）、阶,梯波和正弦波,按输出电压的相数可分为：单相和三相,按输入输出的方式可分为：单进单出、三,进单出、三进三出,按不停电供电方式可分为：后备式、在线,式和在线互动式,3,第二节,常用,UPS,结构形式及特点,当前市场上普遍应用的主流产品是静止变换型,UPS,包括后备式，在线互动式和在线式。

3、这里仅就这两种,电路形式的,UPS,的电路结构、功能部件和性能特点进,行扼要说明和比较,1.2.1,后备式,后备式是相对在线式而言，区分方法是看逆变器是否,工作。当交流输入电源正常时,UPS,只是将输入电源,过滤后输出，同时通过充电器为电池充电；交流输入,电源中断后,UPS,切换为电池和逆变器电路供电。逆,变器只有在交流输入电源中断后才开始工作。后备式,电路结构如图所示,后备式是静止式,UPS,的最初形式，应用广泛，技术成,熟，一般只用于小功率供电的范围,4,第二节,常用,UPS,结构形式及特点,后备式电路结构框图,市电,负载,逆变器,电池组,充电器,175,264V,220,4,10,V,5

4、,第二节,常用,UPS,结构形式及特点,1,功能部件,充电器：市电正常时，对蓄电池充电并浮充，如果是长延时,UPS,就要求它有,较强的充电能力，或者外加相应容量的附加充电器,DC -AC,逆变器：市电正常时，逆变器不工作；市电掉电时，由它将直流电压,电池供给）变成符合负载要求的交流电压，电压波形有方波、准方波、正弦波,三种形式,输出转换开关：市电正常时，接通输入电源向负载供电；市电掉电时，断开,电网，接通逆变器，继续向负载供电,2,性能特点,当市电正常时，效率高，可达,98,以上,当市电正常时，输入功率因数和输入电流谐波取决于负载电流,UPS,本身不产,生附加输入功率因数和谐波电流失真,当市电

5、正常时，输出能力强，对负载电流波峰系数、浪涌电流系数、输出功,率因数、过载等都没有严格的限制,当市电正常时，输出电压精度和稳定度差，但能满足一般负载的供电要求,市电掉电时，输出有转换时间，一般可做到,4-10ms,左右,当市电正常时，整机要靠附加滤波电路提高,UPS,双向抗干扰功能,电路简单、成本低、可靠性高,输出转换开关受切换电流能力和动作时间的限制,UPS,输出功率做大有一定困,难，一般多在,2kVA,以下,6,第二节,常用,UPS,结构形式及特点,1.2.2,传统双变换在线式,目前，大功率,UPS,仍多采用传统双变换在线式电路,结构，它属于串联功率调整传输方式。图,6.2,是传统,双变换

6、在线式,UPS,的电路结构框图。它是在线式,UPS,的最初形式，因此称之为传统在线式。它的基本设,计思想是，市电存在时，将市电交流电通过整流滤,波电路变换为直流电，然后再将直流电通过,DC /AC,逆变器变换成纯净稳定的正弦波电压向负载供电,后备电池接在直流母线上，市电掉电后，由电池逆,变后给负载继续供电。下面，具体介绍其功能和特,点,7,第二节,常用,UPS,结构形式及特点,传统双变换在线式,UPS,的电路结构图,整流,逆变,充电器,电池组,输入,EMI,输出,EMI,负载,维修开关,旁路输入空开,市电输入空开,切换开关,1,2,3,4,8,第二节,常用,UPS,结构形式及特点,1,功能部件

7、,整流器：当市电存在时，实现,AC/DC,的转换功能，一,方面向,DC / AC,逆变器提供能量，同时还向蓄电池充电,由于整流电路把市电输入电流变成脉冲波，输入电流谐,波成分大，造成输入功率因数低，因此需要附加奇次谐,波滤波器。在三相电路中，可增加一个输入隔离变压器,变压器的次级有两个匝数相同的绕组，一个采用三角形,接法，另一个采用星型接法，将这两组分别整流，再配,以相应的滤波器，就构成了,12,脉冲整流。为了进一步,提高输入功率因数，减小对电网的污染，当前在中小功,率的传统双变换,UPS,中，开始使用高频整流,PFC,电,路，可将输入功率因数提高到,0.99,9,第二节,常用,UPS,结构形

8、式及特点,逆变器：完成,DC/AC,的转换功能，向输出端提供高质量电源,无论由市电供电或转由电池供电，逆变器都在线工作。在市电逆,变和电池逆变这两种工作状态相互转换时，输出电压切换时间为,零。在小功率单相双变换,UPS,中，由于电池电压低，逆变器输出,需要采用隔离变压器，把电压提升到负载所需要的额定电压,220V,在三相大功率,UPS,中，输出,DC/AC,逆变器多采用全桥电路,除了提升电压的要求外，还因为全桥电路没有零电位输出，所以,必须在逆变器输出端加隔离变压器，变压器初级为三角形接法,分别接在全桥电路的,3,个桥臂的中点，次级则用星型接法，形成,三相四线制电源供给负载,静态旁路开关：由正

9、反极性并接的可控硅构成，当逆变器过载,或发生故障时，逆变器切断输出，静态开关自动转换接通，由市,电直接向负载供电。静态开关为智能型大功率无触点开关，转换,时间在,2-3ms,10,第二节,常用,UPS,结构形式及特点,2,性能特点,不管有无市电，负载的全部功率都由,DC / AC,逆变器提供,保证高质量的电源输出。市电掉电时，输出电压不受任何影响,没有转换时间，具备典型的在线式,UPS,功能,由于负载功率,100,都由逆变器负担，因而,UPS,的输出能力,不理想，对负载提出限制条件，如负载电流峰值因数、过载能,力和输出功率因数等,输入可控整流器使,UPS,输入功率因数低，一般为,0.7-0.8

10、,无,功损耗大，输入电流谐波成分大于等于,30,对电网产生极大,的污染。当然，若使用高频整流技术（功率因数校正技术,可把输入功率因数提高到接近,1,输入谐波电流也将降到,5,以下；若在三相,UPS,中用,12,脉冲整流只能将输入功率因数做到,0.95,电流谐波成分降至,10,左右，且成本高,市电正常时，串联的两个变换器都承担,100,的负载功率,所以,UPS,整机效率低,11,第二节,常用,UPS,结构形式及特点,2,性能特点,不管有无市电，负载的全部功率都由,DC / AC,逆变器提供；保,证高质量的电源输出。市电掉电时，输出电压不受任何影响，没,有转换时间，具备典型的在线式,UPS,功能,

11、由于负载功率,100,都由逆变器负担，因而,UPS,的输出能力不,理想，对负载提出限制条件，如负载电流峰值因数、过载能力和,输出功率因数等,输入可控整流器使,UPS,输入功率因数低，一般为,0.7-0.8,无功,损耗大，输入电流谐波成分大于等于,30,对电网产生极大的污,染。当然，若使用高频整流技术（功率因数校正技术），可把输,入功率因数提高到接近,1,输入谐波电流也将降到,5,以下；若,在三相,UPS,中用,12,脉冲整流只能将输入功率因数做到,0.95,电流,谐波成分降至,10,左右，且成本高,市电正常时，串联的两个变换器都承担,100,的负载功率，所,以,UPS,整机效率低,12,第二节

12、,常用,UPS,结构形式及特点,2,性能特点,不管有无市电，负载的全部功率都由,DC / AC,逆变器提供；保,证高质量的电源输出。市电掉电时，输出电压不受任何影响，没,有转换时间，具备典型的在线式,UPS,功能,由于负载功率,100,都由逆变器负担，因而,UPS,的输出能力不,理想，对负载提出限制条件，如负载电流峰值因数、过载能力和,输出功率因数等,输入可控整流器使,UPS,输入功率因数低，一般为,0.7-0.8,无功,损耗大，输入电流谐波成分大于等于,30,对电网产生极大的污,染。当然，若使用高频整流技术（功率因数校正技术），可把输,入功率因数提高到接近,1,输入谐波电流也将降到,5,以下

13、；若,在三相,UPS,中用,12,脉冲整流只能将输入功率因数做到,0.95,电流,谐波成分降至,10,左右，且成本高,市电正常时，串联的两个变换器都承担,100,的负载功率，所,以,UPS,整机效率低,13,第三节,UPS,电源系统的组成,UPS,电源主要由,7,部分组成，即输入整流滤波电路、功率因数,校正电路、蓄电池组、充电电路、逆变器电路、静态开关电路,控制监测显示及保护电路,1,输入整流滤波电路,UPS,电源内部蓄电池、逆变器及控制电路均需要直流电，这就要,求,UPS,电源内部必须有整流及滤波电路。整流电路的主要功能是,1,将交流电变换为直流电,2,具有输出电压保持能力,3,抑制电网的干

14、扰信号,整流电路主要有单相半波、单相全波和单相桥式整流，三相半波,三相桥式（全波）整流及,6,脉冲整流,6,相全波整流及,12,脉冲整流,等。滤波电路由一级或多级滤波电路构成，其基本形式是在整流,输出端加滤波电容或电感扼流线圈。在,UPS,电源中常采用电容,电感组成的,L,C,滤波器,14,第三节,UPS,电源系统的组成,UPS,电源主要由,7,部分组成，即输入整流滤波电路、功率因数,校正电路、蓄电池组、充电电路、逆变器电路、静态开关电路,控制监测显示及保护电路,1,输入整流滤波电路,UPS,电源内部蓄电池、逆变器及控制电路均需要直流电，这就要,求,UPS,电源内部必须有整流及滤波电路。整流电

15、路的主要功能是,1,将交流电变换为直流电,2,具有输出电压保持能力,3,抑制电网的干扰信号,整流电路主要有单相半波、单相全波和单相桥式整流，三相半波,三相桥式（全波）整流及,6,脉冲整流,6,相全波整流及,12,脉冲整流,等。滤波电路由一级或多级滤波电路构成，其基本形式是在整流,输出端加滤波电容或电感扼流线圈。在,UPS,电源中常采用电容,电感组成的,L,C,滤波器,15,第三节,UPS,电源系统的组成,2,功率因数校正电路,在,UPS,电源中，交流输入市电经整流器整流后变换为脉动直流，然后采用大容,量的电容器进行滤波，在电容器充电期间势必会形成尖峰脉冲，引起电流波形,畸变，从而导致功率因数下

16、降，并产生高次谐波，对电网造成干扰。功率因数,校正电路的作用就是提高功率因数，降低谐波干扰，使输入电流成为与输入电,压接近同相位的正弦波,3,蓄电池组,蓄电池组是,UPS,的心脏，没有蓄电池组的,UPS,电源只能称作交流稳压稳频电源,当市电正常时，蓄电池由整流器（独立充电器）对其充电，将电能转化为化学,能而储存起来；当市电供应中断时,UPS,电源由蓄电池向逆变器供电，此时蓄,电池通过放电将化学能转化为电能，保证,UPS,电源输出的不中断。目前,UPS,电源,中广泛使用的是阀控密封式铅酸蓄电池,4,充电电路,UPS,中的充电器将蓄电池放电后损失的能量重新补充，在充电过程中，充电器,的控制电路检测

17、整个充电过程，一般在充电阶段是恒流充电过程，随着电池电,压的上升，当蓄电池的电压达到浮充电压以后，充电器工作在恒压阶段，直到,电池充满为止。因此，充电电路的反馈回路一般有两个，一个作为电流反馈,另一个是电压反馈。主电路一般采用开关型电路，其类型一般有两种：降压电,路和升压电路,16,第三节,UPS,电源系统的组成,5,逆变电路,UPS,逆变器的功能是将由市电整流所得的直流电压或蓄电池电压,变换成交流电压。在后备式,UPS,中其逆变器输出波形一般为准方,波，而在在线式,UPS,中其逆变器输出多为正弦脉宽调制波,PWM,，该波形经,LC,低通滤波器滤波得到标准正弦波,在线式,UPS,多采用桥式逆变

18、器，根据要求的不同又分半桥逆变器,和全桥逆变器,6,静态开关电路,静态开关是,UPS,的保护设备和供电转换器件，它一方面保护,UPS,和,负载，另一方面作为市电旁路供电和逆变器供电的转换器件。当,UPS,输出过载时，为了保护逆变器，通过静态开关将输出由逆变,器切换到市电；当逆变器出现故障时，为了保证负载不断电，通,过静态开关将输出切换到市电。小型,UPS,一般采用快速继电器作,为静态开关，大中型,UPS,则采用一对反向并联的快速可控硅作为,静态开关,17,第三节,UPS,电源系统的组成,7,控制、监测、显示及保护电路,控制是,UPS,电源的神经中枢，其输出电压精度高,低、波形失真度大小以及可靠性的高低均与控,制电路密切相关。控制电路主要有,PWM,产生电,路、闭环调压电路、同步锁相电路等。为了使,UPS,电源可靠工作，它应具有较为完善的保护,电路，一般的,UPS,电源都具有电池电压过低自,动保护电路、逆变器输出过载或短路自动保护,电路、逆变器过压输出自动保护电路、市电输,入电压过高自