UPS原理及技术资料

1、UPS技术资料1 UPS原理不间断电源（ Uninterruptible Power System，简称UPS），是指在主电源（通常是市电）出现供应故障情况下临时向需要不间断工作的系统连续供电的电源系统。UPS在主电源输入正常时，也可对品质不良的电源进行稳压、稳频、抑制浪涌、滤除噪声、防雷击、净化电源、避免高频干扰等，从而提供给使用者一个稳定纯净的电源，因此在工业中得以广泛应用。不仅如此，UPS提供的电源还具有较高的电压、频率稳定性好、波形失真小、噪声和干扰更优于外电网等几大优点，是计算机系统最理想的供电方式。UPS电源系统由4部分组成：整流、储能、变换和开关控制。稳压功能通常是由整流器完成的

2、，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，对整流器来说就象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

3、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。2 UPS分类及特点 UPS的特点UPS电源按其工作方式可分为后备式UPS和在线式UPS两大类；而按其输出波形又可分为方波输出UPS和正弦波输出UPS两种。后备式UPS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。在线式UPS电源与后备式UPS电源相比，在线式UPS电源的供电质量明显优于后备式UPS电源，因为它可以实现对负载的稳频、稳压供电，且在由市电供电转换到蓄电池供电时，其转换时间为零。方波输出的UPS电源带负载能力差(负载量仅为额定负载的4060)，不能带电感性负载。如所带的负载

4、过大，方波输出电压中包含的三次谐波成份将使流入负载中的容性电流增大，严重时会损坏负载的电源滤波电容。正弦波输出的UPS电源的输出电压波形畸变度与负载量之间的关系没有方波输出UPS电源那样明显，带负载能力相对较强，并能带微电感性负载。不管那种类型的UPS电源，当它们处于逆变器供电状态时，除非迫不得已，一般不要满载或超载运行，否则会使UPS电源的故障率明显增多。UPS的工作方式1后备式UPS的特点 1）后备方波输出型 后备方波输出型UPS结构如图12-7所示。当市电正常时，市电220V经高频滤波、抗浪涌无源滤波电路和交流稳压电路输送给负载，同时经充电器给蓄电池充电，这时逆变器不工作。当市电断电后，

5、逆变器启动，将电池的直流能量转变为交流(即DCAC转换)输送给负载，这期间的转换时间主要由继电器的机械跳动时间和逆变器的启动时间决定，一般要求在49ms之内完成。后备式UPS允许市电的变化范围一般在180250V之间，UPS输出的交流电压稳定度在220V±5以内。 由于后备式UPS的市电供电和逆变供电均采用同一个变压器，所以它的交流输出火线和零线的位置是固定的，用户在接线时必须遵守它们的接线关系。即UPS的交流输入线零线接零线，火线接火线。另外，后备式UPS电源不能进行频繁的启动和关闭操作。一般要求关闭与启动之间的时间间隔10s左右；否则UPS会处于不正常的状态。 由于后备式UPS电

6、源线路简单，易于实现，噪音低，价格便宜，所以在中小型UPS中得到了广泛应用。 2在线式UPS的特点 在线式UPS结构如图12-8所示，市电正常时，输入的交流电经滤波器将电网中的干扰成分滤掉，然后经整流滤波，给蓄电池组充电，并同时给逆变器提供工作电压。逆变器在调制信号的控制下，又将直流电逆变成稳压稳频的交流电(正弦波)给负载供电。市电不正常或断电时，蓄电池直流能量经逆变器转变成交流电，实现不间断供电。 在线式UPS的特点是无论有无市电，都是由逆变器向负载提供交流电，逆变器始终处于工作状态。因此，它从根本上消除了来自市电的电压波动和干扰，真正实现了对负载无干扰、稳压稳频的供电。一般允许市电输入电压

7、的变化范围为180250V，输出电压稳定范围在220V±3以内，频率稳定度在50Hz±1以内，输出正弦波波形失真系数小于3。另外，由于它的逆变器始终处于逆变工作状态，所以当市电中断时，由市电切换到蓄电池供电的切换时间为零。 由于在线式UPS的线路复杂，保护功能和扩展功能强，能适应较宽的市电范围和频率范围，供电质量优良，并可以满足带发电机用户要求，所以其价格也相对较贵些。 UPS按电池向负载供电的时间可分为短延时和长延时UPS。短延时UPS一般在市电断电后只能继续供电1030min，而长延时UPS则可连续供电1h以上，甚至可达8h。3 UPS主要性能指标硬件性能指标主要有：

8、工作方式：在线、在线交互、后备 输入电压范围：即保证UPS不转入电池逆变供电的市电电压范围。在此电压范围内，逆变器（负载）电流由市电提供，而不是电池提供。输入电压范围越宽，UPS电池放电的可能性越小，故电池的寿命就相对延长。科士达具有较大的输入电压范围，最高可达165-275V。 输入频率范围：即UPS能自动跟踪市电、保持同步的频率范围。当切换旁路时，UPS能自动跟踪市电、保持同步可避免因输入输出相位差开甚至反相，引起逆变器模块电源和交流旁路电源间出现大的环流电源而损害UPS。科士达允许输入频率范围45-65Hz。 输入功率因数：指UPS输入端的功率因数。输入功率因数越高，UPS所吸收的无功功

9、率越小，因而对市电电网的干扰就越小。一般UPS只能达到0.9左右。 输出功率因数：指UPS输出端的功率因数。如果有非计算机负载，越大则带载能力越强。一般UPS为0.8左右。 过载能力：越大，表示逆变器能力越好。 切换时间：由于计算机开关电源，在10ms的间隔时间能保证计算机的输出，因此一般要求UPS切换时间小于10ms，对于在线UPS切换时间为0。 输出电压稳定度：指UPS输出电压的稳定程度。输出电压稳定程度越高，UPS输出电压的波动范围越小，也就是电压精度越高。大部分UPS的电压稳定度大于5%，科士达 为13% 。 输出电压失真度：即UPS输出波形中所含的谐波分量所占的比率。常见的波形失真有

10、：削顶、毛刺、畸变等。失真度越小，对负载可能造成的干扰或破坏就越小。科士达GP600，500，800及MASTER系列输出波型为非常纯正的正波。 负载峰值因数：指UPS输出所能达到的峰值电流与平均电流之比。一般峰值因数越高，UPS所能承受的负载冲击电流越大。科士达产品的峰值因数为有3:1。 三相不平衡能力：对于三进三出的UPS来说，若出现三相的每一相电流不一致，就会造成输出电压的不平衡。具有100%负载不平衡能力的UPS，表示该UPS允许一相输出带满载，而其他两相空载。科士达目前暂时无该系列产品。 冷启动功能：在无市电或不接市电的情况下，直接用电池组所提供的直流电压启动UPS的功能。科士达产品

11、具有冷启动功能。 旁 路 功 能：指UPS超载或逆变器发生故障时，通过控制开关转换至市电供电，也就是旁路供电。科士达UPS各系列都具有旁路功能。 接发电机功能：发电机的输出波形一般失真度较高，且频率波动范围很大。因此，UPS必须具有良好的跟踪发电机频率的性能，保持与发电机同步工作，并且保持质量较高的输出波形和稳定的输出电压。科士达具有良好的接发电机性能。 电池管理水平：由于电池在UPS整机成本所占比重较大，特别长延时UPS中更占1/3以上，而且电池故障在UPS故障率中也占70%以上。所以电池管理水平的高低直接关系到UPS的使用。 整 机 效 率：效率低会造成UPS本身功耗大、易老化。效率低还会

12、造成电池供电时间变短。科士达UPS整机效率在90%以上，达到较高的水平。监控软件：软件性能指标主要分保护、监测和管理（控制）三个层次。详见以下章节的介绍 各种技术UPS电源对市电的不同解决能力：市电问题后备式UPS 在线互动UPS 真在线UPS 字串3 浪涌 无法解决有限解决 完全解决高压尖脉冲 无法解决 有限解决 完全解决 波形下陷有限解决 有限解决 完全解决电子干扰有限解决有限解决 完全解决频率漂移 无法解决 有限解决 完全解决 持续的高压或低压完全解决完全解决 完全解决 高压瞬态无法解决 有限解决 完全解决 断电 完全解决完全解决完全解决4 UPS电源系统使用注意事项UPS电源系统因其智

13、能化程度高，储能电池采用了免维护蓄电池，这虽给使用带来了许多便利，但在使用过程中还应在多方面引起注意，才能保证使用安全。(1)UPS电源主机对环境温度要求不高，+540都能正常工作，但要求室内清洁，少尘，否则灰尘加上潮湿会引起主机工作紊乱。储能蓄电池则对温度要求较高，标准使用温度为25，平时不能超过+15+30。温度太低，会使储电池容量下降，温度每下降1，其容量下降1。其放电容量会随温度升高而增加，但寿命降低。如果在高温下长期使用，温度每高10，电池寿命约降低一半。(2)主机中设置的参数在使用中不能随意改变。特别是对电池组的参数，会直接影响其使用寿命，但随着环境温度的改变，对浮充电压要做相应调

14、整。通常以25为标准，环境温度每升高或降低1时，浮充电压为补充自放电，使蓄电池保持完全充电状态的连续小电流充电的电压叫浮充电压。浮充工作原理：当电池处于充满状态时，充电器不会停止充电，仍会提供恒定的浮充电压与很小浮充电流供给电池，因为，一旦充电器停止充电，电池会自然地释放电能，所以利用浮充的方式，平衡这种自然放电.应增加18mV（相对于12V蓄电池）。(3)在无外电靠UPS电源系统自行供电时，应避免带负载启动UPS电源，应先关断各负载，等UPS电源系统起动后再开启负载。因负载瞬间供电时会有冲击电池，多负载的冲击电流和加上所需的供电电流会造成UPS电源瞬间过载，严重时将损坏变换器。(4)UPS电

15、源系统按使用要求功率余量不大，在使用中要避免随意增加大功率的额外设备，也不允许在满负载状态下长期运行。但工作性质决定了UPS电源系统几乎是在不间断状态下运行的，增加大功率负载，即使是在基本满载状态下工作，都会造成主机出故障，严重时将损坏变换器。(5)自备发电机的输出电压，波形、频率、幅度应满UPS电源对输入电压的要求，另外发电机的功率要远大于UPS电源的额定功率，否则任一条件不满，将会造成UPS电源工作异常或损坏。(6)由于组合电池组电压很高，存在电击危险，因此装卸导电联接条、输出线时应用安全保障，工具应采用绝缘措施，特别是输出接点应有防触摸措施。 (7)不论是在浮充工作状态还是在充电、放电检

16、修测试状态，都要保证电压、电流符合规定要求。过高的电压或电流可能会造成电池的热失控电流较大，电解液温度升高，氢氧过电位降低，气体的生成和析出使气体复合通道增多，用于分解水的分解电流同步增大；二者均促使水分解加快。高温高压气体生成的速率大于安全阀排气速度和气体复合速度之和，使电池内部温度迅速升高；温度升高和电流的增大互相促进，使电池内部温度升高，软化ABS外壳（ABS熔点为160 ），从而发生电池的膨胀；或失水电池正极析出氧气、负极析出氢气，即部分电能消耗在电解水。当过充电非常严重时，蓄电池失水，会造成电池极板不可逆硫酸盐化，使电池容量减小，严重的导致电池报废。电池过充电，正极析出的氧具有很强的

17、腐蚀性，对正极板栅危害极大，使用中一定要避免过充电。电池失水后，电解液（稀硫酸）浓度增加，腐蚀加重。，电压、电流过小会造成电池亏电，这都会影响电池的使用寿命，前者的影响更大。(8)在任何情况下，都应防止电池短路或深度放电电池放出的容量占其额定容量的百分比称为放电深度，因为电池的循环寿命和放电深度有关。放电深度越深、循环寿命越短。在容量试验中或是放电检修中，通常 放电达到容量的3050就可以了。(9)对电池应避免大电流充放电，虽说在充电时可以接受大电流，但在实际操作中应尽量避免，否则会造成电池极板膨胀变形，使得极板活性物质脱落，电池内阻增大，温升越高，严重时将造成容量下降，寿命提前终止。3、日常

18、维护与检修(1)UPS电源在正常使用情况下，主机的维护工作很少，主要是防尘和定期除尘。特别是气候干燥的地区，空气中的灰粒较多，机内的风机会将灰尘带入机内沉积、当遇空气潮湿时会引起主机控制紊乱造成主机工作失常，并发生不准确告警，大量灰尘也会造成器件散热不好。一般每季度应彻底清洁一次。其次就是在除尘时，检查各连接件和插接件有无松动和接触不牢的情况。 (2)虽说储能电池组目前都采用了免维护电池，但这只是免除了以往的测比、配比、定时添加蒸馏水的工作。但外因工作状态对电池的影响并没有改变，不正常工作状态对电池造成的影响没有变，这部分的维护检修工作仍是非常重要的，UPS电源系统的大量维修检修工作主要在电池部分。a.储能电池的工作全部是在浮充状态，在这种情况下至少应每年进行一次放电。放电前应先对电池组进行均衡充电，以达全组电池的均衡。要清楚放电前电池组已存在的落后电池。放电过程中如有一只达到放电终止电压时，应停止放电，继续放电先消除落后电池后再放。b.核对性放电，不是首先追求放出容量的百分之多少，而是要关注发现和处理落后电池，经对落后电池处理后再作核对性放电实验。这样可防止事故，以免放电中落后电池恶化为反极电池。c.平时每组电池至少应有8只电池作标示电池，作为了解全电池组工作情况的参