UPS的原理与使用

1、UPS的原理与使用(图)随着播出系统中计算机的日益普及和应用，对供电质量有了更高的要求：在计算机运行期间，电源不 能中断，否则将会导致随机存储器RAM中数据丢失、程序破坏、磁头损坏等难以弥补的损失；电网上 存在的干扰源(电压浪涌、电压下陷、常模干扰、共模干扰等)会对正在运行的计算机系统造成干扰和破 坏，同时对电网也造成较大的污染，故必须除掉干扰源。因此UPS被广泛地应用在这样的供电系统中， 它能在市电波动过大时保护计算机，还能在市电断电的情况下继续供电，以保证播出系统的正常运行。1 UPS的工作原理UPS电源一般是由常用电源和备用电源通过转换开关组合而成，它们之间由逻辑电路进行控制，以 保证在

2、电网正常或停电状态下，整个系统都能可靠地工作。当市电正常时，UPS相当于一台交流稳压电源， 它将市电稳压后再供给计算机，与此同时，它还向UPS内蓄电池充电。当市电突然中断时，UPS立刻转 为逆变工作状态，小容量的UPS 一般能持续供电520 min，所以能保证计算机系统的正常退出，使软硬 件不受损失。图1为UPS电源原理图。I理拱魂器成t逆3器泌波隔移恐充电器H控割单元电池蛆一I .图1 UPS原理图2 UPS电源的分类与特点2.1旋转型UPS电源一般由旋转发电机组成，主要有以下几种：用柴油发电机作为备用电源，在电网停电时，用它维持供电。用电动发电机作为备用电源，并在发电机轴上装一个大的惯性飞

3、轮。这样一方面能减少电网 对电机转速的影响，提高了电压的稳定性；另一方面，电网停电时，利用飞轮的惯性使发电机在一段时间 内输出的电压和频率基本不变，以供计算机做信息处理等应急操作。用直流电动机和蓄电池组来驱动发电机作备用电源。电网正常供电时，用电网交流电经整流 后对蓄电池组充电，在电网停电时蓄电池组向直流电机供电，从而驱动电动机发电机组，保证计算机连续 供电。用蓄电池和逆变器组成备用电源。当电网停电时，由蓄电池经逆变器变换成某种频率的交流 电来驱动电动机和发电机组，以保证计算机的供电。2.2静止型UPS电源目前微机中使用的UPS电源一般都是静止型的，静止型的UPS又可分为后备式和在线式两种，

4、在线式供电质量优于后备式。根据蓄电池的容量大小，这种电源在停电时能维持几分钟至几小时，有的可 达8 h。现行的UPS电源都是交流型不间断电源系统，主要由整流器、充电器、逆变器和电池组等组成， 按其工作方式可划分为在线式(On-line)和后备式(Off-line)，按其输出电压波形可分为正弦波输出 和方波输出两种，二者都属于交流型UPS电源，目前在线式已基本上取代了后备式。_fI DC/DC%式蜘|-藉喘 竺皂网负就 tH dc/dc图2大功率容量直流型UPS交流型UPS电源的功率因数低、电流失真严重、高次谐波干扰大，而且普遍采用BYPASS设计， 因此电路结构复杂化，调试困难，成本上升，可靠

5、性降低。此外交流型UPS电源难以实现并联运行。为此， 目前又出现了大功率直流型UPS电源，如图2所示。该方案在节约能源、提高可靠性、降低生产成本等方 面有一定的改进，该电源省略了 DC/AC环节和开关电源中的AC/DC环节，因而生产成本降低。新方案在功 率因数校正方面有较大提高，功率因数从60%提高到95%，即相当于电网的负荷减少了 30%左右，因此输出 功率大大增加，且明显降低了对电网污染，另一方面，可以简化DC/AC和AC/DC环节，不需要设计逆变器、 锁相环和稳频部分，还可以省去原输入级大容量储能电容器，在DC/DC变换中只需留下高频小容量电容器， 由于蓄电池组的耐瞬间冲击能力强，故BY

6、PASS也可以省略掉。新的UPS电源系统具有良好的扩充性与分布性，允许多台小功率电源并联使用，共同向一台大 容量负载供电，只需要总功率之和大于负载容量即可。因直流变换对功率因数校正影响小，故新方案容易 实现较高的功率因数校正，减少开关电源对电网的干扰污染，有利于实现净化电源的目标。3 UPS的负载问题UPS输出波形有方波和正弦波两种类型。方波输出的UPS带负载能力相对较差，负载量一般为额 定负载的40%60%，而且不允许带感性负载，负载太大有时可能损坏负载电路中的电源滤波电容;正弦波 输出的UPS带负载能力相对较强，并能带微电感性负载。一般地，UPS外壳上标有输出功率，有些以有 功功率瓦(W)

7、或千瓦(kW)表示，也有的用视在功率伏安(VA)或千伏安(kVA)表示。有功功率用秀P秀表 示，视在功率用令亨S令亨表示，则有：令亨P=S亨cos金亨履亨，其中cos葬履亨为功率因数。大多数UPS的 cos 亨大约为0.8左右，则可得亨？亨=0.8亨$亨。所以，一个1 kVA的UPS表示其最大输出功率为1 kVA或0.8 kW，此时，就要求UPS负载设备的有 功功率总和应小于0.8 kW，而负载一般都标明了额定功率，所以，所有负载的额定功率之和不能超过UPS 的有功功率，若满足这样的条件，就称UPS输出功率与负载耗电功率匹配。但应注意一点，以上分析是负 载稳定工作时的情况，计算机的外设一般都满

8、足这一情况，但打印机和彩色显示器却例外，打印机启动功 率是其额定功率的35倍，彩色显示器由于开机消磁电路工作需要较大功率，例如一台AR3240打印机其 标称额定功率为220 W，则它启动时耗电功率最大可达220 x5=1 100 W，所以一台1 000 W的UPS若单独 带一台该打印机也是不可靠的。计算机其他外设的启动功率略大于额定功率，则在考虑匹配时按UPS输出 功率的0.8进行负载匹配，例如一台3 kVA的UPS，实际带负载时可带3x0.8x0.8=1.92 kW的负载。一个 标准UPS在满载(即功率充分匹配)情况下，市电中断时可持续供电约512 min，但在半负载(即负载 耗电功率时UP

9、S输出功率的一半)情况下，则可持续供电约1025 min，即大约有负载减半供电时间加倍 的关系。4 UPS电源的使用与维护实践证明交流型UPS有60%左右的故障是使用或管理不当造成的。所以正确使用与维护UPS可以大大 延长其使用寿命，在使用与维护中应该注意以下几个方面：新购的UPS电源使用前一定要对后备蓄电池组进行均衡充电，充电1224 h，以延长蓄电池的使 用寿命。UPS接入电路时，应保证所接市电的火线、零线顺序符合要求，否则故障会大大增加。UPS电源负载要求为纯电阻负载或较小感性负载，即使正弦波输出的UPS也只能带微电感性负载。（4）UPS不宜由柴油发电机供电，这种发电机的频率变化大，会影

10、响UPS的正常运行。（5）UPS不宜带可控硅负载、桥式整流及半波整流负载。（6）计算机的有些外设（打印机、音箱等）并不怕突然停电，而且打印机启动功率又很高，所以这类 外设一般不要接入UPS的输出，可以直接接在市电中，对网络系统，可以只把服务器及有关部分接入UPS， 这样可以节省投资。（7）不要超负荷使用UPS，应按本文中前述的负载问题进行连接，这样可以保护逆变三极管。（8）开关机应按UPS使用说明书要求操作，先开UPS，两分钟后再开通负载的电源开关。而且要一个 一个地开，这样可以避免负载同时启动时的大电流冲击，而关机却要按相反顺序进行。（9）UPS应长期处于开机状态，尽可能减少开关机的次数。一般要求关闭UPS后至少要等6 s才能再 开启，而且应禁止“冷”启动，即把市电断开使用UPS电源启动，此时启动电流很大会损