UPS的原理與使用

1、UPS的原理與使用(圖)隨著播出系統(tǒng)中計算機的日益普及和應用，對供電質(zhì)量有了更高的要求：在計算機運行期間，電源不 能中斷，否則將會導致隨機存儲器RAM中數(shù)據(jù)丟失、程序破壞、磁頭損壞等難以彌補的損失；電網(wǎng)上 存在的干擾源(電壓浪涌、電壓下陷、常模干擾、共模干擾等)會對正在運行的計算機系統(tǒng)造成干擾和破 壞，同時對電網(wǎng)也造成較大的污染，故必須除掉干擾源。因此UPS被廣泛地應用在這樣的供電系統(tǒng)中， 它能在市電波動過大時保護計算機，還能在市電斷電的情況下繼續(xù)供電，以保證播出系統(tǒng)的正常運行。1 UPS的工作原理UPS電源一般是由常用電源和備用電源通過轉(zhuǎn)換開關組合而成，它們之間由邏輯電路進行控制，以 保證在

2、電網(wǎng)正常或停電狀態(tài)下，整個系統(tǒng)都能可靠地工作。當市電正常時，UPS相當于一臺交流穩(wěn)壓電源， 它將市電穩(wěn)壓后再供給計算機，與此同時，它還向UPS內(nèi)蓄電池充電。當市電突然中斷時，UPS立刻轉(zhuǎn) 為逆變工作狀態(tài)，小容量的UPS 一般能持續(xù)供電520 min，所以能保證計算機系統(tǒng)的正常退出，使軟硬 件不受損失。圖1為UPS電源原理圖。I理拱魂器成t逆3器泌波隔移恐充電器H控割單元電池蛆一I .圖1 UPS原理圖2 UPS電源的分類與特點2.1旋轉(zhuǎn)型UPS電源一般由旋轉(zhuǎn)發(fā)電機組成，主要有以下幾種：用柴油發(fā)電機作為備用電源，在電網(wǎng)停電時，用它維持供電。用電動發(fā)電機作為備用電源，并在發(fā)電機軸上裝一個大的慣性飛

3、輪。這樣一方面能減少電網(wǎng) 對電機轉(zhuǎn)速的影響，提高了電壓的穩(wěn)定性；另一方面，電網(wǎng)停電時，利用飛輪的慣性使發(fā)電機在一段時間 內(nèi)輸出的電壓和頻率基本不變，以供計算機做信息處理等應急操作。用直流電動機和蓄電池組來驅(qū)動發(fā)電機作備用電源。電網(wǎng)正常供電時，用電網(wǎng)交流電經(jīng)整流 后對蓄電池組充電，在電網(wǎng)停電時蓄電池組向直流電機供電，從而驅(qū)動電動機發(fā)電機組，保證計算機連續(xù) 供電。用蓄電池和逆變器組成備用電源。當電網(wǎng)停電時，由蓄電池經(jīng)逆變器變換成某種頻率的交流 電來驅(qū)動電動機和發(fā)電機組，以保證計算機的供電。2.2靜止型UPS電源目前微機中使用的UPS電源一般都是靜止型的，靜止型的UPS又可分為后備式和在線式兩種，

4、在線式供電質(zhì)量優(yōu)于后備式。根據(jù)蓄電池的容量大小，這種電源在停電時能維持幾分鐘至幾小時，有的可 達8 h?，F(xiàn)行的UPS電源都是交流型不間斷電源系統(tǒng)，主要由整流器、充電器、逆變器和電池組等組成， 按其工作方式可劃分為在線式(On-line)和后備式(Off-line)，按其輸出電壓波形可分為正弦波輸出 和方波輸出兩種，二者都屬于交流型UPS電源，目前在線式已基本上取代了后備式。_fI DC/DC%式蜘|-藉喘 竺皂網(wǎng)負就 tH dc/dc圖2大功率容量直流型UPS交流型UPS電源的功率因數(shù)低、電流失真嚴重、高次諧波干擾大，而且普遍采用BYPASS設計， 因此電路結(jié)構(gòu)復雜化，調(diào)試困難，成本上升，可靠

5、性降低。此外交流型UPS電源難以實現(xiàn)并聯(lián)運行。為此， 目前又出現(xiàn)了大功率直流型UPS電源，如圖2所示。該方案在節(jié)約能源、提高可靠性、降低生產(chǎn)成本等方 面有一定的改進，該電源省略了 DC/AC環(huán)節(jié)和開關電源中的AC/DC環(huán)節(jié)，因而生產(chǎn)成本降低。新方案在功 率因數(shù)校正方面有較大提高，功率因數(shù)從60%提高到95%，即相當于電網(wǎng)的負荷減少了 30%左右，因此輸出 功率大大增加，且明顯降低了對電網(wǎng)污染，另一方面，可以簡化DC/AC和AC/DC環(huán)節(jié)，不需要設計逆變器、 鎖相環(huán)和穩(wěn)頻部分，還可以省去原輸入級大容量儲能電容器，在DC/DC變換中只需留下高頻小容量電容器， 由于蓄電池組的耐瞬間沖擊能力強，故BY

6、PASS也可以省略掉。新的UPS電源系統(tǒng)具有良好的擴充性與分布性，允許多臺小功率電源并聯(lián)使用，共同向一臺大 容量負載供電，只需要總功率之和大于負載容量即可。因直流變換對功率因數(shù)校正影響小，故新方案容易 實現(xiàn)較高的功率因數(shù)校正，減少開關電源對電網(wǎng)的干擾污染，有利于實現(xiàn)凈化電源的目標。3 UPS的負載問題UPS輸出波形有方波和正弦波兩種類型。方波輸出的UPS帶負載能力相對較差，負載量一般為額 定負載的40%60%，而且不允許帶感性負載，負載太大有時可能損壞負載電路中的電源濾波電容;正弦波 輸出的UPS帶負載能力相對較強，并能帶微電感性負載。一般地，UPS外殼上標有輸出功率，有些以有 功功率瓦(W)

7、或千瓦(kW)表示，也有的用視在功率伏安(VA)或千伏安(kVA)表示。有功功率用秀P秀表 示，視在功率用令亨S令亨表示，則有：令亨P=S亨cos金亨履亨，其中cos葬履亨為功率因數(shù)。大多數(shù)UPS的 cos 亨大約為0.8左右，則可得亨？亨=0.8亨$亨。所以，一個1 kVA的UPS表示其最大輸出功率為1 kVA或0.8 kW，此時，就要求UPS負載設備的有 功功率總和應小于0.8 kW，而負載一般都標明了額定功率，所以，所有負載的額定功率之和不能超過UPS 的有功功率，若滿足這樣的條件，就稱UPS輸出功率與負載耗電功率匹配。但應注意一點，以上分析是負 載穩(wěn)定工作時的情況，計算機的外設一般都滿

8、足這一情況，但打印機和彩色顯示器卻例外，打印機啟動功 率是其額定功率的35倍，彩色顯示器由于開機消磁電路工作需要較大功率，例如一臺AR3240打印機其 標稱額定功率為220 W，則它啟動時耗電功率最大可達220 x5=1 100 W，所以一臺1 000 W的UPS若單獨 帶一臺該打印機也是不可靠的。計算機其他外設的啟動功率略大于額定功率，則在考慮匹配時按UPS輸出 功率的0.8進行負載匹配，例如一臺3 kVA的UPS，實際帶負載時可帶3x0.8x0.8=1.92 kW的負載。一個 標準UPS在滿載(即功率充分匹配)情況下，市電中斷時可持續(xù)供電約512 min，但在半負載(即負載 耗電功率時UP

9、S輸出功率的一半)情況下，則可持續(xù)供電約1025 min，即大約有負載減半供電時間加倍 的關系。4 UPS電源的使用與維護實踐證明交流型UPS有60%左右的故障是使用或管理不當造成的。所以正確使用與維護UPS可以大大 延長其使用壽命，在使用與維護中應該注意以下幾個方面：新購的UPS電源使用前一定要對后備蓄電池組進行均衡充電，充電1224 h，以延長蓄電池的使 用壽命。UPS接入電路時，應保證所接市電的火線、零線順序符合要求，否則故障會大大增加。UPS電源負載要求為純電阻負載或較小感性負載，即使正弦波輸出的UPS也只能帶微電感性負載。（4）UPS不宜由柴油發(fā)電機供電，這種發(fā)電機的頻率變化大，會影

10、響UPS的正常運行。（5）UPS不宜帶可控硅負載、橋式整流及半波整流負載。（6）計算機的有些外設（打印機、音箱等）并不怕突然停電，而且打印機啟動功率又很高，所以這類 外設一般不要接入UPS的輸出，可以直接接在市電中，對網(wǎng)絡系統(tǒng)，可以只把服務器及有關部分接入UPS， 這樣可以節(jié)省投資。（7）不要超負荷使用UPS，應按本文中前述的負載問題進行連接，這樣可以保護逆變?nèi)龢O管。（8）開關機應按UPS使用說明書要求操作，先開UPS，兩分鐘后再開通負載的電源開關。而且要一個 一個地開，這樣可以避免負載同時啟動時的大電流沖擊，而關機卻要按相反順序進行。（9）UPS應長期處于開機狀態(tài)，盡可能減少開關機的次數(shù)。一般要求關閉UPS后至少要等6 s才能再 開啟，而且應禁止“冷”啟動，即把市電斷開使用UPS電源啟動，此時啟動電流很大會損