不間斷電源(UPS)基本原理介紹

背景知識：

不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經逆變器變成交流,經轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉換開關來實現。

現代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率M0SFET、IGBT等現代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術的引入,可以實現對UPS的智能化管理,進行遠程維護和遠程診斷。

目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發展也很迅速,已經有0.5kVA、lVA、2kVA、3kVA等多種規格的產品。

基本原理：

UPS(Uninterruptiable Power Supply)譯為不間斷電源。由20世紀60年代的旋轉發電機發展到目前的具有一定智能化程度的靜止式全電子電路，它也是隨著電子技術特別是功率器件和自動控制技術的飛速發展而日趨成熟的。其基本功能是：

市電中斷供電時，能不間斷供電；

始終向負載提供高質量的交流電源，達到穩壓.穩頻.抑制浪涌.尖峰.電噪音.補償電壓下陷.長期低壓等因素干擾。

按其工作原理分為動態式（又稱旋轉式ROTATORY TYPE）和靜態式（STATIC TYPE）。動態式UPS由引擎與發電機組構成，它是靠交流市電驅動交流電動機旋轉，從而帶動同軸的交流發電機和慣性飛輪同速旋轉運行，由發電機向負載供電。市電波動時由于慣性飛輪對短時間的電壓突變后干擾無反應，保證了輸出電壓的穩定；市電斷電靠飛輪的慣性將額定電壓供電再延長5秒鐘，由于保存數據信息。后來發展到內燃機式UPS系統，但這類UPS體積大噪音大.效率低，在目前應用不多。就目前用得最多的，最常用的UPS還是靜態式UPS，現在一般講的UPS也是指靜態式UPS，但在概念上還是應分清楚。

靜態式UPS

動態式UPS因應用較少，所以在人們通常所指的UPS大都指靜態式UPS。靜態式UPS根據供電方式可分為在線式（ON-LINE），后備式（或稱離線式，OFF-LINE/BACK-UP）及線上交互式（LINE-INTERACTIVE）三類。

真在線式UPS電源的定義是：當輸入，負載和UPS本身都正常工作時，UPS電源將輸入的交流市電先通過整流器變成直流電，然后通過逆變器將直流電逆變成交流電，輸出標準的穩定的純凈的正弦波電源，也即在一切都正常的情況下，負載得到的是由逆變器輸出的高質量的正弦波電源。

后備式UPS電源的定義是：當輸入，負載及UPS本身都正常工作時，UPS僅僅是將市電做簡單的升壓，降壓和濾波處理，然后直接輸出給負載使用，只有當輸入電源不符合要求時，UPS才將電池的直流逆變成交流電，輸出給負載使用。也即，在大部分時間，負載使用的是輸入電源本身或經過簡單處理的輸入電源。

互動式UPS電源的定義是：當市電電源在約150~264伏的范圍內，它向用戶提供經鐵磁諧振穩壓器或經變壓器抽頭調壓處理的一般市電電源（這就意味著：來自一般市電電網的頻率波動，由“諧波污染”而形成的高波形畸變度及從電網串入的干擾等所困擾的低質量電源就是用戶所實際使用的交流電源）對于這種UPS來說，僅僅當市電電源電壓低于150伏或高于264伏左右時，它才有可能向用戶提供真正的“UPS逆變器高質量的正弦波”電源。

現狀和發展：

智能型UPS是當今UPS的一大發展趨勢，隨著UPS在網絡系統上應用，網絡管理者強調整個網絡系統為保護對象，希望整個網絡系統在供電系統出現故障時，仍然可以繼續工作而不中斷。因此UPS內部配置微處理器使之智能化是UPS的新趨勢，UPS內部硬件與軟件的結合，大幅度提高了UPS的功能，可以監控UPS的運行工作狀態，如：UPS輸出電壓頻率，電網電壓頻率、電池狀態以及故障記錄等。還可以通過軟件對電池進行檢測、自動放電充電，以及遙控開關機等。網絡管理者就可以根據信息資料分析供電質量，依據實際情況采取相應的措施。當UPS檢測出供電電網中斷時，UPS自動切換到電池供電，在電池供電能力不足時立即通知服務器做關機的準備工作并在電池耗盡前自行關機。智能型UPS通過接口與計算機進行通訊，從而使網絡管理員能夠監控UPS，因此其管理軟件的功能就顯得極其重要。