UPS是不间断电源(Uninterruptible Power Supply)的英文缩写,是一种能为部分对电源质量要求高的设备提供不间断电源的设备。目前市面上UPS的品牌型号比较多,进口的如ABB、施耐德、艾默生、伊顿等,国产的有华为、山特等品牌。就大型UPS系统而言,一个完整的UPS系统主要包括UPS主机、电源输入系统、旁路系统、并机输出系统、蓄电池组、电源监控系统等设备。其中旁路系统又包括静态旁路和手动维修旁路。单一的UPS主要由整流器、逆变器、蓄电池和静态开关等几大部分组成。
蓄电池是UPS用来作为储存电能的装置,由若干个电池串联而成。其容量大小决定了维持放电(供电)的时间。当市电正常时,市电经整流器转换成直流电,在蓄电池内部将电能转换成化学能储存起来。当市电故障时,将化学能转换成电能经逆变器转换成交流电给负载供电。
逆变器是将直流电(DC)转化为交流电(AC)的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。
静态开关是用两个可控硅(SCR)反向并联组成无触点的电子开关,其闭合和断开由逻辑控制器控制。静态开关分为转换型和并机型两种。转换型开关主要用于两路电源供电的系统,其作用是实现从一路到另一路的自动切换;并机型开关主要用于并联逆变器与市电或多台逆变器。
根据工作原理,UPS可分为后备式、在线式与在线互动式三大类。后备式UPS结构比较简单,具备了自动稳压、断电保护等UPS最基础也最重要的功能,转换时间一般在10ms左右,逆变输出的交流电波形是方波。由于价格便宜、可靠性高,因此应用比较广泛。后备式UPS原理如下图所示。在线式UPS结构较复杂,但性能完善,其显著特点是能够持续零中断地输出纯净正弦波交流电,能够解决尖峰、浪涌、频率漂移等全部的电源问题。由于需要较大的投资,通常应用在关键设备与网络数据中心等对电力要求苛刻的环境中。原理图如下图所示。
在线互动式UPS具有滤波功能,抗干扰能力很强,转换时间小于4ms,逆变输出为模拟正弦波,一般用于配备服务器、路由器等网络设备,或者用在电力环境较恶劣的地区。原理图如下图所示。
式,在线式和在线互动式UPS可分为主路逆变供电、电池逆变供电、静态旁路供电和维修旁路供电四种模式。
主路逆变供电模式:在市电供电正常时,市电经整流器整流后一方面给蓄电池组充电,另一方面经逆变器转换为交流电后给负载供电。相关原理如下图:静态旁路供电模式:当人为关闭逆变器或者在电池逆变模式下蓄电池电能降低至阈值以下、逆变器或者输出回路出现过载等情况时,系统会迅速自动切换到静态旁路供电模式。值得注意的是如果在静态旁路模式下如果市电掉电,系统就会中断供电。相关原理如下图:
维修旁路供电模式:当UPS出现故障或需要保养时,在不中断负载供电的前提下可以从静态旁路模式手动转换为维修旁路模式,此时UPS可以退出运行。但前提是静态旁路和维修旁路供电相序必须一致,否则会造成短路事故!和静态旁路模式一样,在维修旁路模式下如果市电掉电,系统也会中断供电。相关原理如下图:
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