UPS中的基本概念和知识-奥普森ups电源

1、什么是UPS？

UPS即不间断电源系统。所谓不间断电源系统，就是当停电时能够接替市电持续供应电力的设备，它的动力来自电池组，由于电子元器件反应速度快,停电的瞬间在4~8毫秒内或无中断时间下继续供应电力。

2、为什么要用UPS？uninterrupted power system

现在全世界各国的大中供电系统都是交流电源，一个理想的交流电源，应该满足以下几个条件：

频率稳定

电压稳定(土5%内)

谐波失真小(<5%)

没有噪声干扰(符合IEEE 587,FCC,CE等标准规定)

低输出阻抗

大家可以想象，今天如果未使用不间断电源系统，那么当市电发生异常时，将造成计算机死机，甚至硬件故障，到时维修费将不可预料；硬件的故障可花钱消灾，但是存在硬盘中的资料呢？那可是有钱也买不到的，所以为您的设备添购不间断电源系统，就如同买保险一样，有备无患；UPS系统并不是只有当停电时才有动作的，前面所提到的市电异常，包含了市电电压过低、过高、突波、噪声等，足以影响设备正常运作的电源品质，因此UPS的重要性可见一斑。http://www.kstar.com.cn/5service/%22%20%5Cl%20%220

3、电力电源常发生哪些问题？

电源停电、电压下陷、电源上涌、持续欠压、持续过压、频率波动、电脑干扰、切换瞬变、谐波失真等等

4、UPS解决了哪些电源干扰问题？

1.停电保护－－-一瞬间停电时立即由UPS将电池直流电源转换成交流电继续供电。

2.高低电压保护－－-一市电电压过高或过低时UPS内置稳压器(AVR)将做适当的调整,使市电电压保持在可使用的范围内，若电压过低或过高到超过可使用范围时，UPS就会将电池的直流电源转换成交流电继续供电,以保护用户设备。

3.波形失真处理－－-一由于电力经由输配电线路传送至客户端,各种机器设备的使用,往往造成市电电压波形的失真,因为波形失真将产生谐波去干扰设备，并且会使电力系统变压器温度升高，大都要求失真率<5%，而一般UPS设计的失真率<3%～5%。

4.频率稳定－－-一市电频率分为50Hz/60Hz两种,所谓频率就是指电源正弦波每一秒钟变动的周期数。50Hz就是每秒钟变化50次。市电的频率是60Hz，大陆是50Hz。发电机运转时受到客户端用电量的突然变化会造成转速的变动，将使转换出来的电力频率飘移不定，UPS转换的电力可提供稳定在一定范围内的频率。

5.电压稳定－－-一市电电压易受电力输送线路品质的影响,离变电所较近的用户电压较高，约230~240V，离变电所较远的用户电压较低约180~210V，电压太高或太低都会使用户设备缩短寿命，严重时会烧毁设备，使用在线式UPS可提供稳定的电源电压，电压变动不到2V，可延长设备寿命及保护设备。

6.抑制差模噪声－－-差模噪声产生在火线与中性线之间。

7.抑制共模噪声－－-共模噪声产生在火线/中性线与地线之间。

8.突波保护－－-一般UPS会加装突波吸收器或尖端放电设计吸收突波,以保护用户设备。

9.瞬时响应保护－－-市电受干扰时有时会造成电压凸出或下陷或瞬间压降，使用在线式UPS可提供稳定的电压,使电压变动不到2V,可延长设备寿命及保护设备。

10.监控电源－－-配合UPS的智能型通讯接口及监控软件可纪录市电电压频率停电时间及次数来达到电源的监控,并可安排UPS定时开关机的时间表来节约能源。

5、UPS原理图：

UPS主要分为两大类三种形式：一类是后备式，另一类是在线式，还有一种介于两者之间的在线互动式。图三是在线式UPS的原理图，主要由整流器、逆变器、静态转换开关和后备电池组成。输出的交流电源是经过逆变器重新产生，其电压、波形频率由UPS本身控制，具有稳压、净化和不间断等功能。

图一：后备式

图二：在线互动式

图三：在线式

6、UPS工作方式：

正常运行方式

不断电系统的供电原理是当市电正常时，机器会将市电的交流电转换为直流电，而后对电池充电，以备电力中断时使用；这里跟各位强调的是不断电系统并不是停电时才会动作，像是遇到电压过低或过高、瞬间突波等，足以影响设备正常运转的电力品质时，不断电系统均会动作，提供设备稳定且干净的电力。

当市电正常供电时，市电经滤波回路后，分为两个回路同时动作，其一是经由充电回路对电池组充电，另一个则是经整流回路，作为逆变器的输入，再经过逆变器的转换提供电力给负载使用；由此可知，在线式不断电系统的输出完全由逆变器来供应，因此不论市电电力品质如何，其输出均是稳定而不受任何影响。

电池工作方式

一旦市电发生异常时，将储存于电池中的直流电转换为交流电，此时逆变器的输入改由电池组来供应，逆变器持续提供电力，供给负载继续使用，达到不断电的功能。不断电系统的电力来源是电池，而电池的容量是有限的，因此不断电系统不会像市电一般无限制的供应，所以不论多大容量的不断电系统，在其满载的的状态下，其所供电的时间必定有限，若要延长放电时间，须购买长时间型不断电系统。

旁路运行方式

当在线式UPS超载、旁路命令（手动或自动）、逆变器过热或机器故障时，UPS一般将逆变输出转为旁路输出，即由市电直接供电。旁路开关的双向可控硅是反向并联工作方式，解决了旁路切换时间问题，真正做到了不间断切换，由于控制电路复杂，一般应用在中大功率UPS上。如果过载，必须人为减少负载，否则旁路断路器会自动切断输出。

旁路维护方式

当UPS进行检修时，通过手动旁路保证负载设备的正常供电，当维修操作完成后，重新启动UPS， UPS 转为正常运行。极低的维修时间，MTTR为15分钟，极大地提高了UPS的可用性。http://www.kstar.com.cn/5service/%22%20%5Cl%20%220

7、UPS分类及主要技术

UPS作为计算机的重要外设，在保护计算机数据、保证电网电压和频率的稳定，改进电网质量、防止瞬时停电和事故停电对用户造成的危害等方面是非常重要的。

UPS已从60年代的旋转发电机发展至今天的具有智能化程度的静止式全电子化电路，并且还在继续发展。目前，UPS一般均指静止式，按其工作方式分类可分为后备式、在线互动式及在线式三大类。

后备式UPS在市电正常时直接由市电向负载供电，当市电超出其工作范围或停电时，通过转换开关转为电池逆变供电。其特点是：结构简单，体积小，成本低，但输入电压范围窄，输出电压稳定精度差，有切换时间，且输出波形一般为准方波。

在线互动式UPS在市电正常时直接由市电向负载供电，当市电偏低或偏高时，通过UPS内部稳压线路稳压后输出，当市电异常或停电时，通过转换开关转为电池逆变供电。其特点是：有较宽的输入电压范围，噪音低，体积小等特点，但同样存在切换时间。

在线式UPS在市电正常时，由市电进行整流提供直流电压给逆变器工作，由逆变器向负载提供交流电，在市电异常时，逆变器由电池提供能量，逆变器始终处于工作状态，保证无间断输出。其特点是，有极宽的输入电压范围，无切换时间且输出电压稳定精度高，特别适合对电源要求较高的场合，但是成本较高。目前，功率大于3KVA的UPS几乎都是在线式。

UPS按照输出容量大小划分为小容量：3KVA以下，中小容量：3KVA~10KVA，中大容量：10KVA以上。

UPS按输入/输出方式可分为三类：单相输入/单相输出、三相输入/单相输出、三相输入/三相输出。单相电是指由一根火线、一根零线和一根地线组成的供电系统；三相电是由三根火线、一根零线和一根地线组成的供电系统，其中两根火线之间的电压（即线电压）为380V，而火线与零线之间的电压（即相电压）为220V。对于用户来说，三相供电其市电配电和负载配电容易，每一相都承当一部分负载电流，因而中、大功率UPS多采用三相输入/单相输出或三相输入/三相输出的供电方式。

智能型UPS是当今UPS的一大发展趋势，随着UPS在网络系统上应用，网络管理者强调整个网络系统为保护对象，希望整个网络系统在供电系统出现故障时，仍然可以继续工作而不中断。因此UPS内部配置微处理器使之智能化是UPS的新趋势，UPS内部硬件与软件的结合，大幅度提高了UPS的功能，可以监控UPS的运行工作状态，如：UPS输出电压频率，电网电压频率、电池状态以及故障记录等。还可以通过软件对电池进行检测、自动放电充电，以及遥控开关机等。网络管理者就可以根据信息资料供电质量，依据实际情况采取相应的措施。当UPS检测出供电电网异常时，UPS便自动切换到电池供电，在电池供电能力不足时立即通知服务器做关机的准备工作并在电池耗尽前自行关机。智能型UPS通过接口与计算机进行通讯，从而使网络管理员能够监控UPS，因此其管理软件的功能就显得极其重要。http://www.kstar.com.cn/5service/%22%20%5Cl%20%220

8、UPS主要性能指标

硬件性能指标主要有：

■ 工作方式：在线、在线互动、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电池放电的可能性就越小，故电池的寿命也就相对延长。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而引起逆变器电源和交流旁路电源间出现大的环流，从而损害UPS。科士达允许输入频率范围是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所吸收的无功功率就越小，因而对市电电网的干扰就越小。一般UPS能达到0.95左右。

■ 负载功率因数：指UPS输出端的功率因数。一般UPS多为0.8左右。

■ 过载能力：越大，表示逆变器能力越好。

■ 切换时间：由于计算机内采用了PWM开关电源，一般在50ms的间隔时间内能保证计算机的正常工作，目前一般要求UPS切换时间小于10ms，对于在线式UPS而言，其由市电转电池的切换时间为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。科士达为1~3% 。

■ 输出电压失真度：即UPS输出电压波形中所含谐波分量的比率。常见的波形失真有：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弦波。

■ 电流峰值系数：指UPS输出所能达到的峰值电流与该电流有效值之比。峰值系数越高，UPS所能承受的负载冲击电流越大。科士达产品的峰值系数为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允许一相或两相输出带满载，而其它一相或两相空载。

■ 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，特别是长延时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：

①效率低会造成UPS本身功耗大、易老化。

②效率低还会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。

9、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无法解决在规定范围内跟踪锁相持续的高压或低压有限解决有限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

10、不间断电源系统(UPS)的容量如何计算?

目前市面所贩售的不间断电源系统(UPS)多以VA为产品的容量单位。V是电压，A是电流，V*A就等于功率，也就是不间断电源系统的容量，称做视在功率。举例来说，一部425VA的不间断电源系统若其输出电压为110V，则其产品可供应之最大电流为3.86，超过此电流就表示超载(Overload)。另一种表示功率的方法是W，W表示有功功率，和视在功率两者之间的差别就是功率因数。功率因数之大小并无硬性规定，以与负载匹配为准。http://www.kstar.com.cn/5service/%22%20%5Cl%20%220

11、电池的维护和保养

一：UPS常用电池的种类，影响电池寿命的因素，不同种类电池的优点和缺点：

在UPS应用中的电池共有三种：包括开放型液体铅酸电池，免维护铅酸电池及铬镍电池。现UPS厂家所配的电池一般为免维护铅酸电池，下面就以免维护铅酸电池为例介绍三种电池的特点：

1：开放型液体铅酸电池：此类电池按结构可分为8-10年，15-20年寿命两种。由于此电池硫酸电解会产生腐蚀性气体，此类电池必须安装在通风并远离精密电子设备的房间，且电池房应铺设防腐蚀瓷砖。

由于蒸发的原因，开放电池需定期测量比重，加酸加水。此电池可忍受高温高压和深放电。电池房应禁烟并用开放型电池架。

此电池充电后不能运输，因而必须在现场安装后充电，初充电一般需55-90小时。正常每节电压为2V，初充电电压为2.6-2.7V。

2：免维护电池：又名阀控式铅酸蓄电池，俗称密封电池。在使用和维护中需遵循下列原则：

A：密封电池在200C到250C范围内使用将获得最高寿命。电池在低温运行将获得长寿命但容量较低，在高温运行将获得较高容量但寿命较短。

B：电池寿命和温度的关系可参考如下规则，温度超过250C后，每升高8.30C电池寿命将减一半。

C：免维护电池的设计浮充电压为2.3V /节。12V的电池为13.8V。CSB建议每节2.25-2.3V。在120节电池串联的情况下，温度高于摄氏250C后，温度每升高一度浮充电压应下调3mV。同样温度每升高一度为避免充电不足电压应上调3mV。放电终止电压在满负荷（<30min）情况下为1.67V每节。

D:放电结束后电池若在72h内没有再次充电。硫酸盐将附着在极板上阻碍充电，因而将损坏电池。

E：电池在浮充或均充时，电池内部产生的气体在负极板电解成水，从而保持电池的容量且不必外加水。但电池极板的腐蚀将减低电池容量。

F：电池隔板寿命在环境温度为300C -400C时仅为5-6个月。长时间存放的电池每6个月必须充电一次。电池必须存放在干燥凉爽的环境。在200C的环境下免维护电池的自放电率为3-4%每个月，并随温度变化。

G：免维护电池都配有安全阀，当电池内部气压升高到一定程度时安全阀可自动排除过剩气体，在内部气压恢复时安全阀会自动恢复。

H：电池的周期寿命（充放电次数寿命）取决于放电率，放电深度，和恢复性充电的方式，其中最重要的因素是放电深度。在放电率和时间一定时，放电深度越浅，电池周期寿命越长。免维护电池在250C 100%深放电情况下周期寿命约为200次。

I：电池在到达寿命末期时表现为容量衰减，内部短路，外壳变形，极板腐蚀，开路电压降低。

J：IEEE定义电池寿命终止为容量不足标称容量AH的80%。标称容量和实际后备时间是非线性关系，容量减低20%相应后备时间会减低很多。一些UPS 厂家定义电池的寿命终止为容量降至标称容量的50-60%。

K：禁止不同容量和不同厂家的电池混用，否则会降低电池寿命。

L：若两组电池并联使用，应保证电池连线，汇流排阻抗相同。

M：免维护电池意味着可以不用加液，但定期检查外壳有无裂缝，电解液有无渗漏等仍为必要的。

3：铬镍电池：此类电池不同于铅酸电池，电解时产生氢和氧而不产生腐蚀性气体，因而可安装在电子设备的旁边。且水的消耗很少，一般不需维护。正常寿命为20-25年。远比前面提到的电池昂贵。初始安装的费用约为铅酸电池的三倍。并不会因环境温度高而影响电池寿命，也不会因环境温度低而影响电池容量。一般每节电压为1.2V，UPS因应用此类电池需设计较高的充电器电压。

二：优点和缺点：

1开放型铅酸电池：

优点：投资较少，寿命较免维护电池长，对温度要求较低。

缺点：维护较复杂，需专门的电池房间，有腐蚀性气体排出，必须现场初充电50-90h，需专人维护。

2：免维护电池：

优点：不需加液等维护，可在满充状态下运输，不需专人维护。

缺点：不及时恢复性充电会损害电池，对温度较敏感，寿命较短，比开放型铅酸电池贵。

3：铬镍电池：

优点：维护要求较低，寿命较长，对温度不敏感，无有害气体排放。

缺点：是三种电池中最贵的一种。

三：UPS常用电池

现计算机中心一般多数选用免维护铅酸电池，维护较方便，但也需进行下列工作：

1：每三到四个月要放电一次，以防极板氧化。

2：环境温度要保持在200C -250C。

3：连接不能过紧和过松，需经常检查。http://www.kstar.com.cn/5service/%22%20%5Cl%20%220

4：使用三年后需及时检查更换。

12、如何选配UPS？

确定所需UPS的容量：计算所有的负载总和 S=S1+S2+……+Sn 单位：VA。选取UPS的容量≥S÷0.8（考虑UPS的抗冲击能力及扩容需要）

确定所需UPS的类型：根据负载对输出稳定度、切换时间、输出波形确定是选择在线式、在线互动式、后备式。在线式UPS的输出稳定度、瞬间响应能力比另外两种强，对非线性负载的适应能力也较强。对一些较精密的设备及较重要的设备要求采用在线式UPS。如果要使用发电机配短延时UPS，推荐用在线式UPS，因为普通发电机的电压及频率稳定性较差，用在线互动式及后备式可能导致工作不正常。某些品牌的UPS（在线式）不能与发电机匹配，会转旁路供电，购买时要了解清楚。

确定所需电池后备时间：根据掉电后，设备所需的工作时间而定。长延时型的电池其成本可能超过UPS主机本身。由于电池的高价值，出现较多的仿冒品，要选择信誉度高的供货商，这对UPS系统的可靠性很关键。

附加功能：为了提高系统的可靠性，建议采用UPS冗余系统，可以考虑串联热备份或并联热冗余。小容量的UPS（1~2KVA）还可以选用冗余开关。可以选用远程监控面板，实现在远端监视和控制UPS的工作。可以选用监控软件，实现计算机和UPS之间的智能化管理。可以选用网络适配器，实现UPS的网络化管理（基于SNMP）。在某些多雨多雷地区，可以配用防雷器。

售后服务：由于UPS较笨重，而且大容量机型接线较复杂，需要上门维护，所以要选择售后服务质量较好的供货商。可以从信誉度、技术实力、服务机构、维修备件等多方面进行考察。

13、使用UPS有哪些注意事项？

UPS的使用环境应注意通风良好，利于散热。并保持环境的清洁，电网供电情况也要了解清楚。

UPS输出插座应明确标识，勿使加入无关负载或短路。

切勿带非精密性负载，如点钞机、日光灯、空调机和电炉等，以免造成损坏。

若用户在市电停电期间使用发电机供电，应保证发电机功率大于两倍UPS额定功率。必须在发电机启动稳定后才能接入UPS。

UPS输出负载控制在60%左右为最佳，可靠性最好。http://www.kstar.com.cn/5service/%22%20%5Cl%20%220

14、电池的安时数是什么概念？

安时数代表电池容量的大小。电池的额定容量指25℃，以恒定电流放电20h至终止电压（1.75V/单格），该电流的20倍即为电池的容量。一般用Ah数代表电池的额定容量，用Cn表示。n指几小时放电率，这里为20。有些电池是以10h放电率计算的，用C10表示。例：100Ah/12V的电池指该电池以5A（0.05C）的电流恒定放电直至终止电压10.5V，可连续放电20h。电池放电时间与放电电流不是线性关系，如100Ah电池以100A的电流放电，则支持不了1个小时，只有数十分钟。如以1A的电流放电，则会超出100小时（不推荐如此方式放电）。

15、UPS的蓄电池需要定期加水吗？

UPS一般采用铅酸密闭免维护蓄电池。这种电池采用独特的技术，使蓄电池电解液的水分损耗极大减小，不需要定期加水。这种电池还具有体积小、比能量高、无污染等优点。

16、电池的寿命有多长？

普通UPS配用的免维护蓄电池，其寿命一般为3~5年。也有些用户会配用长寿命的型号，如8~10年，最长的可达20年以上。这和电池的结构、材料有较大关系，当然其价格也相差许多。电池的寿命受放电次数、放电深度、使用环境温度、浮充充电的电压等因素的影响。寿命终止时有这些故障类型：容量过低（电解液减少，活物质密度降低）、内部短路（极板格子体腐蚀，蠕变）、外壳破损、端子腐蚀、开路电压过低等。http://www.kstar.com.cn/5service/%22%20%5Cl%20%220

17、电池使用的注意事项有哪些？

建议电池在+5℃~+30℃（最好25℃）温度条件下使用，高温会缩短寿命，低温容量降低；

不同品牌、不同容量、不同新旧的电池严禁混合使用；

电池使用中会产生氢气，所以要远离火源，保持通风，防止；

请保持环境清洁，过多的灰尘可导致蓄电池短路；

电池放电后应及时再充电，未充饱的电池再放电，会导致电池容量降低甚至损坏，所以必须配置适宜的充电器；

UPS带载过轻（如1KVAUPS带150VA负载）有可能造成电池的深度放电，应尽量避免；

适当的放电，有助于电池的激活，如长期不停市电，应人工将电池放电，每年2~4次，可利用现有负载放电，时间为1/4~1/3后备时间；

长期停用的电池（UPS）应充电后贮存，而且每半年需要对电池进行充放电一次，一般对电池进行浮充4~10小时左右，并在电池逆变状态下工作2~3分钟。

18、如何延长不间断电源系统(UPS)的供电时间？

延长不间断电源系统的供电时间有两种方法：

加挂电池箱：优点是可依所需供电时间加挂数组电池箱，但须注意是此种方造成电池充电时间相对增加，另外也会增加维护设备、产品体积与成本，故需好好评估。