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UPSUninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply),即不間斷電源,是將蓄電池(多為鉛酸免維護蓄電池)與主機相連接,通過主機逆變器等模塊電路將直流電轉換成市電的系統設備。主要用于給單臺計算機、計算機網絡系統或其它電力電子設備如電磁閥、壓力變送器等提供穩定、不間斷的電力供應。當市電輸入正常時,UPS 將市電穩壓后供應給負載使用,此時的UPS就是一臺交流市電穩壓器,同時它還向機內電池充電;當市電中斷(事故停電)時, UPS 立即將電池的直流電能,通過逆變零切換轉換的方法向負載繼續供應220V交流電,使負載維持正常工作并保護負載軟、硬件不受損壞。UPS 設備通常對電壓過高或電壓過低都能提供保護。

UPS電源系統由五部分組成:主路、旁路、電池等電源輸入電路,進行AC/DC變換的整流器(REC),進行DC/AC變換的逆變器(INV),逆變和旁路輸出切換電路以及蓄能電池。其系統的穩壓功能通常是由整流器完成的,整流器件采用可控硅或高頻開關整流器,本身具有可根據外電的變化控制輸出幅度的功能,從而當外電發生變化時(該變化應滿足系統要求),輸出幅度基本不變的整流電壓。凈化功能由儲能電池來完成,由于整流器對瞬時脈沖干擾不能消除,整流后的電壓仍存在干擾脈沖。儲能電池除可存儲直流直能的功能外,對整流器來說就像接了一只大容器電容器,其等效電容量的大小,與儲能電池容量大小成正比。由于電容兩端的電壓是不能突變的,即利用了電容器對脈沖的平滑特性消除了脈沖干擾,起到了凈化功能,也稱對干擾的屏蔽。頻率的穩定則由變換器來完成,頻率穩定度取決于變換器的振蕩頻率的穩定程度。為方便UPS電源系統的日常操作與維護,設計了系統工作開關,主機自檢故障后的自動旁路開關,檢修旁路開關等開關控制。

在電網電壓工作正常時,給負載供電如圖所示,而且,同時給儲能電池充電;當突發停電時,UPS電源開始工作,由儲能電池供給負載所需電源,維持正常的生產(如粗黑→所示);當由于生產需要,負載嚴重過載時,由電網電壓經整流直接給負載供電(如虛線所示)。

當市電正常為380/220VAC時,直流主回路有直流電壓,供給DC-AC交流逆變器,輸出穩定的220V380V交流電壓,同時市電經整流后對電池充電。當任何時候市電欠壓或突然掉電,則由電池組通過隔離二極管開關向直流回路饋送電能。從電網供電到電池供電沒有切換時間。當電池能量即將耗盡時,不間斷電源發出聲光報警,并在電池放電下限點停止逆變器工作,長鳴告警。不間斷電源還有過載保護功能,當發生超載時,跳到旁路狀態,并在負載正常時自動返回。當發生嚴重超載時,不間斷電源立即停止逆變器輸出并跳到旁路狀態,此時前面輸入空氣開關也可能跳閘。消除故障后,只要合上開關,重新開機即開始恢復工作。

UPS按工作原理分成后備式、在線式與在線互動式三大類。

其中,我們最常用的是后備式UPS,它具備了自動穩壓、斷電保護等UPS最基礎也最重要的功能,雖然一般有10ms左右的轉換時間,但由于結構簡單而具有價格便宜,可靠性高等優點,因此廣泛應用于微機、外設、POS機等領域。

后備式UPS電源又分為后備式正弦波輸出UPS電源和后備式方波輸出UPS電源。

后備式正弦波輸出UPS電源:單機輸出可做到0.25KW~2KW,當市電在170V~264V間變化時,向用戶提供經調壓器處理的市電;當市電超出170V~264V范圍時,才由UPS提供高質量的正弦波電源。

后備式方波輸出UPS電源:與后備式正弦波輸出UPS電源不同的只是為用戶提供50Hz方波電源。

在線式UPS結構較復雜,但性能完善,能解決所有電源問題,如四通PS系列,其顯著特點是能夠持續零中斷地輸出純凈正弦波交流電,能夠解決尖峰、浪涌、頻率漂移等全部的電源問題;由于需要較大的投資,通常應用在關鍵設備與網絡中心等對電力要求苛刻的環境中。

在線互動式UPS,同后備式相比較,在線互動式具有濾波功能,抗市電干擾能力很強,轉換時間小于4ms,逆變輸出為模擬正弦波,所以能配備服務器、路由器等網絡設備,或者用在電力環境較惡劣的地區。

不間斷電源的主要優點,在于它的不間斷供電能力。在市電交流輸入正常時,UPS把交流電整流成直流電,然后再把直流電逆變成穩定無雜質的交流電,給后級負載使用。一旦市電交流輸入異常,比如欠壓了或者停電了又或者頻率異常了,那么UPS會啟用備用能源-蓄電池,UPS的整流電路會關斷,相應的,會把蓄電池的直流電逆變成穩定無雜質的交流電,繼續給后級負載使用。這就是UPS不間斷供電能力的由來。

當然,UPS的不間斷供電時間不是無限的,這個時間受制于蓄電池自身儲存能量的大小 。如果發生交流停電,那么在UPS的蓄電池供電的寶貴時間內,您需要做的就是趕緊恢復交流電,比如啟用備用交流電回路、啟用油機發電,實在不行,就只能緊急存盤,保存勞動成果,等待交流電恢復正常后再繼續。

不間斷電源現已廣泛應用于:礦山、航天、工業、通訊、國防、醫院、計算機業務終端、網絡服務器、網絡設備、數據存儲設備、UPS不間斷電源、應急照明系統、鐵路、航運、交通、電廠、變電站、核電站、消防安全報警系統、無線通訊系統、程控交換機、移動通訊、太陽能儲存能量轉換設備、控制設備及其緊急保護系統、個人計算機等領域。

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