UPS不間斷電源原理

導(dǎo)讀：在互聯(lián)網(wǎng)如此發(fā)達(dá)的今天,提起UPS大家第一個(gè)想到的估計(jì)是快遞,然而學(xué)電子同學(xué)的都知道UPS是不間斷電源的意。所謂不間斷，是指在市電品質(zhì)超出用電設(shè)備的范圍后(電壓過(guò)高、過(guò)低或停電，頻率嚴(yán)重超高或超低)，設(shè)備仍然可以從UPS獲得高品質(zhì)電源。其主要運(yùn)用在不能停電的場(chǎng)合，如金融系統(tǒng)、證券、電信、廣電，鐵路，醫(yī)院，化工等等行業(yè)。今天小編帶大家了解一下UPS的那些功能、結(jié)構(gòu)、原理等基礎(chǔ)知識(shí)。。。

1. UPS不間斷電源原理—簡(jiǎn)介

UPS(Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply)電源也稱不間斷電源，一種含有儲(chǔ)能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源，能夠提供持續(xù)、穩(wěn)定、不間斷的電源供應(yīng)的重要外部設(shè)備。從嚴(yán)格意義上講，UPS不是一種電源，它不是依靠能量形式的轉(zhuǎn)換來(lái)提供電能，它只是提供一種兩路電源之間無(wú)間斷相互切換的機(jī)會(huì)，這才是UPS的主要設(shè)計(jì)思想。

顧名思義UPS電源，它就是一臺(tái)這樣的機(jī)器，當(dāng)市電輸入正常時(shí)，UPS 將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用，此時(shí)的UPS就是一臺(tái)交流市電穩(wěn)壓器，同時(shí)它還向機(jī)內(nèi)電池充電;當(dāng)市電中斷( 事故停電 )時(shí), UPS 立即將機(jī)內(nèi)電池的電能,通過(guò)逆變轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)220V交流電，使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟、硬件不受損壞。

總結(jié)：UPS在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的主要作用有兩個(gè)：一是應(yīng)急使用，就是防止突然斷電，影響用電設(shè)備的正常工作，以及給計(jì)算機(jī)造成傷害。第二個(gè)作用是可以凈化電源，消除掉市電上的電涌、電磁干擾、瞬時(shí)的高低電壓、電線噪聲、或是頻率偏移等“電源污染”，改善我們的用電質(zhì)量，為我們的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及精密用電設(shè)備提供高質(zhì)量的電源。

2. UPS不間斷電源原理—組成

從構(gòu)造上來(lái)說(shuō)，UPS電源主要可以由蓄電池、逆變器、整流器和靜態(tài)開關(guān)等主要的幾個(gè)部分組成。

1) 蓄電池：主要是作為UPS電源儲(chǔ)存電能的裝置，它有若干個(gè)電池串聯(lián)而成，它容量的大小決定了可應(yīng)急用電時(shí)間的長(zhǎng)短。它最主要的功能就是可以將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存在電池內(nèi)部，當(dāng)需要電源故障，又能將電池中的化學(xué)能逆變成電能提供給我們的用電設(shè)備。

2) 逆變器：通俗來(lái)說(shuō)逆變器就是將直流電轉(zhuǎn)化為交流電的一種裝置，它由濾波電路、控制邏輯和逆變橋三部分組成。

3) 整流器：整流器和逆變器相反，是一個(gè)將交流電轉(zhuǎn)化為直流電的裝置，它主要有兩個(gè)作用，一是將交流電轉(zhuǎn)化為直流電經(jīng)過(guò)濾波處理后提供給負(fù)載設(shè)備或是逆變器，還有一個(gè)作用就是為蓄電池起到一個(gè)充電電壓的作用，好比是一臺(tái)充電器。

4) 靜態(tài)開關(guān)：又稱靜止開關(guān)，屬于無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)的一種，由兩個(gè)可控硅方向并聯(lián)而成，并由邏輯控制器控制它的閉合和斷開。分為并機(jī)型和轉(zhuǎn)換型兩種，并機(jī)型開關(guān)主要用于并聯(lián)逆變器和市電電源，或是多臺(tái)逆變器。而轉(zhuǎn)換器開關(guān)主要是用于兩路電源的供電，實(shí)現(xiàn)從一路到另一路的自動(dòng)切換。

3. UPS不間斷電源原理—工作過(guò)程

當(dāng)市電正常為380/220VAC時(shí)，直流主回路有直流電壓，供給DC-AC交流逆變器，輸出穩(wěn)定的220V或380V交流電壓，同時(shí)市電經(jīng)整流后對(duì)電池充電。當(dāng)任何時(shí)候市電欠壓或突然掉電，則由電池組通過(guò)隔離二極管開關(guān)向直流回路饋送電能。從電網(wǎng)供電到電池供電沒(méi)有切換時(shí)間。當(dāng)電池能量即將耗盡時(shí)，不間斷電源發(fā)出聲光報(bào)警，并在電池放電下限點(diǎn)停止逆變器工作，長(zhǎng)鳴告警。不間斷電源還有過(guò)載保護(hù)功能，當(dāng)發(fā)生超載(150%負(fù)載)時(shí)，跳到旁路狀態(tài)，并在負(fù)載正常時(shí)自動(dòng)返回。當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重超載(超過(guò)200%額定負(fù)載)時(shí)，不間斷電源立即停止逆變器輸出并跳到旁路狀態(tài)，此時(shí)前面輸入空氣開關(guān)也可能跳閘。消除故障后，只要合上開關(guān)，重新開機(jī)即開始恢復(fù)工作。

4. UPS不間斷電源原理—工作原理

UPS大致可分成三種：離線式(Off Line)，在線式(On line)和在線交互式(Line interactive)，下面小編逐個(gè)講解各種UPS的工作原理

1) 在線式不間斷電源(On-Line UPS)

在線式UPS(On-Line UPS)的運(yùn)作模式為“市電和用電設(shè)備是隔離的，市電不會(huì)直接供電給用電設(shè)備”，而是到了UPS就被轉(zhuǎn)換成直流電，再兵分兩路，一路為電池充電，另一路則轉(zhuǎn)回交流電，供電給用電設(shè)備，市電供電品質(zhì)不穩(wěn)或停電時(shí)，電池從充電轉(zhuǎn)為供電，直到市電恢復(fù)正常才轉(zhuǎn)回充電，“UPS在用電的整個(gè)過(guò)程是全程介入的”。UPS電源一直使其逆變器處于工作狀態(tài)，通過(guò)電路將外部交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，再通過(guò)高質(zhì)量的逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為高質(zhì)量的正弦波交流電輸出給計(jì)算機(jī)。

在線式UPS在供電狀況下的主要功能是穩(wěn)壓及防止電波干擾;在停電時(shí)則使用備用直流電源(蓄電池組)給逆變器供電。由于逆變器一直在工作，因此不存在切換時(shí)間問(wèn)題，適用于對(duì)電源有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合。在線式UPS電源不同于后備式的一大優(yōu)點(diǎn)是供電持續(xù)長(zhǎng)，一般為幾個(gè)小時(shí)，也有大到十幾個(gè)小時(shí)的，它的主要功能是可以讓您在停電的情況可像平常一樣工作，比較適用于計(jì)算機(jī)、交通、銀行、證券、通信、醫(yī)療、工業(yè)控制等行業(yè)，因?yàn)檫@些領(lǐng)域的電腦一般不允許出現(xiàn)停電現(xiàn)象。

2) 離線式不間斷電源(Off Line UPS)

離線式不間斷電源只是“備援”性質(zhì)的UPS，市電直接供電給用電設(shè)備也為電池充電(Normal Mode)，一旦市電供電品質(zhì)不穩(wěn)或停電了，市電的回路會(huì)自動(dòng)切斷，電池的直流電會(huì)被轉(zhuǎn)換成交流電接手供電的任務(wù)(Battery Mode)，直到市電恢復(fù)正常，“UPS只有在市電停電了才會(huì)介入供電”，不過(guò)從直流電轉(zhuǎn)換的交流電是方波，只限于供電給電容型負(fù)載，如電腦和監(jiān)視器。

平時(shí)處于蓄電池充電狀態(tài)，在停電時(shí)逆變器緊急切換到工作狀態(tài)，將電池提供的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的交流電輸出，因此后備式UPS也被稱為離線式UPS。后備式UPS電源的優(yōu)點(diǎn)是：運(yùn)行效率高、噪音低、價(jià)格相對(duì)便宜，主要適用于市電波動(dòng)不大，對(duì)供電質(zhì)量要求不高的場(chǎng)合，比較適合家庭使用。

3) 在線交互式不間斷電源(Line interactive UPS)

在線交互式不間斷電源基本運(yùn)作方式和離線式一樣，不同之處在于線上交錯(cuò)式雖不像在線式全程介入供電，但隨時(shí)都在監(jiān)視市電的供電狀況，本身具備升壓和減壓補(bǔ)償電路，在市電的供電狀況不理想時(shí)，即時(shí)校正，減少不必要的“Battery Mode”切換，延長(zhǎng)電池壽命。

這是一種智能化的UPS電源，所謂在線互動(dòng)式UPS，是指在輸入市電正常時(shí)，UPS的逆變器處于反向工作(即整流工作狀態(tài))，給電池組充電;在市電異常時(shí)逆變器立刻轉(zhuǎn)為逆變工作狀態(tài)，將電池組電能轉(zhuǎn)換為交流電輸出，因此在線互動(dòng)式UPS也有轉(zhuǎn)換時(shí)間。同后備式UPS相比，在線互動(dòng)式UPS電源的保護(hù)功能較強(qiáng)，逆變器輸出電壓波形較好，一般為正弦波，而其最大的優(yōu)點(diǎn)是具有較強(qiáng)的軟件功能，可以方便地上網(wǎng)，進(jìn)行UPS的遠(yuǎn)程控制和智能化管理。

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