第一部第五章不间断电源（UPS）；第一节概述；UPS是不间断供电电源系统(Uninterrup；随着计算机的普及和信息处理技术的不断发展，为了保；一、市电供电电源质量问题；目前，我国市电供电电源质量一般为：电压波动±10；（一）电压浪涌；电压浪涌是指一个周期或多个周期，电压超过额定电压；（二）电压尖峰；电压尖峰是指在二分之一周至100ms期间内，叠加；（三）
第一部第五章 不间断电源（UPS）
第一节 概述
UPS是不间断供电电源系统(Uninterruptible Power System)的英文简称，是能够持续、稳定、不间断向负载供电的一类重要电源设备。从广义上说，UPS包含交流不间断电源系统和直流不间断电源系统。长期以来，电信业已习惯于把交流不间断电源系统称为UPS，故本章讨论的UPS也是界定在交流不间断电源系统的范围。
随着计算机的普及和信息处理技术的不断发展，为了保证计算机的正确运算，控制信号不出现丢失，保证设备的安全运行，人们对供电电源质量提出了越来越严格的要求。计算机类或其他敏感先进仪器设备，除要求供电系统具有连续可靠之外，还要求市电供电系统的输出，保持良好的正弦波形且不带任何干扰。
一、市电供电电源质量问题
目前，我国市电供电电源质量一般为：电压波动±10%，频率50Hz±0.5Hz，有些地区，还达不到这个标准。而市电电网中接有各式各样的设备，来自外部、内部的各种噪声，又会对电网形成污染或干扰，甚至使电网污染十分严重。这些污染主要有以下几种。
（一）电压浪涌
电压浪涌是指一个周期或多个周期，电压超过额定电压值的110%。比如重型设备的关机，由于电网中电流突然消失，其线路电感（分布参量）反电势造成电压上升；另一方面，线路电阻上电压降的突然消失，也会造成电压上升。
（二）电压尖峰
电压尖峰是指在二分之一周至100ms期间内，叠加达6000KV 以上的电压脉冲。这主要由雷电、开关操作，电弧式故障和静电放电等因素造成。
（三）电压瞬变
电压瞬变是指在10ms至100ms期间，叠加在市电电压上达20KV的脉冲电压。它的产生大致和电压尖峰差不多，只是在量上有区别。
（四）噪声电压 噪声电压是指叠加在工频电压上的低幅度，而频率范围很宽的高频分量。这种现象，在电网中很普遍，它的产生一般是电机电刷打火，继电器动作，广播发射，微波空中传播，电弧焊接，远距离雷电等。
（五）过压 过压是指超过电网电压正常有效值一定百分比的稳定高电压。一般是由于接线错误，电厂或电站的误调整，附近重型设备关机。对单相电
压而言，也可能是由于三相负荷不平衡或者是中线接地不良等原因造成。
（六）电压跌落
电压跌落是指一个或多个周期电压低于80%～85%额定电压有效值。主要是由于附近重型设备的启动或者电动机类机器启动造成。
（七）欠压
欠压是指低于正常市电有效值一定百分比的稳定低电压。这主要是由于超负荷而造成电网电压的降低。
（八）电源中断
电源中断是指超过一周期的无电状态。
以上污染或干扰对计算机或其他敏感先进仪器设备所造成的后果不尽相同。如电源中断，可能造成硬件损坏；电压跌落，可能会使硬件提前老化、文件数据受损；过压或欠压、浪涌电压等，可能会损坏驱动器、存储器、逻辑电路，还可能产生不可预料的软件故障；噪声电压和瞬变电压以及电压叠加，可能损坏逻辑电路和文件数据等等。
大家都知道，这些污染或干扰，供电电网是较难避免的，而这些污染或干扰对于计算机的动作，对于要求市电输出保持良好正弦波形且不带干扰的设备来说又是十分不利的。
为了保证计算机类或其他敏感先进仪器设备的安全运行，为了满足计算机类或其他敏感先进仪器设备，对供电电源质量提出的严格要求，而发展和普及起来的一种新型供电系统（Uninterruptible Power System），称为“不间断电源系统”或“不停电供电系统”，简称UPS。
二、UPS分类
1、当市电中断后，UPS以蓄电池组作为电源继续向负载供电，依据蓄电池组容量的大小，可以供电10分钟至数小时。在此期间，若市电不能恢复，则可以启动柴油发电机代替市电供电。
2、在线式UPS具有稳压和稳频的功能，还可以降低电源的噪声，改善工作条件。目前这种系统的电压稳定度一般小于1%，频率稳定度一般小于0.5%，噪声一般小于80d B。另外，还能抑制和消弱输入电压波形的下陷、尖峰、浪涌、下跌和消除高次谐波等现象。
3、不需要固定地基，可随时移动，工作时没有振动，使用方便，并且有比较完备的保护、报警功能。静态UPS由于具有以上特点，所以发展很快。特别是在大功率晶体管，门极控制开关（GTO）等半导体器件快速发展的情况下，UPS已发展成为晶体管化的、微机控制的现代UPS。
静态UPS从工作方式上可分为三类，后备式（OFF－LINE）UPS；在线式（ON－LINE）UPS；三端口UPS。
（一）后备式UPS
后备式UPS的含义是：在外电电网电压正常时，UPS的任务主要是对自身蓄电池进行充电，其输出电压就是输入电网的电压。也就是说，市电经过开关S1、S2就供给了负载，它没有对市电进行转换，逆变器此时只处于备用状态。当外电电网异常时，才把蓄电池组电源，通过逆变器变换后，经过开关S3供给负载。这种UPS供给的电源，不能抑制和隔离电网中的各种噪声和干扰，输出的电压不是稳压稳频的，最多是在输出变压器上增加一些抽头，进行简单的调压而已。所以，精密负载及电网电压较差的地区是不宜使用这种后备式UPS的。但在电网电压质量较高的地区，使用这种UPS是可以的，因为这种UPS的线路简单，成本较低。
（二）在线式UPS
在线式UPS的含义是：即使在电网电压正常供电时，UPS的输出，也是将外来电压经过本身的加工转换后再供给负载。也就是说，即使是在电网电压正常时，市电也是经过变压器→整流滤波→逆变器→变压器→开关S3（S3闭合，S2断开）→输出。这种UPS将市电隔离，在市电正常时，过滤市电，供负载纯净的电源。在市电不正常或发生故障时，UPS以蓄电池组为输入电源继续向负载供电，保证负载能够不断地稳定工作。所以，负载即使实时控制信号，也不会因市电中断而出现丢失或差错。它之所以具有这样的性能，其根本原因是，它有一个或多个储能环节和能量的变换装置，将市电隔离过滤后再供给负载纯净的电源。一旦市电异常，依靠这些储能和能量变换装置，继续向负载提供高质量的电源，以实现不间断供电的要求。
这里也想告诉用户，不间断并不意味着UPS没有故障或绝对的不间
断供电，但它可以将重要负载，最终因供电中断造成的停机率，下降到设备所能允许的程度。在目前情况下，已能使平均无故障时间达到数万小时，甚至10年以上。当然，为了达到不间断供电的目的，还可从技术上采取措施，如将两台UPS并联使用。当一台UPS故障时，另一台可以继续担负全部负载的供电，以实现更高一级的不间断供电要求。
（三）三端口UPS
三端口UPS是在1982以后年出现的，其核心部分是有一个双向变换
器（既逆变又整流）。这种UPS主要由市电、整流/逆变器、蓄电池组、三端口变压器构成，其框图如图1-5-3所示：
图1-5-2 三端口UPS框图
三端口UPS与在线式UPS的工作方式有很大不同。首先是它的整流/逆变器处于同一电路，整流/逆变器既有市电输入，又有逆变输出，同时又给电池充电。从图1-5-2框图可以看出，在线式UPS要经过二次变换，即交流→直流→交流→负载。而三端口UPS，经过一次变换就供给了负载。
第二是三端口UPS所使用的变压器，不是一般的稳压变压器，而是一个铁磁谐振变压器。这样，当初级电压变化时，次级电压基本维持不变；逆变器在市电正常情况下也工作，没有切换时间，并在控制电路的作用下，调整逆变器输出电压的幅度与相位，保证逆变器输出电压的稳定；在市电不正常或发生故障时，系统由蓄电池组作为输入电源继续向负载供电，保证负载不间断的稳定工作。
三端口UPS电压、频率不够稳定，带非线性负载的能力也比较差，但成本较低，仍然有较好的性能价格比。
1、最新的功率变换技术
新一代UPS采用性能、工艺成熟的IGBT功率器件，使功率变换电路的载波频率高达50kHz。变换电路频率的提高，使得用滤波的元件电感、电容大量减少，UPS的效率、噪声、体积、动态响应特性和精度都有明显的提高。
2、高档微处理器控制
新的UPS采用计算机数字化控制系统，使用87C196KC16高档微处理器（16位机，主频达16MHz，中断达28级）。由于采用了高档微处理器的控制电路，大大提高了整机的实时响应速度，使之具有很强的故障诊
断能力，自身保护能力和通信能力。
3、功率因数补偿技术
新一代UPS的输入端采用功率因数补偿技术，使得UPS的输入功率因数达到0.98以上。
4、智能化的监控系统
智能化的监控系统用于监视控制UPS运行状态，修改UPS内部参数，测量各种电网参数，记录有关电网干扰出现的时间和有关信息，监测UPS各部分的工作状态和故障信息等等。
5、完善和通讯功能
新一代UPS使用计算机管理UPS，还可以实现异地的监控管理和快速故障诊断服务。
第二节 UPS基本原理
一、后备式UPS
后备式UPS是UPS的最初形式，后备式UPS的电路结构如图1-5-4所示。
图1-5-3 后备式UPS的电路结构
各单元的功能：
（1）充电器
当市电正常时，充电器对蓄电池进行充电和浮充电。
（2）DC／AC逆变器 当市电存在时，逆变器不工作；市电中断时，由它将直流电压（由蓄电池供给）转变为符合负载要求的交流电压，电压波形有方波、淮方波和正弦波三种形式。
（3）输出转换开关 当市电存在时，输出转换开关接通输人电源，向负载供电；市电中断时输出转换开关在断开市电回路的同时接通逆变器，继续向负载供电。
（4）自动稳压器
市电存在时，自动稳压器可用来调节和稳定输出电压。
后备式UPS的工作原理为：当电网供电正常时，市电通过整流器对蓄电池进行充电，同时市电通过自动稳压器初步稳压，吸收部分电网干扰后，再由旁路转换开关直接提供给用户。此时，蓄电池处在充电状态，直到蓄电池充满而转人浮充状态。UPS相当于一台稳压性能较差的稳压
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