UPS電源工作原理
系統(tǒng)組成:
UPS電源系統(tǒng)由五部分組成:主路、旁路、電池等電源輸入電路,進(jìn)行AC/DC變換的整流器(REC),進(jìn)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。
UPS系統(tǒng)的穩(wěn)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(guān)整流器,本身具有可根據(jù)外電的變化控制輸出幅度的功能,從而當(dāng)外電發(fā)生變化時(shí)(該變化應(yīng)滿足系統(tǒng)要求),輸出幅度基本不變的整流電壓。凈化功能由儲(chǔ)能電池來完成,由于整流器對瞬時(shí)脈沖干擾不能消除,整流后的電壓仍存在干擾脈沖。儲(chǔ)能電池除可存儲(chǔ)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(chǔ)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(wěn)定則由變換器來完成,頻率穩(wěn)定度取決于變換器的振蕩頻率的穩(wěn)定程度。為方便UPS電源系統(tǒng)的日常操作與維護(hù),設(shè)計(jì)了系統(tǒng)工作開關(guān),主機(jī)自檢故障后的自動(dòng)旁路開關(guān),檢修旁路開關(guān)等開關(guān)控制。
在電網(wǎng)電壓工作正常時(shí),給負(fù)載供電如圖所示,而且,同時(shí)給儲(chǔ)能電池充電;當(dāng)突發(fā)停電時(shí),UPS電源開始工作,由儲(chǔ)能電池供給負(fù)載所需電源,維持正常的生產(chǎn)(如粗黑→所示);當(dāng)由于生產(chǎn)需要,負(fù)載嚴(yán)重過載時(shí),由電網(wǎng)電壓經(jīng)整流直接給負(fù)載供電(如虛線所示)。
工作過程:
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,長鳴告警。
不間斷電源還有過載保護(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。
ups電源分類
按其工作原理分
UPS電源可分為后備式、在線式以及在線互動(dòng)式三種。
(1) 后備式UPS
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)格相對便宜,主要適用于市電波動(dòng)不大,對供電質(zhì)量要求不高的場合,比較適合家庭使用。然而這種UPS存在一個(gè)切換時(shí)間問題,因此不適合用在關(guān)鍵性的供電不能中斷的場所。不過實(shí)際上這個(gè)切換時(shí)間很短,一般介于2至10毫秒,而計(jì)算機(jī)本身的交換式電源供應(yīng)器在斷電時(shí)應(yīng)可維持10毫秒左右,所以個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般不會(huì)因?yàn)檫@個(gè)切換時(shí)間而出現(xiàn)問題。后備式UPS一般只能持續(xù)供電幾分鐘到幾十分鐘,主要是讓您有時(shí)間備份數(shù)據(jù),并盡快結(jié)束手頭工作,其價(jià)格也較低。對不是太關(guān)鍵的電腦應(yīng)用,比如個(gè)人家庭用戶,就可配小功率的后備式UPS。
(2) 在線式UPS
這種UPS一直使其逆變器處于工作狀態(tài),它首先通過電路將外部交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?,再通過高質(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)間問題,適用于對電源有嚴(yán)格要求的場合。在線式UPS不同于后備式的一大優(yōu)點(diǎn)是供電持續(xù)長,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,顯然,由于其功能的特殊,價(jià)格也明顯要貴一大截。這種在線式UPS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。
(3) 在線互動(dòng)式UPS
這是一種智能化的UPS,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。可自動(dòng)偵測外部輸入電壓是否處于正常范圍之內(nèi),如有偏差可由穩(wěn)壓電路升壓或降壓,提供比較穩(wěn)定的正弦波輸出電壓。而且它與計(jì)算機(jī)之間可以通過數(shù)據(jù)接口(如RS-232串口)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊,通過監(jiān)控軟件,用戶可直接從電腦屏幕上監(jiān)控電源及UPS狀況,簡化、方便管理工作,并可提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性。這種UPS集中了后備式UPS效率高和在線式UPS供電質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn),但其穩(wěn)頻特性能不是十分理想,不適合做常延時(shí)的UPS電源。
按其結(jié)構(gòu)分
UPS一般分為直流UPS(DC-UPS)和交流UPS(AC-UPS)兩大類。
(1) 直流UPS
直流不間斷電源由兩個(gè)基本單元組成。分別是整流器、蓄電池。
其工作過程是:當(dāng)市電正常時(shí),電流通過整流器向負(fù)載供電,同時(shí)整流器給蓄電池充電。電流路徑是1路市電——整流器——負(fù)載,2路路市電——整流器——蓄電池。當(dāng)市電故障或整流器故障時(shí),通過控制電路自動(dòng)切換使蓄電池為負(fù)載供電,電流流向?yàn)樾铍姵亍?fù)載。
(2) 交流UPS
交流UPS電源由三個(gè)基本單元組成。分別是整流器、蓄電池和逆變器。
其工作過程是:當(dāng)市電正常時(shí),電流通過整流器、逆變器向負(fù)載供電,同時(shí)整流器給蓄電池充電。電流路徑是1路:市電——整流器——逆變器——負(fù)載,2路:市電——整流器——蓄電池。當(dāng)市電故障或整流器故障時(shí),通過控制電路自動(dòng)切換使電池為負(fù)載供電,電流流向?yàn)樾铍姵亍孀兤鳌?fù)載。
從備用時(shí)間分
UPS分為標(biāo)準(zhǔn)型和長效型兩種。
一般來說,標(biāo)準(zhǔn)型機(jī)內(nèi)帶有電池組,在停電后可以維持較短時(shí)間的供電(一般不超過25分鐘);長效型機(jī)內(nèi)不帶電池,但增加了充電器,用戶可以根據(jù)自身需要配接多組電池以延長供電時(shí)間,廠商在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)加大充電器容量或加裝并聯(lián)的充電器。
其他分類
此外,UPS的分類還有其他一些簡單的分類,比如從組成原理分為旋轉(zhuǎn)型UPS和靜止型UPS;從應(yīng)用領(lǐng)域分為商業(yè)用UPS和工業(yè)用UPS;從輸出電壓的相數(shù)分為單相UPS和三相UPS;從容量分為大容量UPS(大于100KVA)、中容量UPS(10-100 KVA)和小容量UPS(小于10 KVA)。
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