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南通威派特电子科技有限公司

定义


UPS(Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply),即不间断电源,是一种含有储能装置,以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。

当市电输入正常时,UPS 将市电稳压后供应给负载使用,此时的UPS就是一台交流市电稳压器,同时它还向机内电池充电;当市电中断(事故停电)时, UPS 立即将机内电池的电能,通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电,使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。

组成

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UPS电源系统由五部分组成:主路、旁路、电池等电源输入电路,进行AC/DC变换的整流器(REC),进行DC/AC变换的逆变器(INV),逆变和旁路输出切换电路以及蓄能电池。其系统的稳压功能通常是由整流器完成的,整流器件采用可控硅或高频开关整流器,本身具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能,从而当外电发生变化时(该变化应满足系统要求),输出幅度基本不变的整流电压。净化功能由储能电池来完成,由于整流器对瞬时脉冲干扰不能消除,整流后的电压仍存在干扰脉冲。储能电池除可存储直流直能的功能外,对整流器来说就像接了一只大容器电容器,其等效电容量的大小,与储能电池容量大小成正比。由于电容两端的电压是不能突变的,即利用了电容器对脉冲的平滑特性消除了脉冲干扰,起到了净化功能,也称对干扰的屏蔽。频率的稳定则由变换器来完成,频率稳定度取决于变换器的振荡频率的稳定程度。为方便UPS电源系统的日常操作与维护,设计了系统工作开关,主机自检故障后的自动旁路开关,检修旁路开关等开关控制。在电网电压工作正常时,给负载供电如图所示,而且,同时给储能电池充电;当突发停电时,UPS电源开始工作,由储能电池供给负载所需电源,维持正常的生产(如粗黑→所示);当由于生产需要,负载严重过载时,由电网电压经整流直接给负载供电。(如下图所示)

工作过程

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当市电正常380Vac时,直流主回路有直流电压,供给DC-AC交流逆变器,输出稳定的220V或380Vac交流电压,同时市电经整流后对电池充电。当任何时候市电欠压或突然掉电,则由电池组通过隔离二极管开关向直流回路馈送电能。从电网供电到电池供电没有切换时间。当电池能量即将耗尽时,不间断电源发出声光报警,并在电池放电下限点停止逆变器工作,长鸣告警。不间断电源还有过载保护功能,当发生超载(150%负载)时,跳到旁路状态,并在负载正常时自动返回。当发生严重超载(超过200%额定负载)时,不间断电源立即停止逆变器输出并跳到旁路状态,此时前面输入空气开关也可能跳闸。消除故障后,只要合上开关,重新开机即开始恢复工作。(UPS工作原理见下图)

UPS分类


UPS按工作原理分成后备式、在线式与在线互动式三大类。

后备式UPS


  我们最常用的是后备式UPS,它具备了自动稳压、断电保护等UPS最基础也最重要的功能,虽然一般有10ms左右的转换时间,但由于结构简单而具有价格便宜,可靠性高等优点,因此广泛应用于微机、外设、POS机等领域。后备式UPS电源又分为后备式正弦波输出UPS电源和后备式方波输出UPS电源。后备式正弦波输出UPS电源:单机输出可做到0.25KW~2KW,当市电在170V~264V间变化时,向用户提供经调压器处理的市电;当市电超出170V~264V范围时,才由UPS提供高质量的正弦波电源。 后备式方波输出UPS电源:与后备式正弦波输出UPS电源不同的只是为用户提供50Hz方波电源。(后备式UPS工作原理如下图)

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在线式UPS


        在线式UPS结构较复杂,但性能完善,能解决所有电源问题,如四通PS系列,其显著特点是能够持续零中断地输出纯净正弦波交流电,能够解决尖峰、浪涌、频率漂移等全部的电源问题;由于需要较大的投资,通常应用在关键设备与网络中心等对电力要求苛刻的环境中。(在线式UPS工作原理如下图)

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在线互动式UPS

    同后备式相比较,在线互动式具有滤波功能,抗市电干扰能力很强,转换时间小于4ms,逆变输出为模拟正弦波,所以能配备服务器、路由器等网络设备,或者用在电力环境较恶劣的地区。(在线互动式UPS工作原理如下图)

选型

01

选购要点

     根据设备的情况、用电环境以及想达到的电源保护目的,可以选择适合的UPS;例如对内置开关电源的小功率设备一般可选用后备式UPS,在用电环境较恶劣的地方应选用在线互动式或在线式UPS,而对不允许有间断时间或时刻要求正弦波交流电的设备,就只能选用在线式UPS。

      首先要确定您的设备是多大功率的,一般来讲普通PC机或工控机的功率在200W左右,苹果机在300W左右,服务器在300W与600W之间,其他设备的功率数值可以参考该设备的说明书。

      其次应了解UPS的额定功率有两种表示方法:视在功率(单位VA)与实际输出功率(单位W),由于无功功率的存在所以造成了这种差别,两者的换算关系为:视在功率*功率因数=实际输出功率(后备式、在线互动式的功率因数在0.5与0.7之间,在线式的功率因数一般是0.8)。给设备配UPS时应以UPS的实际输出功率为匹配的依据,有些经销商有意或无意会混淆(VA)与(W)的区别,这点要提请用户注意。

      根据使用环境选择可以分为工业级UPS和商业级UPS,工业级UPS适应于环境比较恶劣的的地方,商业级UPS对环境的要求比较高。

      UPS通常分为工频机和高频机两种。工频机由可控硅SCR整流器,IGBT逆变器,旁路和工频升压隔离变压器组成。因其整流器和变压器工作频率均为工频50Hz,顾名思义叫工频UPS;高频机通常由IGBT高频整流器,电池变换器,逆变器和旁路组成,IGBT可以通过控制加在其门极的驱动来控制IGBT的开通与关断,IGBT整流器开关频率通常在几K到几十KHz,甚至高达上百KHz,相对于50Hz工频, 称之为高频UPS。

      随着电力电子技术的发展和高频功率器件不断问世。中小功率段的UPS产品正逐步高频化,高频UPS有功率密度大、体积小、重量轻的特点。但在高频UPS功率段向中大功率过渡推进的过程中。高频拓扑UPS在使用过程中暴露出一些固有缺点,并影响到UPS的安全使用和运行。


02

采购要点

一、稳定性
   因为UPS是起保障作用的,因此它自身的稳定性更为重中之重。所以,当用户选购UPS产品的时候,不管是中小型企业用户还是其他,首先必须考虑UPS产品的质量,产品的质量是用户选用产品的第一要则,通过质量可以决定你会选择什么品牌的产品,因为我们说品牌之所以称为品牌,是因为它被很多人验证过、认可了,这是第一。

二、后备时间
   后备时间是很多用户在购买UPS产品的时候会关注比较多的一个指标。从学术角度讲,UPS就是停电后继续为用户供电,首先这是一个物理学,停电供电只是它的功能之一,功能之二则是保证用户能够有一个干净的电源,保护用户的设备。

三、确定UPS的类型
   根据负载对输出稳定度、切换时间、输出波形要求来确定是选择在线式、在线互动式、后备式以及正弦波、方波等类型的UPS。

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、较重要的设备要采用在线式UPS。在一些市电波动范围比较大的地区,避免使用互动式和后备式。如果要使用发电机配短延时UPS,推荐用在线式UPS。

四、服务能力

每个用户的网络特点、电力环境都不相同,电源保护要求也随之变化。用户在使用UPS时可能遇到种种问题也不尽相同,用户希望自己购置的是完全适合实际需求的产品和服务,而且关心设备投资的周期、长期回报率及投资风险。而现实是,绝大多数用户缺乏这方面的专业人员,所以,优质的服务体系和主动的服务态度也成为用户选购UPS时必须考虑的一个重要因素。

五、附件功能
   为了提高系统的可靠性,建议采用UPS热备份系统,可以系统串联热备份或并联热备份。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。还要考虑是否能够对网络的使用和对外设进行保护。因为外设越来越来齐全(如打印机、扫描仪),这部分设备也同样需要保护。是否具备电缆线浪涌保护和数据浪涌保护?在无人值班时能否进行自动的系统关机?另外,因为用户商用的桌面的UPS多放在自己的身边,所以在产品的设计风格、制造工艺方面也是需要考虑的。

03

 

购买须知

在购买电池后备系统时,需要知道这些设备的以下信息:

                      UPS电池供电的时间长短

                      UPS在使用待机电源时是否向服务器提供警告系统

                      UPS是否包含可以消除输入的瞬态噪声的电源调节功能

                      电池的寿命和它的性能如何随时间而降低

                      在电池不再能够提供后备功率时设备是否发出警告


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