后備式UPS

后備式UPS的寫法

后備式UPS介紹

后備式UPS也稱非在線式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。

與在線式UPS的區(qū)別

從其發(fā)展歷史來說，UPS經(jīng)歷了兩個(gè)階段:旋轉(zhuǎn)式UPS和靜態(tài)變換式UPS。

旋轉(zhuǎn)式UPS由整流器、電池、直流電動(dòng)機(jī)、柴（汽）油機(jī)、飛輪和發(fā)電機(jī)組成。在市電供電情況下，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪和發(fā)電機(jī)給負(fù)載供電；當(dāng)斷電后，由于飛輪的慣性作用，會(huì)繼續(xù)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而使發(fā)電機(jī)能持續(xù)給負(fù)載提供電源（電能-動(dòng)能-電能），起到緩沖的作用，同時(shí)啟動(dòng)柴（汽）油機(jī)。當(dāng)油機(jī)轉(zhuǎn)速與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速相同時(shí)，油機(jī)離全器與發(fā)電機(jī)相連，完成從市電到油機(jī)的轉(zhuǎn)換。這是UPS的較早形式，盡管其維護(hù)簡單，也比較穩(wěn)定，但系統(tǒng)龐大，操作不便，而且效率低，噪聲大，電力品質(zhì)不高，技術(shù)條件的限制迫使人們不得不采用這種最簡單的解決方案。

隨著電腦網(wǎng)絡(luò)、醫(yī)療器械和精密儀器的不斷涌現(xiàn)和大量應(yīng)用，旋轉(zhuǎn)式UPS已難以滿足要求。因此隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，另一種形式的UPS---靜態(tài)變換式UPS便應(yīng)運(yùn)而生了，這是我們目前最常見到的UPS類型。從技術(shù)上講，靜態(tài)式UPS分為三類：離線式（OFFLINE）、在線式（ONLINE）和在線互動(dòng)式（ONLINEINTERACTIVE）。一般來說，這種UPS主要有兩種工作狀態(tài)，分別工作于不同的市電環(huán)境下。當(dāng)市電正常時(shí)，（指UPS可以接受、認(rèn)可的電壓幅值、頻率和波形比負(fù)載接受的范圍要大），由市電通過UPS給負(fù)載供電。UPS對(duì)市電進(jìn)行濾波、穩(wěn)壓和穩(wěn)頻調(diào)整后，提供給負(fù)載更加穩(wěn)定和潔凈的電源。同時(shí)，UPS通過充電器把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲(chǔ)存在電池中。當(dāng)UPS偵測到市電異常時(shí)，切換到電池供電，通過逆變器（INVERTER）把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娔?，供給負(fù)載，以保證對(duì)負(fù)載的不間斷電力供應(yīng)。這種UPS還有一種旁路（BYPASS）工作狀態(tài)，它在剛開機(jī)或機(jī)器故障時(shí)，可以把輸入經(jīng)高頻濾波后直接輸出，保障對(duì)負(fù)載的供電。

1、在線式和后備式從工作原理上分UPS可分為后備式（OFFLINE）和在線式（ONLINE）兩種。從備用時(shí)間上則可分為標(biāo)準(zhǔn)型和長效型兩種。從原理上看，在線式UPS同后備式UPS的主要區(qū)別在于，后備式UPS在有市電時(shí)僅對(duì)市電進(jìn)行穩(wěn)壓，逆變器不工作，處于等待狀態(tài)，當(dāng)市電異常時(shí)，后備式UPS會(huì)迅速切換到逆變狀態(tài)，將電池電能逆變成為交流電對(duì)負(fù)載繼續(xù)供電，因此后備式UPS在由市電轉(zhuǎn)逆工作時(shí)會(huì)有一段轉(zhuǎn)換時(shí)間，一般小于10ms,而在線式UPS開機(jī)后逆變器始終處于工作狀態(tài)，因此在市電異常轉(zhuǎn)電池放電時(shí)沒有中斷時(shí)間，即0中斷。

2、在線互動(dòng)式UPS除了以上兩種類型外，還有一種稱為在線互動(dòng)式（Line-Interactive），如的Inter系列。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給電池組充電，在市電異常時(shí)逆變器立刻投入逆變工作，將電池組電壓轉(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)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，而其的優(yōu)點(diǎn)是具有較強(qiáng)的軟件功能，如Inter系列UPS隨機(jī)帶有監(jiān)控軟件，可以方便的上網(wǎng)進(jìn)行UPS的遠(yuǎn)程控制和智能化管理。

3、標(biāo)準(zhǔn)型和長效型除了以上三類，根據(jù)后備時(shí)間，UPS還可分為標(biāo)準(zhǔn)機(jī)和長效機(jī)。標(biāo)準(zhǔn)機(jī)用內(nèi)置電池，后備供電時(shí)間較短，一般在5-15分鐘。長效機(jī)則可根據(jù)用戶需要，增大電池容量配置，延長后備時(shí)間。但這要求更大的充電器來滿足電池充電電流和充電時(shí)間性的需要，因此廠商在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)放大充電器容量或加裝并聯(lián)的充電器。從備用時(shí)間來分，UPS可分為長效型和標(biāo)準(zhǔn)型兩種。一般來說，標(biāo)準(zhǔn)機(jī)機(jī)內(nèi)帶有電池組，在停電后可維持較短時(shí)間的供電（一般不超過25分鐘）；長效機(jī)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。

在線式較電源的優(yōu)點(diǎn)及其設(shè)計(jì)

一、UPS電源工作原理

UPS電源按輸出波形可分為方波輸出和正弦波輸出兩大類。按其操作方式可分為后備式和在線式。其中后備式UPS電源，在市電正常供電時(shí)，由市電直接向負(fù)載提供電源。當(dāng)市電供電中斷，蓄電池才對(duì)逆變器供電，并由UPS的逆變電源對(duì)負(fù)載提供交流電源。即UPS電源的逆變電源總是處于對(duì)負(fù)載提供后備供電狀態(tài)。而對(duì)在線式的UPS電源來說，它平時(shí)是由交流電→整流→逆變電源方式對(duì)負(fù)載提供交流電源，一旦市電中斷時(shí)，UPS改由蓄電池→逆變電源方式對(duì)負(fù)載提供電源。只有當(dāng)蓄電池放電至終了電壓時(shí)，由控制電路發(fā)出信號(hào)去控制自動(dòng)切換開關(guān)，轉(zhuǎn)換成由另一路交流旁路的市電供電。市電恢復(fù)供電后，UPS又重新切換到由逆變電源對(duì)負(fù)載提供電源。因此，在線式UPS電源，在正常情況下，總是由UPS電源的逆變電源對(duì)負(fù)載供電，這就避免了所有由市電電網(wǎng)帶來的任何電源波動(dòng)及干擾對(duì)負(fù)載供電所產(chǎn)生的影響。顯然，它的供電質(zhì)量明顯優(yōu)于后備式UPS電源。在線式可以實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的穩(wěn)壓、穩(wěn)頻供電。然而，后備式UPS電源由于運(yùn)行效率高，噪音低，價(jià)格相對(duì)便宜。

二、UPS采用的先進(jìn)技術(shù)

(一)采用絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)，作為逆變功率器件

其主要特點(diǎn)如下：

大大降低逆變電源換流損耗以及交流濾波器的損耗，因此，逆變電源的效率提高，整機(jī)效率可達(dá)94[%]~96[%]；由于IGBT的開關(guān)頻率在20KHz~50KHz，明顯提高了逆變電源的性能，使輸出電壓諧波含量大為減少(1.5[%])，動(dòng)態(tài)響應(yīng)更好；IGBT用于電壓控制器，驅(qū)動(dòng)電路簡單，同時(shí)它有正方形的開關(guān)安全工作區(qū)，并有高的峰值電流容量，使逆變電源可靠性進(jìn)一步增加；由于IGBT逆變電源的高頻化，減小輸出交流濾波器的尺寸，也相應(yīng)減小了損耗，使整機(jī)體積小，噪音低；高可靠，長壽命。(二)微處理器數(shù)字化控制

控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)及模擬量計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，即通過主/協(xié)結(jié)構(gòu)完成系統(tǒng)控制。

系統(tǒng)由整流/充電器、逆變電源、靜態(tài)開關(guān)3個(gè)協(xié)處理器單元和一個(gè)模擬量計(jì)算機(jī)單元承擔(dān)其所有的數(shù)據(jù)采集，模擬運(yùn)算功能調(diào)整等工作，然后送到主處理器進(jìn)行集中控制，綜合處理，記錄存檔和顯示最終處理信息。借助這種計(jì)算機(jī)高速數(shù)據(jù)處理技術(shù)，充分發(fā)揮其系統(tǒng)硬件和軟件特點(diǎn)，提高UPS實(shí)時(shí)控制、保護(hù)和監(jiān)測能力。

(三)控制實(shí)施通道

目前UPS的硬件系統(tǒng)基本上是由整流器、逆變電源、靜態(tài)開關(guān)三大部分加上微機(jī)系統(tǒng)所組成，其數(shù)據(jù)采集是通過極為精確的霍爾器件，以及高速A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，最終納入?yún)f(xié)處理器和主處理器通道。根據(jù)UPS功能和用戶需要，這些信號(hào)將用來實(shí)現(xiàn)UPS控制，調(diào)整，監(jiān)測和保護(hù)之目的。

(四)高速數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)

UPS控制系統(tǒng)中，采用計(jì)算機(jī)高速數(shù)據(jù)處理的主/協(xié)結(jié)構(gòu)，增加數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)及數(shù)字控制診斷軟件，高速A/D、D/A轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)。UPS運(yùn)行異常往往反映在各主要波形異變上，因此，對(duì)于各點(diǎn)取樣的模擬信息必須先進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成最終控制。

(五)控制和診斷軟件

控制軟件實(shí)現(xiàn)各類信號(hào)的采集，處理運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)監(jiān)測、調(diào)整以及管理功能。

診斷軟件是故障診斷的專家系統(tǒng)。UPS出現(xiàn)異常后，該系統(tǒng)能迅速對(duì)故障進(jìn)行診斷，推理，判明故障部件，通過顯示器(或燈光，聲音)報(bào)告給使用者，以便維修。同時(shí)自動(dòng)記錄信息，生成信息檔案。

(六)電池自動(dòng)測試與維護(hù)系統(tǒng)

蓄電池是UPS的貯能裝置。由于電池故障引起UPS系統(tǒng)故障的比例較高，所以對(duì)蓄電池的測試及故障診斷，顯得尤為重要。電池測試維護(hù)軟件定期自動(dòng)檢測電池性能參數(shù)，為使電池處于良好的工作狀態(tài)，每隔一定周期中斷UPS交流輸入，使電池組帶載放電，激活惰性，保持電池組原有容量。在電池放電時(shí)，自動(dòng)檢測電池后備容量和電壓，顯示屏顯示檢測參數(shù)，當(dāng)電池組容量下降10[%]時(shí)，自動(dòng)結(jié)束測試，以免過放電。若測得電池電壓高于或等于值時(shí)，則顯示"電池正常"；反之，則顯示"電池故障"，并有聲、光報(bào)警，后備時(shí)間可能減少。

電源的組成

后備式UPS電源主要由充電器、蓄電池、逆變器和變壓器抽頭調(diào)壓式穩(wěn)壓電源四部分組成。后備式UPS電源的工作原理。后備式UPS電源具有電路簡單、成本低、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，但是其輸出電壓穩(wěn)定精度差，市電掉電時(shí)負(fù)載供電有一段時(shí)間的中斷。另外受切換電流和動(dòng)作時(shí)間的限制，輸出功率一般較小，一般后備式正弦波輸出UPS，容量在2kVA以下，后備式方波輸出UPS容量在lkvA以下因其體積較小，密封性能好、絕少維護(hù)而被廣泛應(yīng)用于各類UPS電源中，電源的用處就講這么多了。

使用場合

汽車、輪船、太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、移動(dòng)辦公、郵電通訊、公安、搶險(xiǎn)等。