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不間斷電源
鎖定
UPS即不間斷電源(Uninterruptible Power Supply),是一種含有儲能裝置的不間斷電源。主要用於給部分對電源穩定性要求較高的設備,提供不間斷的電源。
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- 中文名
- 不間斷電源
- 外文名
- Uninterrupted Power Supply
- 簡 稱
- UPS
- 應 用
- 通信,電力,金融,石油,軍事等
- 分 類
- 雙變換式、在線互動式、被動後備式
- 作 用
- 提供穩定、不間斷的電力供應
不間斷電源簡介
不間斷電源(UPS)是將蓄電池(多為鉛酸免維護蓄電池)與主機相連接,通過主機逆變器等模塊電路將直流電轉換成市電的系統設備。它主要用於給單台計算機、計算機網絡系統或其他電力電子設備如電磁閥、壓力變送器等提供穩定、不間斷的電力供應,保證這些設備儀器的不間斷運行,防止計算機數據丟失、電話通信網絡中斷或儀器失去控制。
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不間斷電源廣泛應用於:礦山、航天、工業、通訊、國防、醫院、計算機業務終端、網絡服務器、網絡設備、數據存儲設備、應急照明系統、鐵路、航運、交通、電廠、變電站、核電站、消防安全報警系統、無線通訊系統、程控交換機、移動通訊、太陽能儲存能量轉換設備、控制設備及其緊急保護系統、個人計算機等領域。
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不間斷電源工作原理
不間斷電源系統組成
典型的UPS系統框圖如圖1所示,它的基本結構是一套將交流電變為直流電的整流器和充電器,以及把直流電再變為交流電的逆變器,電池在交流電正常供電時貯存能量且維持在一個正常的充電電壓上,一旦市電供電中斷時,蓄電池立即對逆變器供電以保證UPS電源交流輸出電壓。下面幾種簡圖示意了UPS的各種工作情況(以在線式UPS電源為例)。
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(2)主電源故障即市電被切斷後,電源將瞬間改由逆變器提供能量如圖3所示。
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不間斷電源連接方式
(3)二台或二台以上UPS電源其總容比負載總容量要多,但該系統比負載總容量必須多一台UPS電源的容量,任何一台UPS電源故障時,其餘仍能供給全部負載,如圖6所示。這種連接方式稱作並聯有備份方式。
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當UPS電源系統無故障時,維修開關打開,輸入開關、輸出開關閉合;當UPS電源系統故障時,維修開關閉合,輸入開關、輸出開關打開。這樣,保證了用電負載的正常工作,而又不影響對UPS電源系統故障的在線維修。
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不間斷電源功能作用
隨着計算機應用系統對電源的要求越來越高UPS日益受到重視,並逐漸發展成為一種具有穩壓、穩頻、濾波、抗電磁和射頻干擾、防電壓衝浪等功能的電力保護系統。尤其是在電網的線路及供電質量不太高、抗干擾的技術落後,同時計算機系統對電源的要求又比較高的情況下,UPS的作用就顯得更加明顯。
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UPS的保護作用首先表現在對市電電源進行穩壓,UPS的輸入電壓範圍比較寬,一般情況是從170V到250V,而輸出電源的質量是相當高的,後備式的UPS輸出電壓在5%~8%,輸出頻率穩定在1Hz;如圖1,在線式UPS輸出電壓穩定在3%以內,輸出頻率穩定在0.5Hz。在市電正常時,UPS電源相當於交流市電穩壓器;同時市電對蓄電池進行充電,此時也相當於充電器。在市電突然掉電的情況下,UPS自動切換到蓄電池供電,使計算機維持正常工作,保護軟硬件不受損害。
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不間斷電源分類
UPS根據新標準IEC(國際電工委員會)按其結構和運行原理分為以下3類:
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(1)被動後備式UPS電源
指逆變器並聯連接在市電與負載之間僅簡單地作為備用電源使用。此種UPS電源,在市電正常時,負載完全而且是直接地市電供電,逆變器不做任何電能變換,蓄電池由獨立的充電器供電;當市電不正常時,負載完全由逆變器提供電能。
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被動後備式UPS具有結構簡單、價格最廉等優點,運用於某些非重要的負載使用,如家用計算機等。但市電斷電時,繼電器將逆變器切換至負載,切換時間較長,一般需幾個毫秒的間斷,所以稍微重要的計算機設備不應選用被動後備式UPS電源。
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(2)在線互動式UPS電源
指逆變器並聯連接在市電與負載之間,起後備電源作用,同時逆變器作為充電器給蓄電池充電。通過逆變器的可逆運行方式,與市電相互作用,因此被稱為互動式。此種UPS電源,在市電正常時,負載由經改良後的市電供電,同時逆變器作為充電器給蓄電池充電,此時逆變器起AC/DC變換器的作用;而當市電故障時,負載完全由逆變器供電,此時,逆變器起DC/AC變換器的作用。
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在線互動式UPS具有結構較簡單、實施方便、且易於並聯、便於維護和維修、效率高、運行費用低、整機可靠性高等優點,性能滿足某些負載要求,特別適用於網絡中某些計算機設備採用分佈式供電的系統。此種電源缺點是穩壓性能不高,尤其動態響應速度低,其次抗干擾能力不強,電路會產生諧波干擾和調製干擾。
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(3)雙變換式UPS電源
雙變換式UPS是UPS電源的主流產品,具有性能好、電壓穩定度與頻率穩定度高、功能強、具有熱備份連接和並聯冗餘聯結的功能等優點,其不足之處是當容量少於10kVA以下,其整機效率不高,一般在85%左右。
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不間斷電源技術指標
新型UPS中的逆變器大多采用了PWM技術,同時採用了石英晶體振盪控制逆變器的頻率,通過電壓負反饋電路確保輸出電壓的穩定。它具有開關電源的一系列優點,通過精確調整脈衝寬度,保證功率穩定輸出,同時.開關電源技術的應用,也使其自身損耗大大降低。主要技術指標如下:
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(4)輸出頻率穩定度,參考值±0.01%~±0.5%;
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(7)無故障工作時間。由於微處理器監控技術和先進的IGBT驅動型SPWM等高技術的採用,目前的UPS已達到了極高的可靠性水平,對於大型UPS電源來講,其單機的年均無故障工作時間(MTBF)已超過20萬小時。如果採用雙總線輸出的多機“冗餘”型UPS供電系統,其MTBF甚至可達1000萬小時數量級。
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不間斷電源發展特點
(1)UPS採用模塊化在線並機擴容功能。目前多數大功率段的UPS均已經具備冗餘並機功能,UPS內部多模塊冗餘並聯運行、甚至多台UPS組成的系統冗餘運行技術,在並聯運行中,當單一模塊或單機發生故障時,其功能則自動轉由冗餘單元承擔,大大提高了UPS供電系統的可靠性。
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不間斷電源注意事項
(4)禁止頻繁地關閉和開啓UPS電源,一般要求在關閉UPS電源後,至少等待30秒鐘後才能開啓UPS電源。因為造成中小型UPS電源高發故障的原因是:用户頻繁的開機或關機,UPS電源帶負載進行逆變器供電和旁路供電切換期。
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(5)實踐證明:對於絕大多數UPS電源而言,將其負載控制在50%~60%額定輸出功率範圍內是最佳工作方式。禁止超負載使用,廠家建議:UPS電源的最大啓動負載最好控制在80%之內,如果超載使用,在逆變狀態下,時常會擊穿逆變三極管。不宜過度輕載運行,這種情況容易因為電池放電電流過小造成電池失效。
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- 參考資料
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- 1. UPS技術探討 .中國知網[引用日期2020-03-07]
- 2. 電力專用在線式UPS的研究 .中國知網[引用日期2020-03-07]
- 3. UPS電源技術及發展 .中國知網[引用日期2019-11-02]
- 4. UPS電源現狀及發展方向 .中國知網[引用日期2019-11-08]
- 5. UPS電源新技術及應用 .中國知網[引用日期2019-11-08]
- 6. UPS電源的使用與維護 .中國知網[引用日期2019-11-08]