通信工程師考試UPS基本工作原理

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6.1.2 UPS基本工作原理

1.在線式UPS工作原理

在線式UPS由整流濾波電路、逆變器、輸出變壓器及濾波器、靜態(tài)開關(guān)、充電電路、蓄電池組和控制監(jiān)測、顯示告瞥及保護(hù)電路組成，如圖6-2所示。在線式UPS的輸出電壓波形通常為標(biāo)準(zhǔn)正弦波。

市電正常時，輸入電壓經(jīng)整流濾波電路后，給逆變器供電，逆變器輸出經(jīng)過輸出變壓器和輸出濾波電路將SPWM波形變換成純正弦波。同時，整流電壓經(jīng)充電器給蓄電池補充能量。在這種工作狀態(tài)下，市電經(jīng)整流濾波器、逆變器及靜態(tài)開關(guān)給負(fù)載供電，并由逆變器完成穩(wěn)壓和頻率跟蹤功能。

當(dāng)市電出現(xiàn)故障（中斷、電壓過高或過低）時，UPS工作在后備狀態(tài)，逆變器將蓄電池的電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓，并通過靜態(tài)開關(guān)輸出到負(fù)載。

市電正常但逆變器出現(xiàn)故障或輸出過載時，UPS工作在旁路狀態(tài)。靜態(tài)幵關(guān)切換到市電端，市電直接給負(fù)載供電。如果靜態(tài)開關(guān)的轉(zhuǎn)換因逆變器故障引起，UPS將發(fā)出報蝥信號；如果因過載引起靜態(tài)開關(guān)轉(zhuǎn)換，過載消失后，靜態(tài)開關(guān)將重新切換到逆變器端。

控制監(jiān)測、顯示告警及保護(hù)電路提供逆變、充電、靜態(tài)開關(guān)轉(zhuǎn)換所需的控制信號，并顯示各自的工作狀態(tài)。UPS出現(xiàn)過壓、過流、短路、過熱時，及時報警并同時提供相應(yīng)保護(hù)。比如，負(fù)載發(fā)生短路時，保護(hù)電路很快關(guān)斷逆變器，使其免受損害，靜態(tài)開關(guān)也不轉(zhuǎn)換到市電，短路消失后，逆變器重新啟動，恢復(fù)供電。

在線式UPS中，無論市電是否正常，都由逆變器供電，所以市電故障瞬間，UPS的輸出不會間斷。另外，由于在線式UPS加有輸入EMC濾波器和輸出濾波器，所以來自電網(wǎng)的干擾能得到很大衰減；同時因逆變器具有很強的穩(wěn)壓功能，所以在線式UPS能給負(fù)載提供干擾小、穩(wěn)壓精度高的電壓。

在線式UPS的特點總結(jié)如下。

（1）容量范圍：幾百伏安到幾百千伏安（單機）。

（2）技術(shù)特征：輸出正弦波，逆變器主供電，掉電轉(zhuǎn)電池沒有中斷時間，對市電進(jìn)行完全凈化。

（3）結(jié)構(gòu)：絕大部分采用高頻變換技術(shù)，能量的變換也都使用高頻變壓器來完成，體積小、重量輕、噪聲低。

（4）優(yōu)點：對市電完全凈化。

（5）缺點：價格比較貴，效率相對較低。

（6）適用場合：提供全面而徹底的保護(hù)，lOkVA以上UPS大都采用這種技術(shù)，適合大型數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中心和其他關(guān)鍵用電領(lǐng)域，如服務(wù)器及其他重要儀器、設(shè)備、控制系統(tǒng)等。

2.后備式UPS工作原理

后備式UPS原理框圖如圖6-3所示，后備式UPS與在線式UPS的差別是：沒有輸入整流濾波器，逆變器只由蓄電池供電，市電正常時，逆變器不工作。輸出沒有濾波器，輸出電&波形一般為方波。市電正常時輸出變壓器起交流穩(wěn)壓器的作用。

市電正常時，UPS工作于市電旁路狀態(tài)，轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到市電輸入端，輸入市電經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)接至輸出變壓器，然后給負(fù)載供電。市電變化時，通過繼電器改變變壓器的接點，可穩(wěn)定輸出電壓。

市電出現(xiàn)故障（中斷、電壓過高或過低）時，UPS工作于后備狀態(tài)。檢測控制電路檢測到市電故障后，啟動逆變器并將轉(zhuǎn)換開關(guān)切換至逆變器端，由蓄電池經(jīng)逆變器給負(fù)載供電，逆變器輸出波形為方波。負(fù)載變化時，逆變器通過改變輸出方波的寬度實現(xiàn)穩(wěn)壓。

在后備式UPS中，市電正常時逆變器不工作，只有市電出現(xiàn)故障時，逆變器才啟動。由于作為轉(zhuǎn)換開關(guān)的繼電器，需要一定的動作過程，因此由市電供電到逆變器供電或由逆變器供電到市電供電都有一段轉(zhuǎn)換時間，一般為3-10ms.另外，后備式UPS是通過調(diào)節(jié)變壓器的變化來實現(xiàn)穩(wěn)壓的，所以輸出電壓穩(wěn)定度也比在線式UPS低。

后備式UPS的特點總結(jié)如下。

（I）容量范圍：零至幾kVA,多為lkVA以下，且多為500VA。

（2）技術(shù)特征：多為準(zhǔn)方波輸出，對市電沒有凈化功能；逆變器為后備工作方式，掉電轉(zhuǎn)逆變工作有時間間隔。

（3）結(jié)構(gòu)：采用工頻變壓器來進(jìn)行能量傳遞，電源笨重而且體積大。

（4）優(yōu)點：價格便宜，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。

（5）缺點：沒有凈化功能，穩(wěn)壓特性差，掉電切電池有間斷時間。

適用場合：只能處理斷電問題，僅適合比較簡單、不很重要的環(huán)境使用，如辦公或家用PC,不重要的網(wǎng)上終端等。

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