不间断电源UPS的原理及应用

UPS系统是连接在输入电源和负载之间，为重要负载提供不受电网干扰、稳压、稳频的电力供应的电源设备，在市电掉电后，UPS可继续给负载提供一段时间的供电。UPS采用带输出隔离变压器，能提供稳定、洁净、不间断的电源，具有很高的可靠性。图7-3所示为常见的UPS电池。

图7-3 某型UPS电池

（一）UPS的种类

UPS的种类依据不同的分类有不同的分法。

（1）按其发展经历分：旋转式和静态变换式。

（2）按其备用时间分：标准型和长效型。

（3）按其供电方式分：集中供电方式和分散供电方式。

（4）按其工作方式分：后备式、在线式和在线互动式。

使用时应注意：后备式、在线式和在线互动式从技术上讲均属于静态式UPS；标准型UPS机内带有电池组，而长效型机内不带电池，但增加了充电器，用户可以根据自身需要配接多组电池以延长供电时间。

（二）UPS系统的工作模式

UPS系统的工作模式有正常供电、电池供电、自动旁路和手动旁路四种。

正常供电模式是市电经整流器转换成平稳的直流电向逆变器和电池供电，通过逆变器将直流电转换成纯净的交流电并与市电输入锁相同步供给负载。

电池供电模式是当市电故障，停电或市电电压、频率超出UPS允许范围时，逆变器继续向关键负载供电，没有任何切换，只是由电池提供直流电力。由于电池“挂”在系统直流母线上，因而市电中断或恢复时UPS的输出，对负载没有任何影响。

自动旁路模式是如果由于过载、使用环境过温、负载故障或UPS内部故障，使UPS不能正常工作时，UPS静态旁路开关将自动地把负载切换到市电旁路，当故障消失后，UPS自动转回正常逆变供电方式，无论从逆变供电转至自动旁路或逆向过程，都是自动无间断进行，因而UPS输出对负载没有影响。

手动旁路模式是在维修、维护或其他特殊情况下，可通过旋钮操作转为旁路供电模式，由于转换过程采用先通后断方式，因而转换过程也无间断。

（三）UPS系统的恒功率测算

1.UPS系统配置参数

UPS的功率为60kVA，要求配备电池的延时时间为2h，电池逆变效率为97%，电池单体电压为2V，UPS的功率因数为0.8，UPS电池组的额定电压为360V。(https://www.xing528.com)

2.恒功率的计算

充电后电池放电功率为恒功率，其计算公式为

P=（P₁×a）/（n×η）

式中 P——电池放电功率（W）；

P₁——UPS功率；

a——UPS功率因数；

n——2V电池单体数量；

η——电池逆变效率。

故 P=[（60000×0.8）÷（360÷180×0.97）]W≈274W

（四）UPS工作原理

UPS电源系统主要分两大部分：主机和储能电池。额定输出功率的大小取决于主机部分，并与负载属于哪种性质有关，通常负载功率应满足UPS电源70%的额定功率。

依UPS按其工作方式分类可分为：后备式、在线式和在线互动式三种。

（1）后备式UPS工作原理

后备式UPS又叫离线式UPS，是指市电正常时，UPS蓄电池处于充电状态，在停电时逆变器紧急切换到工作状态，将电池提供的直流电转变为稳定的交流电输出。

（2）在线式UPS工作原理

在线式UPS一直使其逆变器处于工作状态，首先通过电路将外部交流电转变为直流电，再通过高质量的逆变器将直流电转换为高质量的正弦波交流电输出给计算机等设备。

（3）在线互动式UPS工作原理

它是在线式UPS的基础上增加了数据接口，可通过数据接口进行数据通信，利用监控软件，用户可直接从计算机屏幕上监控电源及UPS状况，当市电中断或电池供电终止时可以自动进行文档储存、关闭系统以及关闭UPS等。