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摘要：本文重点介绍了UPS电源的组成、工作原理、分类和特点，并针对UPS的使用与维护进行了深入的探讨与研究。
关键词：UPS 原理 使用 维护
1、引言
随着信息技术的不断发展，UPS在互联网、局域网、专用网等计算机系统中的应用越来越广泛，发挥着数据存储的最后闸门作用，主要表现在：一是应急使用，防止突然断电而影响装置正常生产和工作，给计算机造成损害，影响装置生产；二是消除市电上的电涌、瞬间高电压、瞬间低电压、电线噪声和频率偏移等电源污染，改善电源质量，净化电源，为计算机系统提供高质量的电源。UPS系统的良好应用与维护，可以保障计算机系统、生产设施在停电之后可以继续工作一段时间以使用户能够紧急存盘，使您不致在停电后而丢失数据、影响生产和工作。
2、UPS的工作原理
从基本应用原理上讲，UPS是一种含有储能装置，以逆变器为主要元件。稳压稳频的电源保护设备，主要由整流器、蓄电池、逆变器、静态开关等几部分组成，一般是由常用电源和备用电源通过转换开关组合而成，它们之间由逻辑电路进行控制，以保证在电网正常或停电状态下，整个系统都能可靠地工作。当市电正常时，UPS相当于一台交流稳压电源，它将市电稳压后再供给计算机，与此同时，它还向UPS内蓄电池充电。当市电突然中断时，UPS立刻转为逆变工作状态，小容量的UPS一般能持续供电5～20 min，所以能保证计算机系统的正常退出，使软硬件不受损失。
2.1 关键器件的作用
（1）整流器：整流器是一个整流装置，简单的说就是将交流（AC）转化为直流（DC）的装置。它有两个主要功能：第一，将交流电（AC）变成直流电（DC），经过滤波后供给负载，或供给逆变器；第二，给蓄电池提供充电电压。
（2）电池组：电池池是UPS用来作为储存电能的装置，也称为蓄电池。它由若干个电池串联而成，其容量大小决定了其维持放电（供电）的时间。
（3）逆变器：通俗的讲，逆变器是一种将直流电（DC）转化为交流电（AC）的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。
2.2 UPS电源的工作原理
（1）AC-DC变换：将电网来的交流电经自耦变压器降压、全波整流、滤波变为直流电压，供给逆变电路。
（2）DC-AC逆变电路：采用大功率IGBT模块全桥逆变电路，具有很大的功率富余量，在输出动态范围内输出阻抗特别小，具有快速响应特性。由于采用高频调制限流技术及快速短路保护技术，使逆变器无论是供电电压瞬变还是负载冲击或短路，均可安全可靠地工作。
（3）控制驱动：控制单元是完成整机功能控制的核心，它除了提供检测、保护、同步以及各种开关和显示驱动信号外，还完成SPWM正弦脉宽调制的控制，由于采用静态和动态双重电压反馈。极大地改善了逆变器的动态特性和稳定性。
（4）电源工作过程：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220VAC交流电压，同时市电对电池充电。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，重新开机即可恢复工作。为使不间断电源充分工作，避免在过载或欠载下运行，电源在开机前，首先计算负载容量。
3、 UPS的分类及特点
通常设备根据电源可靠性、功能要求、使用方便等要求，尽可能经济的选择UPS。根据不同负荷特性选择不同类型UPS。从实用性、选择方便易行、工作方式出发，UPS可分三类后备式、双变换在线式、在线互动式三大类。
3.1备式UPS电源特点
（1）市电利用率高，可达96%。
（2）输出能力强，对负载电流波峰因数、浪涌系数、输出功率因数、过载等没有严格的限制。
（3）输出转换开关受切换电流能力和动作时间限制。
（4）输入功率因数和输入电流谐波取决于负载性质。
3.2在线互动式UPS电源特点
（1）市电利用率高，可达98%。
（2）输出能力强，对负载电流波峰因数、浪涌系数、输出功率因数、过载等没有严格的限制。
（3）输入功率因数和输入电流谐波取决于负载性质。
（4）变换器直接接在输出端，并处于热备份状态。对输出电压尖峰干扰有抑制作用。
（5）输入开关存在断开时间，致使UPS输出仍有转换时间，但比后备式小得多。
（6）变换器同时具有充电功能，且其充电能力很强。
3.3双变换在线式UPS电源特点
（1）不管有无市电供应，负载的全部功率都由逆变器提供，保证高质量的电力输出。
（2）由于全部负载功率都由逆变器提供，因而UPS的输出能力不理想，对负载提出限制条件，如负载流峰值因数、过载能力、输出功率因数等。
（3）对可控整流器还存在输入功率因数低，无功损耗大，输入谐波电流对电网产生极大的，当然，若使用IGBT－PWM－DSP整流技术成功率因数校正技术，可把输入功率因数提高到接近1。
3.4双逆变电压补偿在线式UPS电源
此项技术是近些年提出来的，主要是把交流稳压技术中的电压补偿原理应用到UPS的主电路中，产生一种新的UPS电路结构型式，它属于串并联功率传输。
（1）逆变器（II）监视输出端，并与逆变器（I）参与主电路电压的调整，可向负载提供高质量的电能。
（2）市电掉电时，输出电压不受影响，没有转换时间；当负载电流发生畸变时，由逆变器（II）调整补偿，因而是在线工作方式。 （3）当市电存在时，逆变器（I）与（II）只对输入电压与输出电压的差值进行调整与补偿，逆变器只承担最大输出功率的20%，因而功率余最大。过载能力强。
（4）逆变器（I）同时完成对输入端的功率因数校正功能。输入功率因数可达到0.99，输入谐波电流＜3%。
（5）在市电存在时，由于两个逆变器承担的最大功率仅为输出功率的1/5，因此整机效率可达到96%。
（6）在市电存在时，逆变器（II）功率强度仅为额定值的1/5，因此功率器件的可靠性必然大大幅度提高。
（7）由于具有输入功率因数补偿，因而有节能效果。
4、UPS的使用与维护
4.1 UPS的使用环境要求
（1）放置位置必须平稳；
（2）UPS机箱各面距墙壁必须保持足够的通风距离；
（3）远离热源，无阳光直射，无腐蚀性；
（4）保持正常的温度和湿度；
（5）保持室内洁净。
4.2 使用UPS时须考虑负载的大小及特性
UPS额定输出功率是标志该产品能驱动多大功率负载的重要参数，它随负载功率因数的变化而变化，如1kVA的UPS并不一定能驱动1kVA的负载，为了延长UPS的使用寿命，UPS不宜长期处于满载状态下运行。后备式UPS一般选取额定功率的60％～70％的负载量，在线式UPS一般选取额定功率的70％～80％的负载量。同时UPS也不宜长期处于过度轻载状态下运行。
4.3做好UPS的防感应雷害工作
雷击是所有电器的天敌，一定要注意保证UPS的有效屏蔽和接地保护。雷害主要是因雷云空对地或空对空放电所引起的一系列反应造成的。当云层放电时，附近架空电源线和通信线路因电磁感应现象会产生感应高电位脉冲。这些高电位脉冲沿着电源线或通信线进入UPS，而UPS中采用了大量的CMOS集成电路模块和控制用的CPU等微电子器件，它们对雷电的电磁脉冲非常敏感，因此很容易被击坏。在UPS具备有效屏蔽和良好保护接地的前提下，一定要做好电源线和通信线（例如远端监控信号线）的防雷过压保护。
4.4 使用维护与保养注意事项
（1）禁止在UPS输出端口接带有感性的负载。
（2） 使用UPS电源时，应务必遵守产品说明书或使用手册中的有关规定，保证所接的火线、零线、地线符合要求，用户不得随意改变其相互的顺序。
（3）严格按照正确的开机、关机顺序进行操作。避免因负载突然加载或突然减载时，UPS电源的电压输出波动大，而使UPS电源无法正常工作。
（4）严禁频繁地关闭和开启UPS电源。一般要求在关闭UPS电源后，至少等待6秒钟后才能开启UPS电源，否则，UPS电源可能进入“启动失败”的状态，即UPS电源进入既无市电输出，又无逆变输出的状态。
（5）禁止超负载使用。UPS电源的最大启动负载最好控制在80%之内，如果超载使用，在逆变状态下，时常会击穿逆变管。实践证明：对于绝大多数UPS电源而言，将其负载控制在30～60%额定输出功率范围内是最佳工作方式。
（6）电池的放电要求：一般UPS对电池放电有保护措施，但放电至保护关机后，电池又可以恢复到一定的电压，但这时不允许重新开机，否则会造成电池过放电，UPS必须重新充电后才能投入正常使用。当蓄电池每次放电完后，可利用UPS电源内部的电池充电回路对蓄电池进行浮充。
（7）新购买的UPS（或存放一段时间的UPS），必须先对电池充电之后才能投入正常使用。为了保证蓄电池被重置于饱和状态，一般需要充电至少12h，充电时间不充分会使蓄电池的实际可供使用的容量远远小于其标准容量。
（8） 对于长期无停电的UPS，应当每隔3～6个月对UPS放电，然后重新充电。这样才能延长电池的使用寿命。
（9）对于长期存放的UPS，应当每隔3～6个月对UPS开机使用和充电，否则UPS主机和电池都会损坏。
（10） 定期对UPS电源进行维护工作。清除机内的积尘，测量蓄电池组的电压，检查风扇运转情况及检测调节UPS的系统参数等。
（11）避免蓄电池的过度放电和蓄电池长期开路闲置不用。
（12）避免蓄电池被过流充电，严格控制蓄电池的充电电流不得超过蓄电池允许的最大充电电流。
5、结束语
在科学技术飞速发展的今天，在广播电视、金融、铁路等行业对电源的要求越来越高，特别是重要数据的保存显得尤为重要，为了确保这些重要数据不至于发生丢失、损坏等事情，就需要有足够的时间进行备份和故障处理，UPS给我们提供了这一解决方案，这就说明了UPS在工作中起到的举足轻重的作用，加强UPS电源的使用维护管理就更为重要。
关键词：UPS 原理 使用 维护
1、引言
随着信息技术的不断发展，UPS在互联网、局域网、专用网等计算机系统中的应用越来越广泛，发挥着数据存储的最后闸门作用，主要表现在：一是应急使用，防止突然断电而影响装置正常生产和工作，给计算机造成损害，影响装置生产；二是消除市电上的电涌、瞬间高电压、瞬间低电压、电线噪声和频率偏移等电源污染，改善电源质量，净化电源，为计算机系统提供高质量的电源。UPS系统的良好应用与维护，可以保障计算机系统、生产设施在停电之后可以继续工作一段时间以使用户能够紧急存盘，使您不致在停电后而丢失数据、影响生产和工作。
2、UPS的工作原理
从基本应用原理上讲，UPS是一种含有储能装置，以逆变器为主要元件。稳压稳频的电源保护设备，主要由整流器、蓄电池、逆变器、静态开关等几部分组成，一般是由常用电源和备用电源通过转换开关组合而成，它们之间由逻辑电路进行控制，以保证在电网正常或停电状态下，整个系统都能可靠地工作。当市电正常时，UPS相当于一台交流稳压电源，它将市电稳压后再供给计算机，与此同时，它还向UPS内蓄电池充电。当市电突然中断时，UPS立刻转为逆变工作状态，小容量的UPS一般能持续供电5～20 min，所以能保证计算机系统的正常退出，使软硬件不受损失。
2.1 关键器件的作用
（1）整流器：整流器是一个整流装置，简单的说就是将交流（AC）转化为直流（DC）的装置。它有两个主要功能：第一，将交流电（AC）变成直流电（DC），经过滤波后供给负载，或供给逆变器；第二，给蓄电池提供充电电压。
（2）电池组：电池池是UPS用来作为储存电能的装置，也称为蓄电池。它由若干个电池串联而成，其容量大小决定了其维持放电（供电）的时间。
（3）逆变器：通俗的讲，逆变器是一种将直流电（DC）转化为交流电（AC）的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。
2.2 UPS电源的工作原理
（1）AC-DC变换：将电网来的交流电经自耦变压器降压、全波整流、滤波变为直流电压，供给逆变电路。
（2）DC-AC逆变电路：采用大功率IGBT模块全桥逆变电路，具有很大的功率富余量，在输出动态范围内输出阻抗特别小，具有快速响应特性。由于采用高频调制限流技术及快速短路保护技术，使逆变器无论是供电电压瞬变还是负载冲击或短路，均可安全可靠地工作。
（3）控制驱动：控制单元是完成整机功能控制的核心，它除了提供检测、保护、同步以及各种开关和显示驱动信号外，还完成SPWM正弦脉宽调制的控制，由于采用静态和动态双重电压反馈。极大地改善了逆变器的动态特性和稳定性。
（4）电源工作过程：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220VAC交流电压，同时市电对电池充电。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，重新开机即可恢复工作。为使不间断电源充分工作，避免在过载或欠载下运行，电源在开机前，首先计算负载容量。
3、 UPS的分类及特点
通常设备根据电源可靠性、功能要求、使用方便等要求，尽可能经济的选择UPS。根据不同负荷特性选择不同类型UPS。从实用性、选择方便易行、工作方式出发，UPS可分三类后备式、双变换在线式、在线互动式三大类。
3.1备式UPS电源特点
（1）市电利用率高，可达96%。
（2）输出能力强，对负载电流波峰因数、浪涌系数、输出功率因数、过载等没有严格的限制。
（3）输出转换开关受切换电流能力和动作时间限制。
（4）输入功率因数和输入电流谐波取决于负载性质。
3.2在线互动式UPS电源特点
（1）市电利用率高，可达98%。
（2）输出能力强，对负载电流波峰因数、浪涌系数、输出功率因数、过载等没有严格的限制。
（3）输入功率因数和输入电流谐波取决于负载性质。
（4）变换器直接接在输出端，并处于热备份状态。对输出电压尖峰干扰有抑制作用。
（5）输入开关存在断开时间，致使UPS输出仍有转换时间，但比后备式小得多。
（6）变换器同时具有充电功能，且其充电能力很强。
3.3双变换在线式UPS电源特点
（1）不管有无市电供应，负载的全部功率都由逆变器提供，保证高质量的电力输出。
（2）由于全部负载功率都由逆变器提供，因而UPS的输出能力不理想，对负载提出限制条件，如负载流峰值因数、过载能力、输出功率因数等。
（3）对可控整流器还存在输入功率因数低，无功损耗大，输入谐波电流对电网产生极大的，当然，若使用IGBT－PWM－DSP整流技术成功率因数校正技术，可把输入功率因数提高到接近1。
3.4双逆变电压补偿在线式UPS电源
此项技术是近些年提出来的，主要是把交流稳压技术中的电压补偿原理应用到UPS的主电路中，产生一种新的UPS电路结构型式，它属于串并联功率传输。
（1）逆变器（II）监视输出端，并与逆变器（I）参与主电路电压的调整，可向负载提供高质量的电能。
（2）市电掉电时，输出电压不受影响，没有转换时间；当负载电流发生畸变时，由逆变器（II）调整补偿，因而是在线工作方式。 （3）当市电存在时，逆变器（I）与（II）只对输入电压与输出电压的差值进行调整与补偿，逆变器只承担最大输出功率的20%，因而功率余最大。过载能力强。
（4）逆变器（I）同时完成对输入端的功率因数校正功能。输入功率因数可达到0.99，输入谐波电流＜3%。
（5）在市电存在时，由于两个逆变器承担的最大功率仅为输出功率的1/5，因此整机效率可达到96%。
（6）在市电存在时，逆变器（II）功率强度仅为额定值的1/5，因此功率器件的可靠性必然大大幅度提高。
（7）由于具有输入功率因数补偿，因而有节能效果。
4、UPS的使用与维护
4.1 UPS的使用环境要求
（1）放置位置必须平稳；
（2）UPS机箱各面距墙壁必须保持足够的通风距离；
（3）远离热源，无阳光直射，无腐蚀性；
（4）保持正常的温度和湿度；
（5）保持室内洁净。
4.2 使用UPS时须考虑负载的大小及特性
UPS额定输出功率是标志该产品能驱动多大功率负载的重要参数，它随负载功率因数的变化而变化，如1kVA的UPS并不一定能驱动1kVA的负载，为了延长UPS的使用寿命，UPS不宜长期处于满载状态下运行。后备式UPS一般选取额定功率的60％～70％的负载量，在线式UPS一般选取额定功率的70％～80％的负载量。同时UPS也不宜长期处于过度轻载状态下运行。
4.3做好UPS的防感应雷害工作
雷击是所有电器的天敌，一定要注意保证UPS的有效屏蔽和接地保护。雷害主要是因雷云空对地或空对空放电所引起的一系列反应造成的。当云层放电时，附近架空电源线和通信线路因电磁感应现象会产生感应高电位脉冲。这些高电位脉冲沿着电源线或通信线进入UPS，而UPS中采用了大量的CMOS集成电路模块和控制用的CPU等微电子器件，它们对雷电的电磁脉冲非常敏感，因此很容易被击坏。在UPS具备有效屏蔽和良好保护接地的前提下，一定要做好电源线和通信线（例如远端监控信号线）的防雷过压保护。
4.4 使用维护与保养注意事项
（1）禁止在UPS输出端口接带有感性的负载。
（2） 使用UPS电源时，应务必遵守产品说明书或使用手册中的有关规定，保证所接的火线、零线、地线符合要求，用户不得随意改变其相互的顺序。
（3）严格按照正确的开机、关机顺序进行操作。避免因负载突然加载或突然减载时，UPS电源的电压输出波动大，而使UPS电源无法正常工作。
（4）严禁频繁地关闭和开启UPS电源。一般要求在关闭UPS电源后，至少等待6秒钟后才能开启UPS电源，否则，UPS电源可能进入“启动失败”的状态，即UPS电源进入既无市电输出，又无逆变输出的状态。
（5）禁止超负载使用。UPS电源的最大启动负载最好控制在80%之内，如果超载使用，在逆变状态下，时常会击穿逆变管。实践证明：对于绝大多数UPS电源而言，将其负载控制在30～60%额定输出功率范围内是最佳工作方式。
（6）电池的放电要求：一般UPS对电池放电有保护措施，但放电至保护关机后，电池又可以恢复到一定的电压，但这时不允许重新开机，否则会造成电池过放电，UPS必须重新充电后才能投入正常使用。当蓄电池每次放电完后，可利用UPS电源内部的电池充电回路对蓄电池进行浮充。
（7）新购买的UPS（或存放一段时间的UPS），必须先对电池充电之后才能投入正常使用。为了保证蓄电池被重置于饱和状态，一般需要充电至少12h，充电时间不充分会使蓄电池的实际可供使用的容量远远小于其标准容量。
（8） 对于长期无停电的UPS，应当每隔3～6个月对UPS放电，然后重新充电。这样才能延长电池的使用寿命。
（9）对于长期存放的UPS，应当每隔3～6个月对UPS开机使用和充电，否则UPS主机和电池都会损坏。
（10） 定期对UPS电源进行维护工作。清除机内的积尘，测量蓄电池组的电压，检查风扇运转情况及检测调节UPS的系统参数等。
（11）避免蓄电池的过度放电和蓄电池长期开路闲置不用。
（12）避免蓄电池被过流充电，严格控制蓄电池的充电电流不得超过蓄电池允许的最大充电电流。
5、结束语
在科学技术飞速发展的今天，在广播电视、金融、铁路等行业对电源的要求越来越高，特别是重要数据的保存显得尤为重要，为了确保这些重要数据不至于发生丢失、损坏等事情，就需要有足够的时间进行备份和故障处理，UPS给我们提供了这一解决方案，这就说明了UPS在工作中起到的举足轻重的作用，加强UPS电源的使用维护管理就更为重要。