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摘要：随着UPS向更微小型及可靠性的方向發展，网络智能化UPS技术和全数字化UPS技术也带来了冲击，意味着能够给网络电源提供更节能、更环保的电源管理。本文根据多年工作实践，对UPS电源技术的原理及优缺点进行阐述。
关键词：UPS；逆变器；维护
一、UPS工作原理和操作方式
（1）典型的UPS系统框图如图1所示
它的基本结构是一套将交流市电变为直流电的整流器和充电器，以及把直流电再变为交流电的逆变器，电池在交流电正常供电时贮存能量且维持在一个正常的充电电压上，一旦市电供电中断时，蓄电池立即对逆变器供电以保证UPS电源交流渝出电压。下面几种简图示意了UPS的各种工作情况（以在线式UPS电源为例）。
①市电在UPS所允许的范围内正常供电时，如图2所示，粗线描绘了电源能量的流向。
②主电源故障即市电被切断后，电源将瞬间改由逆变器提供能量如图3所示。
③当所带负载过大或电源内逆变器出现故障时，UPS将打开旁路由主电源直接供电，如图4所示。
（2）UPS电源的操作方式
①后备式：当UPS电源处于市电正常供电时，由市电直接向计算机系统提供电源，当市电供电中断时，电池才对逆变器供电，并由UPS电源的逆变器对计算机系统提供交流电源。也就是说，UPS电源的逆变器总是处于对计算机系统提供后备供电的状态。
②在线式：它平时是由市电经由整流器、逆变器对计算机系统提供电源。只有当蓄电池放电完毕时，才由内部控制线路发出信号控制自动切换环关，转换成市电供电。因此，对在线式UPS电源而言，在正常情况下它总是由UPS电源的逆变器对计算机系统供电。
③两种方式的比较：由于在线式UPS电源能够避免掉所有由电网而带来的电压波动及干扰影响。其供电质量明显优越于后备式UPS电源，因此其价格也贵得多。
二、UPS电源的各种连接方式
（1）单台UPS电源能够供给全部负载，连接图如系统的原理图，连接方法较简单。
（2）总负载功率需要二台或更多台UPS电源供给，如图5所示，这种连接方式称作并联无备份方式。
（3）二台或二台以上UPS电源其总容比负载总容里要多，但该系统比负载总容量必须多一台UPS电源的容量，任何一台UPS电源故障时，其余仍能供给全部负载，如图6所示。这种连接方式称作并联有备份方式。
（4）整个UPS电源系统出现故障后，市电将UPS电源脱开，直接接通负载，且不影响UPS电源系统的维修，这种线路设计如图7所示。
当UPS电源系统无故障时，维修开关打开，输入开关、输出开关闭合；?当UPS电源系统故障时，维修开关闭合，输入开关、输出开关打开。这样，保证了用电负载的正常工作，而又不影响对UPS电源系统故障的在线维修。
三、UPS的主要技术指标
新型UPS中的逆变器大多采用了PWM技术，同时采用了石英晶体振荡控制逆变器的频率，通过电压负反馈电路确保输出电压的稳定。它具有开关电源的一系列优点，通过精确调整脉冲宽度，保证功率稳定输出，同时，开关电源技术的应用，也使其自身损耗大大降低。主要技术指标如下：（1）额定输出功率和最大输出功率；（2）切换时间；（3）输出电压稳定度，参考值±0.5% ～±2%；（4）输出频率稳定度，参考值±0.01% ～±0.5%；（5）输出波形纯正（正弦波输出），电压畸变小于1%，不存在潜波失真的问题；
（6）效率高、损耗低。参考指标高于90%；
（7）故障率低、维护容易。由于微处理器监控技术和先进的IGBT驱动型SPWM等高技术的采用，目前的UPS已达到了极高的可靠性水平，对于大型UPS电源来讲，其单机的年均无故障工作时间（MTBF）已超过20万小时。如果采用双总线输出的多机/冗余0型UPS供电系统，其MTBF甚至可达1000万小时数量级。
四、UPS应用中的注意事项
UPS智能化程度高，储能电池采用了免维护蓄电池。这虽给使用带来许多便利，但在使用过程中还应在多方面引起注意，才能保证安全。
（1）UPS主机对环境温度要求不高，5～40e都能正常工作。但要求室内清洁、少尘，否则灰尘加上潮湿会引起主机工作紊乱。储能蓄电池则对温度要求较高，标准使用温度为25e，平时不能超过15～30e的范围。温度太低，蓄电池容量会下降。温度每下降1e，容量下降1%。其放电容量会随温度升高而增加，但寿命降低。如果在高温条件下长期使用，温度每高10e，电池寿命约降低50%。
（2）设置的主机参数在使用中不能随意改变，特别是电池组的参数。如果改变，就会直接影响使用寿命。随着环境温度的改变，对浮充电压要做相应调整。通常以25e为标准，环境温度每升高或降低1e时，浮充电压应增加18mV（相对于12V蓄电池）。
（3）只靠UPS自行供电时，应避免带负载启动UPS，首先应切断各负载，直到UPS起动后再开启。负载瞬间供电时会冲击电池，多负载的冲击电流加上所需的供电电流会造成UPS瞬间过载，严重时将损坏变换器。
（4）合理设置UPS负载量。一般来说，UPS既不宜长期满载运行，也不宜长期处于负载过轻的状态下运行。前者容易造成UPS逆变器及整流滤波器的损坏，而后者容易造成UPS中的蓄电池损坏。UPS的负载量受几方面影响，其中负载功率因数取0.9左右，微带电容性负载最为理想。如：流入微机开关电源中的300V直流高压滤波电容中容性电流增大，易造成电容因长期过流而失效，有时会损坏开关电源的功率管，会造成显示器上的图形抖动和扭曲。
（5）UPS所带负载性质，除了不宜为感性负载，还不宜在UPS输出端带大功率可控硅负载、可控硅桥式整流负载和半波整流负载。如果在UPS输出端带有相控式的大功率（负载超过UPS额定负载的50%）晶闸管负载或半波整流性负载时，UPS的故障率会明显增加。主要表现为：逆变器末级驱动功率晶体管或MOS管将烧毁，有时还会造成蓄电池因末级驱动功率晶体管击穿短路而损坏。 （6）由于电池组电压很高，存在电击的危险，装卸导电连接条、输出线时应注意安全保障，对工具应采用绝缘措施，特别是输出接点应有防触摸措施。
（7）不论是在浮充工作状态还是在充电、放电检修测试状态，都要保证电压、电流符合正常运行的要求。过高的电压或电流可能会造成电池的热失控或失水，电压、电流过小会造成电池亏电。这些都会影响电池的使用寿命，前者的影响更大。
（8）在任何情况下，都应防止电池短路或深度放电，因为电池的循环寿命和放电深度有关。放电检修中，放电为容量的30% ～50%就可以了。
（9）应避免电池大电流充放电。虽说在充电时可以接受大电流，但在实际操作中应尽量避免，否则会造成电池极板膨胀变形，极板活性物质脱落，电池内阻增大，温度和升高，严重时将造成容量下降，寿命缩短。
（10）放置UPS的地方必须良好通风，远离水、可燃性气体和腐蚀剂，环境温度保持0～40e之间，若是在低温下拆装使用，可能会有水滴凝结现象，一定要等待UPS内外完全干燥后才可安装使用，否则有电击危险。
（11）UPS电源不宜侧放，应保持进风孔与出风孔通畅；负载与UPS电压连接时，须先关闭负载，再接线，然后逐个打开负载，严禁将电机、日光灯、复印机等感性负载接入UPS，以免造成伤害。需接激光打印机时，因其运行时启动功率较大，选择UPS时，其容量要以启动功率来计算。
（12）将UPS接到专用的带有过电流保护装置插座上，所用电源插座应接保护地端；无论输入电源线是否插入市电的相线与中性线位置必须符合规定。保证UPS电源输入、输出插座均符合我国交流电输入插座的连接方式，如不符合，则需要更换中性线与相线位置，否则，易造成UPS电源或负载设备损坏。
（13）UPS电源一旦接通市电，即开始对电池组充电，持续按开机键1s以上进行开机，即开启逆变器。开机时UPS会自检，然后启动旁路，经几秒钟转换到逆变器输出，当逆变输出指示灯亮，UPS已处于市电模式；持续按关机键1s以上，在市电时进行关机，即关闭逆变器，关机时UPS进行自检，逆变指示灯熄灭，此时UPS无输出电压，但继续对电池组充电。无市电输入，按开机键3s以上启动，UPS先进行自检，然后转到逆变器输出，此时市电指示燈不亮，电池指示灯会亮；持续按关机键1s以上关机。关机时，UPS会进行自检，直至面板无显示，UPS才无输出电压。
五、结束语
随着电子器件的发展，网络智能化UPS技术和全数字化UPS技术的出现，不仅提供完全可靠的网络电源管理，也为节能、环保提供了一种最佳的解决方案。随着科学的进步，UPS电源技术在不久的将来会开辟一个更新的领域。
关键词：UPS；逆变器；维护
一、UPS工作原理和操作方式
（1）典型的UPS系统框图如图1所示
它的基本结构是一套将交流市电变为直流电的整流器和充电器，以及把直流电再变为交流电的逆变器，电池在交流电正常供电时贮存能量且维持在一个正常的充电电压上，一旦市电供电中断时，蓄电池立即对逆变器供电以保证UPS电源交流渝出电压。下面几种简图示意了UPS的各种工作情况（以在线式UPS电源为例）。
①市电在UPS所允许的范围内正常供电时，如图2所示，粗线描绘了电源能量的流向。
②主电源故障即市电被切断后，电源将瞬间改由逆变器提供能量如图3所示。
③当所带负载过大或电源内逆变器出现故障时，UPS将打开旁路由主电源直接供电，如图4所示。
（2）UPS电源的操作方式
①后备式：当UPS电源处于市电正常供电时，由市电直接向计算机系统提供电源，当市电供电中断时，电池才对逆变器供电，并由UPS电源的逆变器对计算机系统提供交流电源。也就是说，UPS电源的逆变器总是处于对计算机系统提供后备供电的状态。
②在线式：它平时是由市电经由整流器、逆变器对计算机系统提供电源。只有当蓄电池放电完毕时，才由内部控制线路发出信号控制自动切换环关，转换成市电供电。因此，对在线式UPS电源而言，在正常情况下它总是由UPS电源的逆变器对计算机系统供电。
③两种方式的比较：由于在线式UPS电源能够避免掉所有由电网而带来的电压波动及干扰影响。其供电质量明显优越于后备式UPS电源，因此其价格也贵得多。
二、UPS电源的各种连接方式
（1）单台UPS电源能够供给全部负载，连接图如系统的原理图，连接方法较简单。
（2）总负载功率需要二台或更多台UPS电源供给，如图5所示，这种连接方式称作并联无备份方式。
（3）二台或二台以上UPS电源其总容比负载总容里要多，但该系统比负载总容量必须多一台UPS电源的容量，任何一台UPS电源故障时，其余仍能供给全部负载，如图6所示。这种连接方式称作并联有备份方式。
（4）整个UPS电源系统出现故障后，市电将UPS电源脱开，直接接通负载，且不影响UPS电源系统的维修，这种线路设计如图7所示。
当UPS电源系统无故障时，维修开关打开，输入开关、输出开关闭合；?当UPS电源系统故障时，维修开关闭合，输入开关、输出开关打开。这样，保证了用电负载的正常工作，而又不影响对UPS电源系统故障的在线维修。
三、UPS的主要技术指标
新型UPS中的逆变器大多采用了PWM技术，同时采用了石英晶体振荡控制逆变器的频率，通过电压负反馈电路确保输出电压的稳定。它具有开关电源的一系列优点，通过精确调整脉冲宽度，保证功率稳定输出，同时，开关电源技术的应用，也使其自身损耗大大降低。主要技术指标如下：（1）额定输出功率和最大输出功率；（2）切换时间；（3）输出电压稳定度，参考值±0.5% ～±2%；（4）输出频率稳定度，参考值±0.01% ～±0.5%；（5）输出波形纯正（正弦波输出），电压畸变小于1%，不存在潜波失真的问题；
（6）效率高、损耗低。参考指标高于90%；
（7）故障率低、维护容易。由于微处理器监控技术和先进的IGBT驱动型SPWM等高技术的采用，目前的UPS已达到了极高的可靠性水平，对于大型UPS电源来讲，其单机的年均无故障工作时间（MTBF）已超过20万小时。如果采用双总线输出的多机/冗余0型UPS供电系统，其MTBF甚至可达1000万小时数量级。
四、UPS应用中的注意事项
UPS智能化程度高，储能电池采用了免维护蓄电池。这虽给使用带来许多便利，但在使用过程中还应在多方面引起注意，才能保证安全。
（1）UPS主机对环境温度要求不高，5～40e都能正常工作。但要求室内清洁、少尘，否则灰尘加上潮湿会引起主机工作紊乱。储能蓄电池则对温度要求较高，标准使用温度为25e，平时不能超过15～30e的范围。温度太低，蓄电池容量会下降。温度每下降1e，容量下降1%。其放电容量会随温度升高而增加，但寿命降低。如果在高温条件下长期使用，温度每高10e，电池寿命约降低50%。
（2）设置的主机参数在使用中不能随意改变，特别是电池组的参数。如果改变，就会直接影响使用寿命。随着环境温度的改变，对浮充电压要做相应调整。通常以25e为标准，环境温度每升高或降低1e时，浮充电压应增加18mV（相对于12V蓄电池）。
（3）只靠UPS自行供电时，应避免带负载启动UPS，首先应切断各负载，直到UPS起动后再开启。负载瞬间供电时会冲击电池，多负载的冲击电流加上所需的供电电流会造成UPS瞬间过载，严重时将损坏变换器。
（4）合理设置UPS负载量。一般来说，UPS既不宜长期满载运行，也不宜长期处于负载过轻的状态下运行。前者容易造成UPS逆变器及整流滤波器的损坏，而后者容易造成UPS中的蓄电池损坏。UPS的负载量受几方面影响，其中负载功率因数取0.9左右，微带电容性负载最为理想。如：流入微机开关电源中的300V直流高压滤波电容中容性电流增大，易造成电容因长期过流而失效，有时会损坏开关电源的功率管，会造成显示器上的图形抖动和扭曲。
（5）UPS所带负载性质，除了不宜为感性负载，还不宜在UPS输出端带大功率可控硅负载、可控硅桥式整流负载和半波整流负载。如果在UPS输出端带有相控式的大功率（负载超过UPS额定负载的50%）晶闸管负载或半波整流性负载时，UPS的故障率会明显增加。主要表现为：逆变器末级驱动功率晶体管或MOS管将烧毁，有时还会造成蓄电池因末级驱动功率晶体管击穿短路而损坏。 （6）由于电池组电压很高，存在电击的危险，装卸导电连接条、输出线时应注意安全保障，对工具应采用绝缘措施，特别是输出接点应有防触摸措施。
（7）不论是在浮充工作状态还是在充电、放电检修测试状态，都要保证电压、电流符合正常运行的要求。过高的电压或电流可能会造成电池的热失控或失水，电压、电流过小会造成电池亏电。这些都会影响电池的使用寿命，前者的影响更大。
（8）在任何情况下，都应防止电池短路或深度放电，因为电池的循环寿命和放电深度有关。放电检修中，放电为容量的30% ～50%就可以了。
（9）应避免电池大电流充放电。虽说在充电时可以接受大电流，但在实际操作中应尽量避免，否则会造成电池极板膨胀变形，极板活性物质脱落，电池内阻增大，温度和升高，严重时将造成容量下降，寿命缩短。
（10）放置UPS的地方必须良好通风，远离水、可燃性气体和腐蚀剂，环境温度保持0～40e之间，若是在低温下拆装使用，可能会有水滴凝结现象，一定要等待UPS内外完全干燥后才可安装使用，否则有电击危险。
（11）UPS电源不宜侧放，应保持进风孔与出风孔通畅；负载与UPS电压连接时，须先关闭负载，再接线，然后逐个打开负载，严禁将电机、日光灯、复印机等感性负载接入UPS，以免造成伤害。需接激光打印机时，因其运行时启动功率较大，选择UPS时，其容量要以启动功率来计算。
（12）将UPS接到专用的带有过电流保护装置插座上，所用电源插座应接保护地端；无论输入电源线是否插入市电的相线与中性线位置必须符合规定。保证UPS电源输入、输出插座均符合我国交流电输入插座的连接方式，如不符合，则需要更换中性线与相线位置，否则，易造成UPS电源或负载设备损坏。
（13）UPS电源一旦接通市电，即开始对电池组充电，持续按开机键1s以上进行开机，即开启逆变器。开机时UPS会自检，然后启动旁路，经几秒钟转换到逆变器输出，当逆变输出指示灯亮，UPS已处于市电模式；持续按关机键1s以上，在市电时进行关机，即关闭逆变器，关机时UPS进行自检，逆变指示灯熄灭，此时UPS无输出电压，但继续对电池组充电。无市电输入，按开机键3s以上启动，UPS先进行自检，然后转到逆变器输出，此时市电指示燈不亮，电池指示灯会亮；持续按关机键1s以上关机。关机时，UPS会进行自检，直至面板无显示，UPS才无输出电压。
五、结束语
随着电子器件的发展，网络智能化UPS技术和全数字化UPS技术的出现，不仅提供完全可靠的网络电源管理，也为节能、环保提供了一种最佳的解决方案。随着科学的进步，UPS电源技术在不久的将来会开辟一个更新的领域。