新手UPS入门基础和原理详解

基本概念及组成

UPS，不间断电源设备，指不会因短暂停电中断、可以一直供应高品质电源、有效保护精密仪器的电源设备。全名Uninterruptible Power System。亦有稳定电压的作用，类似于稳压器。

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，稳压稳频输出的电源保护设备。主要由整流器、蓄电池、逆变器和静态开关等几部分组成。

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)，经滤波后供给负载，或者供给逆变器；
• 第二，给蓄电池提供充电电压。因此，它同时又起到一个充电器的作用；

2)蓄电池：蓄电池是UPS用来作为储存电能的装置，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。其主要功能是：

• 当市电正常时，将电能转换成化学能储存在电池内部。
• 当市电故障时，将化学能转换成电能提供给逆变器或负载；

3)逆变器：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；

4)静态开关：静态开关又称静止开关，它是一种无触点开关，是用两个可控硅（SCR）反向并联组成的一种交流开关，其闭合和断开由逻辑控制器控制。分为转换型和并机型两种，

• 转换型开关主要用于两路电源供电的系统，其作用是实现从一路到另一路的自动切换；
• 并机型开关主要用于并联逆变器与市电或多台逆变器。

电气变换种类

交流 →直流 整流变换

直流 →交流 逆变变换

高压 →低压 降压变换

 

低压 →高压 升压变换

三相IGBT全控整流桥

特点：PFC升压整流，高输入功率因数

单相半桥逆变电路

三相半桥逆变器

常用器件

无源器件：

电阻—消耗电能，电压电流同相位

电感—产生磁场储存磁场能量，通直流阻交流，电流滞后电压

电容—产生电场储存电场能量，通交流阻直流，电流超前电压

IGBT：绝缘栅型双极型晶体管全控型器件：开通可控，关断可控

器件特点：高输入阻抗；电压型控制器件，驱动功率小；开关速度快、工作频率可达10-100KHz；饱和压降低（相比MOSFET小得多）；电压、电流容量较大，安全工作区较宽。通常反向集成体二极管

半导体功率器件：

UPS的分类

按供电体系不同，UPS分为

• 单进单出UPS
• 三进单出UPS
• 三进三出UPS

按输出功率不同，UPS分为

小功率（<10kVA） 中等功率（10至30kVA） 大功率（>30kVA）

按变压器特点不同，UPS分为

• 高频UPS（高频机）
• 工频UPS（工频机）

按工作原理不同，UPS分为

• 后备式UPS
• 在线互动式UPS
• 在线式UPS

后备式UPS工作原理

特点：市电正常时逆变器不工作、 切换时间长

互动式UPS工作原理

特点：逆变器与充电器合二为一、 实现分段稳压

在线式UPS工作原理

特点：正常情况下逆变电路始终处于工作状态

在线式UPS工作模式

电池逆变工作模式：

当主路市电掉电或不正常时，系统自动无间断地切换到电池工作模式，由电池逆变出用户所需的三相四线交流电源向负载供电。市电恢复后系统自动无间断地恢复到正常工作模式 ，如图：

静态旁路工作模式：

旁路工作方式有两种，一种能自动恢复到正常工作模式；另一种需人工干预才能回到正常工作模式。在逆变器过载延时时间到、逆变器受大负载冲击等情况下，系统自动无间断切换到静态旁路电源向负载供电。在UPS恢复正常后，系统自动恢复正常供电方式。

当用户关机，或主路市电掉电（或不正常）且电池储能耗尽，或发生严重故障等情况下，逆变器关闭，系统会停留在旁路工作模式。此后若需恢复到正常工作模式，则需要用户重新开机，如图：

维修工作模式：

需要对UPS电源及电池等进行全面检修或设备故障需维修时，可以通过闭合维护开关Q3BP，将负载转向维修旁路直接供电，以实现对UPS不停电维护。维修需要断开UPS内部的主路、旁路输入电源和电池输入开关以及输出开关，实现UPS内部不带电而对负载仍然维持供电的维修工作模式，如图：