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2017-12-12 10:03:00 全球電氣資源
什么是UPS?
UPS - Uninterrupted Power System
利用電池化學(xué)能作為后備能量，在市電斷電等電網(wǎng)故障時(shí)，不間斷地為用戶設(shè)備提供(交流)電能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。
UPS的發(fā)展史
初期的不間斷電源裝置是旋轉(zhuǎn)型的,它是采用柴油發(fā)電機(jī)(以下簡(jiǎn)稱“油機(jī)”)一電動(dòng)機(jī)一發(fā)電機(jī)組來實(shí)現(xiàn)電能的。變換在正常情況下，市電供給電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)去帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，把發(fā)電機(jī)發(fā)出的電供給負(fù)載。電源系統(tǒng)中的飛輪慣性很大，它是一個(gè)貯能裝置，當(dāng)市電發(fā)生斷電時(shí)，電動(dòng)機(jī)就停止運(yùn)行，這時(shí)靠飛輪的慣性使發(fā)電機(jī)繼續(xù)發(fā)電，同時(shí)立即起動(dòng)油機(jī)供電，從而使負(fù)載不斷電。這種不間斷電源裝置運(yùn)行穩(wěn)定可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單，方便但笨重，效率低噪聲大，操作控制也不靈活 。 ·由于電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展，特別是可控硅制造工藝的不斷改進(jìn)，質(zhì)量不斷提高，價(jià)格逐步降低，便開展對(duì)靜止型不間斷電源裝置的研制。于是在60年代初，出現(xiàn)了用可控硅制成的靜止型不間斷電源裝置，它以可控硅組成電能變換電路
用蓄電池作為貯能元件，當(dāng)市電發(fā)生斷電時(shí)，由蓄電池代替整流器向逆變器供電，從而使負(fù)載不斷電。它與旋轉(zhuǎn)型電源裝置相比，沒有電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和飛輪之類的旋轉(zhuǎn)體，因此具有重量輕、效率高、噪聲小、操作控制靈活等優(yōu)點(diǎn)。但它過載能力差，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，維護(hù)技術(shù)要求高。從60年代到70年代，這種不間斷電源裝置發(fā)展得很快，使用也很廣泛。它采用了波形疊加技術(shù)，主電路采用可控硅。由于可控硅不能自關(guān)斷，因此逆變器需要換向電路，同時(shí)逆變器輸出的電壓需要進(jìn)行濾波，而換向電路和交流濾波電路都是出電感和電容所組成。它們的出現(xiàn)不但增大了體積，而且慣性大，使電源裝置輸出的動(dòng)態(tài)性能變差，同時(shí)由于大電流可控硅頻繁地工作，使電網(wǎng)波形變差干擾其他用戶 。
到了80年代，就利用自關(guān)斷的巨型功率晶體管(UR)來制作成實(shí)用的靜止型不間斷電源裝置，這樣既省去了換向電路，簡(jiǎn)化了主回路，減小了體積，提高了效率，改善了動(dòng)態(tài)性能，也提高了可靠性。但由于功率晶體管是一種少數(shù)載流子工作的半導(dǎo)體器件，它要求的驅(qū)動(dòng)電流較大，對(duì)器件各參數(shù)的選擇也要求嚴(yán)格，隨后又發(fā)展到利用自關(guān)斷的功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
(MosFET)來制作成實(shí)用的靜止型不間斷電源裝置。功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管是多數(shù)載流子工作的器件，它采用電壓驅(qū)動(dòng)。因此沒有存儲(chǔ)時(shí)間，從關(guān)斷到開通的速度很快。所需的驅(qū)動(dòng)功率也小，所以用功率晶體管和功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管制作成的靜止型不問斷電源裝置，目前使用得很廣泛 。
到了90年代，就利用絕緣柵雙極晶體管(IGBT)來制作成實(shí)用的靜止型不間斷電源裝置，絕緣柵雙極晶體管是一種由雙極晶體管和功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的組合器件，既具有功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電壓可控的特性和快速開關(guān)的特性，又具有雙極晶體管的大電流處理能力和低飽和壓降的特點(diǎn)，因此用它制成的不間斷電源裝置具有廣闊的發(fā)展前途。
為什么使用UPS?
對(duì)于精密負(fù)載設(shè)備來講,如大型數(shù)據(jù)中心、電信移動(dòng)計(jì)費(fèi)中心、銀行證券等金融系統(tǒng)的電腦網(wǎng)絡(luò)、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)控制儀器等。上述市電問題會(huì)引起數(shù)據(jù)丟失，設(shè)備壞或死機(jī)停止工作等影響用戶的正常工作 。
由于供電網(wǎng)絡(luò)和負(fù)載的復(fù)雜性，以及自然界雷擊等因素的影響，供給負(fù)載的交流電并不是穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)正波，會(huì)出現(xiàn)各種不良現(xiàn)象，這些市電問題分類如下 :
電源中斷--給用戶造成各種經(jīng)濟(jì)損失
1，數(shù)據(jù)丟失，通信中斷，商機(jī)延誤.直接損失以每分鐘5000-100000元
2，設(shè)備停運(yùn)，儀表失靈，手術(shù)中斷間接經(jīng)濟(jì)損失無法估量
電源污染--嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)安全和運(yùn)行效率
瞬態(tài)尖峰、電源浪涌、高壓脈沖、造成服務(wù)器、路由器、磁盤陣列等設(shè)備硬件損壞
諧波污染、線間噪聲、頻率漂移造成網(wǎng)絡(luò)傳輸誤碼率大增，數(shù)據(jù)傳輸速度低下
UPS的四大功能
1、 不停電功能 解決電網(wǎng)停電問題
2、 交流穩(wěn)壓功能 解決網(wǎng)壓劇烈波動(dòng)問題
3、 凈化功能 解決電網(wǎng)與電源污染問題
4、 管理功能 解決交流動(dòng)力維護(hù)問題
UPS的功能及地位演化
哪些行業(yè)需要UPS ?
銀行系統(tǒng)、證券系統(tǒng)、保險(xiǎn)系統(tǒng)、財(cái)政系統(tǒng)、稅務(wù)系統(tǒng)、公安系統(tǒng)、郵政系統(tǒng)、教育系統(tǒng)、鐵路系統(tǒng)、電力系統(tǒng)
UPS分類和工作原理
按工作原理不同，UPS分為:
離線式(后備式UPS、互動(dòng)式UPS)
在線式UPS
按供電體系不同，UPS分為:
單進(jìn)單出UPS
三進(jìn)單出UPS
三進(jìn)三出UPS
按輸出功率不同，UPS分為:
微型 <6kVA
小型 6-20kVA
中型 20-100KVA
大型 >100kVA
按電池位置不同，UPS分為:
電池內(nèi)置式UPS(標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型)
電池外置式UPS(長(zhǎng)延時(shí)機(jī)型)
按多機(jī)運(yùn)行方式不同，UPS分為:
串聯(lián)熱備份UPS(用于中小功率機(jī)器)
交替串聯(lián)熱備份UPS(中小UPS)
直接并聯(lián)UPS (用于中大功率)
按變壓器特點(diǎn)不同，UPS分為:
高頻UPS(高頻機(jī))
工頻UPS(工頻機(jī))
按輸出波形不同，UPS分為:
方波輸出UPS
階梯波(準(zhǔn)正弦波)UPS
正弦波輸出UPS
UPS的基本原理
后備式UPS運(yùn)行原理
有市電時(shí)，市電通過開關(guān)后直接供給負(fù)載，逆變器不工作;另外，市電通過充電器給電池充電。
停電后，啟動(dòng)逆變器，把電池儲(chǔ)存的能量通過逆變器和開關(guān)供給負(fù)載。
其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低，但輸入電壓范圍窄、輸出電壓穩(wěn)定精度差、有切換時(shí)間，且輸出波形一般為方波
動(dòng)式UPS運(yùn)行原理
在線互動(dòng)UPS與后備式比，主要區(qū)別在于:逆變器與充電器合二為一;輸出通過變壓器的抽頭跳變，實(shí)現(xiàn)分段穩(wěn)壓
在線互動(dòng)式UPS
在市電正常時(shí)，直接由市電向負(fù)載供電。當(dāng)市電偏低或偏高時(shí)，通過UPS內(nèi)部穩(wěn)壓線路穩(wěn)壓后輸出。當(dāng)市電異?；蛲ｋ姇r(shí)，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)為電池逆變供電。其特點(diǎn)是:有較寬的輸入電壓范圍、噪音低、體積小等特點(diǎn)。但同樣存在切換時(shí)間 。
在線式UPS運(yùn)行原理
不管電網(wǎng)電壓是否正常，負(fù)載所用的交流電壓都要經(jīng)過逆變電路，即逆變電路始終處于工作狀態(tài)
在線式UPS，在市電正常時(shí)，由市電進(jìn)行整流，提供直流電壓給逆變器工作，由逆變器向負(fù)載提供交流電。在市電異常時(shí)，逆變器由電池提供能量，逆變器始終處于工作狀態(tài)，保證無間斷輸出。其特點(diǎn):是有極寬的輸入電壓范圍，無切換時(shí)間，且輸出電壓穩(wěn)定，精度高，特別適合對(duì)電源要求較高的場(chǎng)合，但是成本較高
Delta變換UPS運(yùn)行原理
Delta變換器和補(bǔ)償變壓器實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓功能，主變換器是雙向變換器。不能穩(wěn)定頻率。
四種UPS的比較
來源:網(wǎng)絡(luò)
