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UPS設備概述：

隨著計算機的普及信息處理技術的不斷發(fā)展，當今在通訊系統(tǒng)，信息處理系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng)，交通管理系統(tǒng)，醫(yī)用控制系統(tǒng)及航空航天、氣象金融等。許多部門都已普及應用了計算機。為了保證計算機的正確、安全運行，我們對供電電源提出了越來越嚴格的要求，而UPS就是針對這一要求而設計發(fā)展普及起來的一種供電系統(tǒng)（Uninterruptible  Power  System）稱為“不間斷電源系統(tǒng)”或“不停電供電系統(tǒng)”簡稱UPS?，F(xiàn)在不間斷電源，在計算機的外圍設備中已經(jīng)從一個不是很受重視的角色迅速演變成為互聯(lián)網(wǎng)的關鍵設備及電子商務的保衛(wèi)者。UPS作為信息社會的基石，已開始了它新的歷史使命，隨著國際互聯(lián)網(wǎng)時代的到來，對電力供電質(zhì)量提出了越來越高的要求，無論是整個網(wǎng)絡的設備還是數(shù)據(jù)傳輸途徑給以端到端的全面保護，都要求配備高質(zhì)量的不間斷電源。

當市電供電出現(xiàn)以下供電質(zhì)量問題時：（1）電涌。（2）高壓尖峰。（3）暫態(tài)過壓。（4）電壓下陷。（5）線路燥聲。（6）頻率偏移。（7）持續(xù)低壓。（8）市電中斷。UPS將確保輸出以穩(wěn)定、純凈，不間斷的正弦波交流電壓，從而使微機系統(tǒng)正常工作。

二．UPS基本分類及技術特點：

為解決電網(wǎng)存在一質(zhì)量問題，人們研制出不同類型的UPS。盡管UPS可按不同方式分類，但從UPS的電路結構和不間斷的供電的方式來看，主要有以下四大類：

一．后備式。  二．在線互動式。 三．雙變換在線式。 四．雙變換電壓補償在線式（略）。

1.1后備式（圖1）

它是靜止式UPS的形式，應用廣泛，技術成熟，一般只用于小功率范圍。電路簡單，價格低廉。

1．  功能部件

（1）充電器：市電存在時，通過整流對蓄電池進行浮充充電；如果要求長延時，除了增加蓄電池容量之外，還需相應地加強充電能力和逆變器的散熱措施。

（2）逆變器：市電存在時，逆變器不工作，也不輸出功率，當市電掉電時，則由逆變器向負載供電，電壓波形有方波、準方波、正弦波等。

（3）輸出轉(zhuǎn)換開關：市電存在時，接通市電向負載供電；市電掉電時，斷開市電通路，接通逆變器，繼續(xù)向負載供電。（4）自動穩(wěn)壓：市電存在時，可粗略穩(wěn)壓及吸收部分電網(wǎng)干擾。

2．  性能特點

1)       當市電存在時

市電利用率高，可達成98%以上。 輸入功率因數(shù)和輸入電流諧波取決于負載性質(zhì)。

輸出能力強，對負載電流小組峰因數(shù)、浪涌系數(shù)、輸出功率因數(shù)、過載等沒有嚴格的限制。

輸出電壓穩(wěn)定度、精度均差，但能滿足一般要求。

2)       當市電掉電時  轉(zhuǎn)換時間一般為4-10ms。

輸出轉(zhuǎn)換開關受切換電流能力和動作時間限制，一般后備式UPS多在2kVA以下。

2.1在線互動式（圖2）

“在線”在含義是逆變器工作，但不輸出功率，處于熱備份狀態(tài)，同時兼顧對蓄電池充電，增大了UPS在市電正常時的功率容量，并且減少了市電掉電時的轉(zhuǎn)奐時間，提高了輸出電壓的濾波作用，它屬于并聯(lián)功率調(diào)整方式，輸出功率多在5kVA以下。

1．  功能部件

（1）       輸入開關：市電掉電時，自動斷開輸入開關，防止敦變器向電網(wǎng)反饋電。

（2）       自動穩(wěn)壓器：市電存在時，可粗略穩(wěn)壓及吸收部分電網(wǎng)干擾。

（3）       逆變器：此敦變器具有雙向變換功能，當市電存在時為整流器，給蓄電池浮置充電；當市電掉電時為逆變器，由電池供電，保持UPS繼續(xù)輸出供電。

2．  性能特點

（1）當市電存在時

市電利用率高，可達成98%以上。

輸入功率因數(shù)和輸入電流諧波取決于負載性質(zhì)。

輸出能力強，對負載電流波峰因數(shù)、浪涌系數(shù)、輸出功率因數(shù)、過載等沒有嚴格的限制。

輸出電壓穩(wěn)定度、精度均差，但滿足一般要求。

變換器直接接在輸出端，并處于熱備份狀態(tài)，對輸出電壓尖峰干擾有抑制作用。

（2）當市電掉電時

因為輸入開關存在斷開時間，致使UPS輸出仍有轉(zhuǎn)換時間，但比后備式要小得多。

電路簡單、成本低、市電供電時可靠性高。

變換器同時具有充電功能，且其充電能力很強。

如在輸入開關與自動穩(wěn)壓器之間串接一電感，當市電掉電時，逆變器可立即向負載供電，可避免輸入開關未斷開時，逆變器反饋到電網(wǎng)而出現(xiàn)短路的危險。

這樣可使在線互動式的轉(zhuǎn)換時間減少到零，并增加抗干擾能力，但卻降低了UPS的輸出功率因數(shù)。

3.1雙變換在線式（圖3）

傳統(tǒng)雙變換在線式，特別是大功率UPS，目前扔多采用這種電路結構，它屬于串聯(lián)功率傳輸方式。

1．  功能部件

（1）整流器：當市電存在時，實現(xiàn)DC—AC轉(zhuǎn)換功能，一方面向DC—AC逆變器提供能量，同時還向蓄電池充電。該整流器多為可控硅整流器，但也有IGBT-PWM-DSP高頻變換新一代整流器。

（2）逆變器：完成DC—AC轉(zhuǎn)換功能，向輸出端提供高質(zhì)量電能，無論由市電供電或轉(zhuǎn)由電池供電，其轉(zhuǎn)換時間為零。

（3）靜態(tài)開關：當逆變器過載或發(fā)生故障時，逆變器停止輸出，靜態(tài)開關自動轉(zhuǎn)換，由市電直接向負載供電。靜態(tài)開半為智能型大功率無觸點開關，轉(zhuǎn)換時間可認為零。

2．  性能特點

（1）     不管有無市電，負載的全部功率都由逆變器提供，保證高質(zhì)量的電力輸出。

（2）     市電掉電時，輸出電壓不受任何影響，沒有轉(zhuǎn)換時間。

（3）     由于全部負載功率都由逆變器負擔，因而UPS的輸出能力不理想，對負載提出限制條件，如負載電流峰值因數(shù)，過載能力，輸出功率因數(shù)等。

（4）  對可控整流器還存在輸入功率因數(shù)低，無功損耗大，輸入諧和波電流對電網(wǎng)產(chǎn)生極大的污染等缺點。當然，若使用IGBT-PWM-DSP整流技術或功率因數(shù)校正技術，可把輸入功率提高到接近1，輸入諧波電流也將降到〈3% 以下。但12脈沖整流只能將輸入功率因數(shù)做到0.95左右。

（5）     在市電存在時，串聯(lián)式的兩個變換都承擔100%的負載功率，所以UPS整機效率較低：

（6）     為了提高雙變換在線式UPS在市電存在時的節(jié)能及運行可靠性，近來有人提出在線式UPS的后備運行設想和技術，在電網(wǎng)電壓條件較好的地方，在輸入電壓處于某一種范圍內(nèi)時（可自行設置），當UPS本身配置很強的抗干擾電路功能時，通過智能開關，把UPS設置在后備式運行，逆變器空載熱備份，對于要求供電質(zhì)量并不十分苛刻的用戶，這可能是一種可行的方案。

（7）     高輸入功率因數(shù)雙變換在線式UPS有很大的節(jié)以效果，因為當今應用的負載幾乎全為非線性負載，如果負載直接接入電網(wǎng)供電，其輸入非正弦峰值電流很大，造成很大的輸入無功損耗。當然接入低輸入功率因數(shù)雙變換在線式UPS，其輸入非正弦峰值電流也將很大，也會造成很大的輸入無功損耗，只不過前者是右面線性負載直接消耗電網(wǎng)的無功功率，機時后者卻是通過UPS來消耗電網(wǎng)的無功功率，但高輸入功率因數(shù)在雙變換在線式UPS卻能通過能量變換關系，把非線性負載引起的無功損耗降至低，因而高輸入功率因數(shù)雙變換在線式UPS具有節(jié)能效果，這是后備式、在線互動式望塵莫及的。

表—1  不同電路結構UPS對電網(wǎng)的適應能力

UPS技術：

本公司經(jīng)營理念以“技術”為第一位，集高頻化，PFC（功率因數(shù)校正）技術、CPU（微電腦）控制為一體，專案設計出1-3KVA SP系列高頻化智能超小型UPS，設計出具有超寬輸入電壓及超大功率充電的5-10KVA AP系列加強型UPS。

由在線式UPS架構可知，過去常采用的低頻式架構中，內(nèi)含低頻的輸入和輸出變壓器體積大、重量重、噪聲大、效率低，使得UPS不僅外觀笨重而且造價昂貴，且輸出變壓器的存在相當于一電感慣性環(huán)節(jié)使UPS輸出動態(tài)性受到一定影響。而采用高頻化抽設計的UPS去掉了笨重的低頻輸入、輸出充壓器，使用磁芯高頻變壓器，使其體積及重量減低，節(jié)省材料成本，提升整機動態(tài)性能，更可使UPS設計成模組化結構，可靠性獲得提升，更符合電腦輕、薄、短、小的趨勢。與傳統(tǒng)的低頻UPS相比，以1KVA高頻機為例，其體積、重量分別降為原來的40%、50%。

由以上比較可知：高頻化技術的應用使產(chǎn)品將更小、更安靜、更有效率、更為可靠，這也是UPS的必然發(fā)展方向。高頻UPS是“更好、更便宜”的機型，無怪乎歐美市場已無低頻UPS的生存空間，而日本更早于7、8年前就已走上這條路了。事實上高頻UPS已是歐、美、日先進國家的市場主流，我們深信這股潮流很快會席卷中國UPS市場。

捷力SP系列UPS是公司開發(fā)的第二代全高頻化UPS，這是公司根據(jù)所掌握的先進技術及世界UPS發(fā)展趨勢所設計的集高頻化、PFC、CPU于一體的UPS，也是來自臺灣的第一家向大陸市場提供第二代高頻化UPS的企業(yè)。時值一年，行銷數(shù)千臺，已證實了產(chǎn)品在大陸市場的優(yōu)越性及廣大客戶對產(chǎn)品的認可和信賴。同第一代高頻機相比，主要的改革有二點：（1）采用PFC技術的SPWM整流電路取代原二極管地中流電路，降低對電網(wǎng)污染提升輸入功率因數(shù)。（2）電路在市電供電時省去一功率變換環(huán)節(jié)（Booster）使交流供電時UPS效率更高、更可靠。

可以計算其效率如下：

第一代：整機效率=整流效率×Booster效率×逆變效率

第二代：整機效率=整流效率×逆變效率

在96年末，可以看到各UPS制造商開始轉(zhuǎn)向第二代高頻機，而捷力二代機已進入大陸市場1年，其制造工藝技術更趨完善，可靠性更高。

需要說明的是目前還有一種所謂半高頻機，它實質(zhì)是整流及電池部分采用第一代高頻機架構，逆變?nèi)杂迷皖l機架構，它也必然繼承了第一代高頻機整流電路及低頻機逆變電路不足，作為由低頻架構向高頻回構的一種過渡而會被淘汰。

PFC——符合綠色電力環(huán)保要求，拓展了輸入電壓范圍

PFC（Power  Factor  Correction）技術是為了改善以往傳統(tǒng)整流電路的低功率因數(shù)，會從電網(wǎng)吸取峰值電流設計，由于電腦顯示器、打印機等設備，開關整流電源被廣泛采用，使得功率消耗都集中于峰值處，結果造成市電波嚴重失真，干擾市電電網(wǎng)上的其它用電設備。

我們把傳統(tǒng)整流電路及PFC整浪電路的架構及波形作一比較。

由以上比較可知傳統(tǒng)整流電路從電網(wǎng)吸取的尖峰電流大，使得配線容量加大，而采用PFC整流，此現(xiàn)象則可徹底改善。這一技術的實質(zhì)是通過功率管Q的開關作用使電感L中的電流的大小市電電壓瞬時值大小的變化而同步變化，從而在輸入端得到一正弦波電流。我們以3000VA為例來計算所需要的配電容量。

無PFC的UPS：輸入電流有效值Irms=容量3000VA×輸出功率因數(shù)0.7÷效率0.8÷輸入功率因數(shù)0.7÷輸入電壓220V=17A輸入電流峰值Ip=Irms×2 .8=47.6A

有PFC的UPS：輸入電流有效值Irms=容量3000VA×輸出功率因數(shù)0.7÷效率0.7÷輸入功率因數(shù)0.97÷輸入電壓220V=12.3A輸入電流峰值Ip=12.3×1.414=17.4A

顯然采用PFC整流電路后UPS從電網(wǎng)吸取的峰值電流及功率大大降低，避免了UPS對電網(wǎng)的污染，更重要的是UPS隨著電網(wǎng)輸入電壓的降低其輸入電流將增大，若無PFC技術，則在電網(wǎng)電壓降至160V時，其輸入電流有效值變?yōu)?/span>23.4A，峰值變?yōu)?/span>65 .6A，顯然，很難使UPS在這種電壓下運行（因為電流的增大，將使發(fā)熱按電流的平方關系增加，由理論公式P_R=I²_R為證）。而采用PFC技術的UPS因電流增大不明顯而可將輸入電壓下限拓延至160V，即PFC整流電路除作功率因數(shù)校正、提高功率因數(shù)、符合綠色電力環(huán)保要求外，還起著另外一個作用，即拓展UPS輸入電壓范圍。

捷力UPS在PFC整流電路中，采用35KHZ高頻PWM控制技術、德國IXYS軟快速恢復整流器件、東芝（Toshiba）第三代功率場效管（Power  MOSFET）、美國Unitrode公司功率因數(shù)校正芯片及精心設計的電感L及電流檢知元件CT，從而確保UPS可靠高效運行，以1K機為例，在滿載時可將其PF校正至0.98以上，輸入電壓范圍拓寬至160-270V。

CPU 微處理器控制

CPU微處理器控制，不僅提升了產(chǎn)品集成度、可靠度，而且提供了UPS與電腦溝通的機會。當絕大數(shù)同等容量的UPS還在使用數(shù)字、模擬混合電路和或?qū)Ｓ?/span>Hybird,捷力公司研發(fā)人員就已轉(zhuǎn)向了開發(fā)具有自主版本的控制軟件的微處理器控制之路，捷力SP系列UPS采用了美國ATMEL公司具有Flash  Memory的AT89C51/52高檔微處理器運行的僅是任務單一的數(shù)千了節(jié)的程序，其速度之快可想而知。由于采用了高檔微處理器，捷力UPS控制電路性能更加卓越：

（1）       具有非常強的數(shù)據(jù)邏輯運算能力，使整個控制系統(tǒng)響應極快，UPS動態(tài)性能得以大大提升。

（2）       具有很強的通訊能力，并且有友好的通訊界面，借由接口電路除傳遞市電異常、電池低壓及搖控關機信號外，還可提供輸入輸出資料（如電壓、電流頻率、功率因數(shù)、VA, 、W）、電池電壓、UPS狀態(tài)等以適應電腦網(wǎng)絡化之趨勢。

（3）       具有很強的故障診斷及處理能力，確保UPS及負載安全運行。

（4）       單片式結構使硬件電路大幅減少，控制可靠性提高。

總之捷力公司擁有自主版本的控制軟件配合高檔微處理器為捷力UPS整機性能的提高提供了強有力的技術支持。

功率變換技術

捷力公司在SP系列UPS中采用了一系列高頻功率轉(zhuǎn)換新技術，在設計上采用Power  MOSFET與IG

器件相結合，除逆變采用20KHZ  SPWM技術控制外，其余各功率變換環(huán)節(jié)均配合精心設計的磁性元件，將開關頻率提升至35～50KHZ，從而使UPS的濾波環(huán)節(jié)尺寸進一步減小，動態(tài)性能進一步提高。在AP系列設計中全部采用IGBT模塊及整流模塊，設計冗裕度大、壽命長，且可靠度高。在逆變器控制技術中采用瞬時電壓控制技術與數(shù)字調(diào)節(jié)相結合，確保UPS對非線性負載的適應能力，將UPS帶100%整流負載時的畸變將至4%以內(nèi)。

大功率充電技術

捷力公司針對大陸電網(wǎng)這狀況，全線設計產(chǎn)品中均具有長效型機種。內(nèi)置2—10A可調(diào)大功率高頻充電系統(tǒng)，嚴格按照電池特性充電，確保延長電池壽命究表明，若電池充電電流過小，則會導致：（1）電池放電后不能完全恢復至額定容量，隨著放電次數(shù)增加，將會造成電池容量明顯下降，縮短電池使用壽命（2）充電時間延長，不適于頻繁停電場合。捷力在功率高頻充電技術，采用35～50KHZ高頻交換式電源方式，恒壓限流二段式充電曲線，確保電池供電時間，延長電池壽命，AP系列充電系統(tǒng)更采用5段電流撥碼開關控制，充電電流分2A、4A、6A、8A、10A五檔可控，以和電池配合支持不同備用時間。

智能保護技術

由于在UPS中采用CPU控制，保護技術采用軟、硬件相結合及相關診斷技術，確保UPS及負載可靠，主要體現(xiàn)在：

* 電池電量檢知：根據(jù)電池放電電流（深度）經(jīng)過軟體運算，決定電池關機電壓，延長電池壽命。

     * 逐脈沖限流保護技術：逆變器可承受瞬間脈沖電流，適應任何沖擊負載（如顯示器）開機而不跳旁路供電。

* 智能短路保護：采用軟、硬件結合自動識別輸出短路及過流，漢短路發(fā)生時，逆變迅速關閉但不跳旁路，以避免不必要的傷害。

* 自我故障偵側：UPS發(fā)生故障時，UPS可自行診斷故障部位，并通過UPS前面板LED組合來指示，幫助迅速修復UPS。

* 輸入過高壓保護：當市電高于273V時，UPS通過機械繼電器與市電隔離，以保護UPS及負載安全。

SP系列—1K/2K/3K特性說明：

* 高頻在線式設計、體積小、重量輕、效率高為******的世界潮流。

* 采用CPU微處理器控制，大幅提升產(chǎn)品的度及可靠度。

* 輸入功率因數(shù)改善線路，符合綠色電力環(huán)保要求，降低輸入尖峰電流。

* 寬限輸入電壓范圍，可接受160—270VAC，使用于電源環(huán)境惡劣地區(qū)。

* 長效型機種內(nèi)置5—10A大容量充電器，適用不同備用時間，嚴格按照電池特性充電，充電時間快，確保電池使用壽命。

* 可直流啟動，特別適用頻繁停電地區(qū)。

* 輸入頻率自動偵測，可與發(fā)電機連接使用。

* 正弦波輸出，低雜訊及低失真干擾，尖峰電流承受能力強，適用于電腦等整流性負載設備。

* 保護功能完善：

輸入過高壓保護：當市電電壓高于273V時，UPS與市電自動隔離；

特殊限流保護：逆變可承受瞬投脈沖電流而不跳旁路，以電池放電及過充保護；

雷擊及突波保護。

* 自我故障偵測功能，正確指示故障原因，提供維修判斷依據(jù)。

* 標準介面卡（NOVELL＋RS－232）配置可與不同軟體搭配，于各種系統(tǒng)上執(zhí)行監(jiān)控功能。

* 造型經(jīng)專家特別設計，外形美觀，更具人性化顯示面板。

UPS使用中注意事項:

1．  為UPS的運行提供較好的使用環(huán)境，在可能的情況下，盡量避免灰塵、油煙等侵入UPS。以減少UPS

因使用環(huán)境差而造成的故障。

2．對輸入UPS的市電電池輸出負載，各回路中所使用的空氣開關、閘刀開關、插座、接線等要確保接觸良好。如出現(xiàn)打火現(xiàn)象，要及時處理或更換。

3．UPS的輸出不允許接感性負載(如電鉆等)，盡量不要滿載，甚至過載下運行。如果出現(xiàn)過載告警，要立即卸掉部分負載。

4．定期2-3個月清掃UPS的進風孔，在機殼外用毛刷，對前面板的橫條形進風孔和側板小圓孔進行清掃，以利通風散熱，保證UPS工作穩(wěn)定。

蓄電池的維護

    蓄電池的維護極易被人忽視，有的單位對蓄電池的狀態(tài)從不檢查，這主要是不了解除蓄電池在UPS中的重要地位。以下簡單對蓄電池的維護加以說明：

1．蓄電池在UPS的重要位置，要求加強蓄電池的維護。有人說蓄電池是“UPS的心臟”，我們認為一點也不過分，因為沒有蓄電池或蓄電池的維持時間極短，則不間斷電源就不能稱為不間斷電源，而只能稱作穩(wěn)壓、頻壓電源。

2．蓄電池在整套UPS的成本中占有相當大的比例，特別是在小功率UPS中所占比重更大，所以一旦蓄電池由于維護不當損壞，對用戶來說，其經(jīng)濟負擔很重。

3．由于維護不當，蓄電池的故障率相當高，由于蓄電池故障而引起UPS不能正常工作的比例也相當大，這是需要我們引以重視的。

以上說明正確使用和維護蓄電池并非小事，它對保持UPS的正常運轉(zhuǎn)，延長蓄電池使用壽命非常關鍵。

蓄電池的日常維護工作：

1．定期檢查蓄電池的狀態(tài)，保持蓄電池室和電池容器、支架、外殼清潔。定期檢查電池串聯(lián)接線端子，使之接觸良好，防止電流放電時產(chǎn)生打火和壓降地大現(xiàn)象。

2．假若UPS在運行2～3個月期間很少發(fā)生停電或沒有停電現(xiàn)象，則應實行核對性放電，將市電人為斷開，放出電池容量的30%～40%，然后再接入市電正常運行。

3．及時處理落后電池，準備停用的電池，在停用前應先充。在放置后，每隔1～2個月充電一次。