UPS供电系统知识

一、UPS 简介

UPS是其英文名“Uninterruptible Power Supply”的缩写，翻译为中文即不间断电源，顾名思义，其作用就是为用电设备提供不间断的电源，即在市电停电时，其仍具备一定时间的持续供电能力，进而保障用电设备不会因此而立刻停机。

UPS的主要功能有两点， 一是做为重要设备的交流供电电源，防止市电突然断电而影响正常工作，给设备造成损害；二是消除市电中的电涌、瞬间高电压或低电压、电线噪声和频率偏移等“电源污染”，改善电源质量，为重要设备或设施提供高质量的电源。

二、UPS 的组成及其工作过程描述

1. UPS 的组成

变电站内UPS系统一般由电力UPS主机、旁路稳压柜、输出馈线柜等三部分组成 （其功率较小时也可以三合一）。其中UPS主机为核心部分，包括整流器、逆变器、蓄电池、隔离变压器、稳压器等部分。USP系统如图1所示。

2. UPS 主要组成部分的介绍

①整流器

整流器是一个对输入的市电进行整流的装置， 其主要功 能是利用二极管的单向导电性将交流电转换成直流电， 其原 理如图 2 所示。

在UPS主机中，整流器有两个主要功能，一是将交流电（AC）变成直流电（DC），经滤波后供给逆变器；二是给蓄电池组充电，起到一个充电器的作用。

②逆变器

逆变器与整流器相反，其主要作用是将直流电（DC）转化为交流电（AC），供给负载使用。由于逆变器工作原理较整流器更加复杂，介于篇幅，这里不再细说。

③蓄电池

蓄电池是UPS用来作为储存电能的装置，当市电供应正常时，通过整流后的一部分直流电会给蓄电池进行充电，将电能转化成化学能；当市电失电时，蓄电池储存的化学能通过逆变器将直流电转换成交流电，为负载提供不间断电源。

④静态开关

静态开关又称为静止开关，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，是保证系统不间断供电的重要组成部分。其工作原理如图5所示。

逆变器正常工作时，S1导通，S2关断，逆变器通过S1为负载供电；当逆变器因故障退出供电时，S1关断，S2导通，由市电旁路继续为负载供电。静态开关与其检测控制电路配套使用，可将大中型UPS的逆变旁路切换时间控制在 1ms以内甚至更短。

⑤隔离变压器和稳压器

隔离变压器和稳压器在UPS系统回路中，主要作用是将其两侧电流进行隔离。其中，稳压器除了隔离功能之外还有稳定电压的作用；对于部分型号的 UPS，其主机中的隔离变压器，还会起到升压作用，用于弥补整流-逆变过程产生的电压降。

3. UPS 的工作过程

为方便描述，将UPS系统图简化如图6所示。

其工作过程如下：当市电正常供应时，供电回路会通过输入开关Q1，经整 流器、逆变器、静态开关、输出开关Q5至用电设备，完成用电设备的电力供应；或由旁路电源回路，通过旁路开关Q2经静态开关至用电设备，完成电力供应。在以上过程中，静态开关可在极短的时间（1ms甚至更短）内完成切换，从而保障供电的持续性。当市电故障无法正常供电时，供电回路变为由蓄电池经电池开关、逆变器、静态开关、输出开关Q5至用电设备。在从市电供电到电池供电之间，不需要额外的切换时间，从而保障供电的不间断。当然，通常蓄电池的供电时间有限，需尽快启用备用电源或者恢复市电供电。

三、UPS 的四种运行模式

根据UPS的工作原理和工作过程，其通常有四种工作模式，这里仍以图6为基础，对其工作模式进行以下简要说明。

1. 常规工作模式

在正常交流电源供应下，输入市电经经输入开关Q1流向整流器，由整流器将交流电转换为直流电，将市电中的“电源污染”消除。转化后的直流电一部分用作对蓄电池充电，另一部分则供给逆变器，将直流电转换为交流电，为负载提供稳定的电源。

2. 停电模式

当交流电源发生异常或整流器故障时，蓄电池组由充电状态转换成放电状态，输出直流电至逆变器，然后再转换成交流电为负载供电。蓄电池的存在使交流输出不会有中断，进而起到负载不断电的作用。

3. 备用电源模式

当逆变器发生异常状况如逆变器保险丝熔断、短路等故障时，逆变器会自动切断以防止损坏，若此时旁路交流电源正常时，静态开关会将电源供应转为由旁路备用电源输出给负载使用。

4. 维护旁路模式

当UPS要进行维修或更换电池而且负载的供电又不能中断时，可以先切断逆变器开关然后合上维修旁路开关Q3，再将整流器和旁路开关切断。交流电源经由维护旁路开关继续供应交流电给负载，此时，维护人员可以安全地对 UPS进行维护。

这里需要说明的是，一定要先切断逆变器开关，然后才能将维修旁路开关合闸， 否则容易发生爆炸事故。因为即便是UPS主机和旁路均引自同一市电回路，但经整流器-逆变器处理过的市电电源， 其电参数与原市电电源相比已然发生较大变化，贸然合相是很危险的行为。

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