知识学习：UPS基础知识学习（一）

不间断电源（UPS）是一种集数字和模拟电路、自动控制逆变器玉免维护存储、以逆变器为主要组成部分的恒压恒频于一体的储能装置。UPS是能够提供持续、稳定、不间断的电源供应的重要外部设备。

UPS的功能

UPS主要用于计算机、计算机网络系统设备或者其他电力电子设备提供不间断的电力供应。

当市电输入正常时，UPS将市电电压稳定后供应给末端的负载使用，此时UPS就是一台交流市电稳压器，有净化市电的作用，同时还可以通过UPS的整流器（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）转化后给电池充电。

当市电出现异常、市电突然断电时，UPS立即将电池的储存电能通过逆变器将直流转化为交流给末端负载供电；使用户有充裕的时间采取应对措施。

总之，UPS主要有两个主要功能：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。

UPS的基本构造

从UPS构造上来讲，主要是由：滤波器、整流器、逆变器、开关、旁路等组成。

滤波器是由电容、电感和电阻组成的滤波电路。滤波器可以对电源线中特定频率的频段或该频段以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号，或消除一个特定频率后的电源信号。

整流器是把交流电转化成直流电的装置，整流器可以由真空管，引燃管，固态矽半导体二极管，汞弧等制成。相反，一套把直流电转换成交流电的装置，则称为“逆变器”。

整流器主要有两个功能：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。

逆变器是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成定频定压或调频调压交流电（一般为220V,50Hz正弦波）的转换器。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。

逆变器是一种DC to AC的变压器，它其实与转化器是一种电压逆变的过程。转换器是将电网的交流电压转变为稳定的12V直流输出，而逆变器是将Adapter输出的12V直流电压转变为高频的高压交流电；两个部分同样都采用了用得比较多的脉宽调制（PWM）技术。

逆变器在工作时其本身也要消耗一部分电力，因此，它的输入功率要大于它的输出功率。逆变器的效率即是逆变器输出功率与输入功率之比，即逆变器效率为输出功率比上输入功率。

按照源流性质，逆变器可以分为有源逆变器和无源逆变器。

有源逆变器：是使电流电路中的电流，在交流侧与电网连接而不直接接入负载的逆变器。

无源逆变器：使电流电路中的电流，在交流侧不与电网连接而直接接入负载（即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载）的逆变器。

UPS开关是指UPS静态开关在发生故障时切断电源输出，做到逆变器输出和市电旁路输出间的无间断切换。

UPS旁路是输入输出之间的一个电路通路，通路中不是简单的一条直通导线，中间可能串联了空开、接触器、电子开关(如双向并联的可控硅组成的静态开关)及简单的滤波装置等。对UPS而言，旁路有两种，一种是内部旁路，或曰电子旁路、静态旁路、自动旁路，当UPS出现故障或工作条件有问题时，系统会自动转到内部旁路，也可通过人为操作来转内部旁路；另一种是外部旁路，或曰维修维护旁路，在系统需要维修维护时，市电经过它临时给负载供电，负载不受UPS保护。

UPS电源设计旁路输入的目的也是为了给电力电子设备提供不间断的电力供应。设计旁路的作用是：市电正常情况下，UPS电源的负载过重时或者UPS电源主机故障时，UPS会自动跳到旁路继续给电力电子设备提供电力供应。同时UPS也设计了维修旁路，UPS主机故障时可将UPS切换到维修旁路，可以维修UPS的同时给电力电子设备提供不间断的电力供应。

按照工作原理，UPS分为后背式UPS、在线式UPS、在线互动式UPS。

后备式UPS具有自动稳压、断电保护等UPS中最基础的也是最重要的功能；后备式UPS在市电正常时直接由市电向末端负载供电，当市电超出工作范畴或者停电时，通过转换开关转化为电池以便供电。

特点：机构简单，体积小，成本低，但是输入电压范围窄，输出电压稳定精确度差，有切换时间，且输出波形一般为准方波。

后备式的UPS一半有10ms左右的转换时间，逆变输出的交流电时方波而非正弦波，但是由于结构简单因而价格便宜。

在线式UPS是在市电正常时，有市电进行蒸馏提供直流电压给逆变器工作，有逆变器向负载提供交流电；在市电异常时，逆变器由电池提供能量，逆变器始终处于工作状态，保证不间断输出。

在线式UPS结构变焦简单，但是性能完善，能够解决所有电源问题，其显著特点是能够持续不间断的输出处境的正弦波交流电，解决电源尖峰、浪涌、频率漂移等问题。由于需要较大的投资，通常应用在关键设备与网络中心等对电力要求苛刻的环境中。

在线互动式UPS是在市电正常是直接由市电直接向末端负载提供电源，当时点偏高或者偏低不稳定时，通过UPS内部稳压线路稳定后输出；当市电异常或者停电时，通过转换开关转化为电池供电。在线互动式UPS的特点是有较宽的输入电压范围，噪声低、体积小，但是同样存在UPS的切换时间，后备式的UPS一半有10ms左右的转换时间，而在线互动式UPS的转换时间较短，在线互动式UPS的转换时间西小于4ms。

UPS的作用

随着计算机应用系统对电源的要求越来越高UPS日益受到重视，并逐渐发展成为一种具有稳压、稳频、滤波、抗电磁和射频干扰、防电压冲浪等功能的电力保护系统。尤其是在电网的线路及供电质量不太高、抗干扰的技术落后，同时计算机系统对电源的要求又比较高的情况下，UPS的作用就显得更加明显。

UPS的保护作用首先表现在对市电电源进行稳压，UPS的输入电压范围比较宽，一般情况是从170V到250V，而输出电源的质量是相当高的，后备式的UPS输出电压在5%~8%，输出频率稳定在1Hz；如图1，在线式UPS输出电压稳定在3%以内，输出频率稳定在0.5Hz。在市电正常时，UPS电源相当于交流市电稳压器；同时市电对蓄电池进行充电，此时也相当于充电器。在市电突然掉电的情况下，UPS自动切换到蓄电池供电，使计算机维持正常工作，保护软硬件不受损害。

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