UPS电源问与答
一、什么叫UPS
不停电供电系统又叫不间断电源(Uninterrruputable Power System)简称UPS。
二、UPS电源的种类
UPS电源按输出功率和相数分,可分为大功率、中功率、小功率UPS、单相、三相UPS。一般中小功率UPS都做成单相,中大功率UPS做成三相。
按逆变器的功率器件可分为:SCR(可控硅)、STO(可关断晶闸管)、MOSEF(金属氧化物半导体场效应晶体管)等。
按波形可分为:正弦波、方波二种。
按UPS电源内部线路可分为下述几种:
①在线式(On-Line)UPS:具有整流器、逆变器、蓄电池,但没有静态开关,任何时候,都由逆变器给负载供电,市电电压输入范围较窄,适合于电网电压波动不大,5KVA负载下工作,UPS损坏后负载电源中断。
②离线式也叫后备式(Off-Line)UPS:具有简单的转换开关,正常情况下由市电直接给负载供电,市电停电后迅速切换为逆变器供电,逆变器的电能由蓄电池供给。市电恢复后自动转换为市电供电,国外生产的离线式UPS把离压尖峰脉冲和高频讯号等均有效地钳制及净化到最低程序。
③带转换开关的UPS电源:此种UPS为在线式,并具有市电旁路转换开关,但不是静态旁路开关。
④采用并机型静态开关的UPS:逆变器的输出电压情形市电长期锁相并联供电,不论逆变器故障或市电中断,负载上不会有短暂的供电中断,也不会有显著的电压波动。
⑤具有多重并联功能的UPS_冗余系统:多台UPS并联通过静态开关给负载供电。当一台UPS故障时,由其余UPS和市电并联后给负载供电。因此,这种系统供电的可靠性最高而且无中断时间。
⑥三端口UPS:市电和逆变器都送入稳压器CVT初级,经CVT谐振稳压,去干扰后给负载供电。正常情况下逆变器作充电器,给负载供电。市电中断后,蓄电池电能经逆变供给CVT给负载供电。三端口UPS可省去整流器,这种UPS性能一般,价格便宜,可靠性高。
三、UPS电源的性能指标
(1)市电输入：220V±10%三相四线制。
(2)电源频率：50Hz±5%。
(3)蓄电池输入：额定电压±15%。
(4)负载条件：0~100%负载，功率因数0.8。
(5)输出特性：稳态性能：(380V/220V(1~2%)波形畸变因数<5%，50Hz(1±0.5%)。暂态性能：0~50负载变化所对应的输出电原谅在(380V/220V)(1±10%)范围内1周期衰减到(380V/220V)(1±2%)。
(6)输出波形失真度≤5~8%。
(7)过载：在规定的环境温度下(25℃)。125%负载，边续运行。150%负载，30秒。800%负载，10毫秒。
(8)效率：700~90%(指在100%的负载下效率)。
(9)环境温度：0℃～40℃，湿度：0～90%。
(10)备用时间：主要由蓄电池容量和负载小决定，一般为5～30分钟。
(11)平均无故时间：为CVCF≥5000%小时，UPS>1000~5000小时，具有冗余系统的UPS>1000小时。
(12)噪音小：在离UPS设备1米处，噪音强度≤60~70bd。
(13)转换时间：同市电同步锁相的UPS中断时间T≤150us。市电不锁相的UPS中断时间≤4ms。
上述UPS性能虽较多，但衡量一个UPS系统的优劣，最主要有两条：一是“停电边接能力”，二是“平均故障间隔时间”。现在高质量的UPS，无论市电中断或逆变故障，都可以做到连续供电，没有中断时间，而且平均故障间隔可达10年以上的水平。
四、UPS电源的组成UPS电源主要有下述四部分组成：
(1)能源：市电电源、没机发电机组补充电源。
(2)储能装置：蓄电池组。
(3)能量转奂部件：主要包括整流器和逆变器，是UPS的核心部分。
(4)静态开关：订是由晶闸管竺大功率电子器以及逻辑控制电路组成。
五、逆变器的组成与作用
逆变器是UPS电源的关键设备，它由晶闸管主电路、输出变压器、交流滤波器以及各种控制电路组成，主要任务是将经过滤波的平稳直流电源变揣为一定波形和定频率的交流电，经过交流滤波装置，使负载得到50Hz的正弦交流电压? 1.UPS中逆变器的要求
UPS的逆变器不仅仅是将直流简单地变换为交流输出，而是有一系列的要求：
(1)UPS的交流输出电压必须具备自动稳压性能，因此逆变器电路的输出波形，应该容易实现电压自动调节。
(2)UPS的输出通常为二频正弦波，对非线性失真有一定的要求，因此，逆变器输出波形的谐波成分应尽量小，这样才便于进行正弦化滤波，并可使滤波器简化。
(3)逆变器的交流二频输出要求能与市电或另外一台逆变器的二频输出锁相同步，以便进行同频切换或并机运行，因此，主电路输出波形的频率和相位应能方便地随时进行调整。
(4)其他要求就是逆变器的效率要高，动态特性要好，触发控制回路要简单，元器件及材料消耗要少，无特殊规格要求，加工容易，成本低等。
逆变器的主要性能指标：
(1)直流输入电压：由接有蓄电池的多少面定，每只蓄电池的电压为1.75～2.25伏之间。
(2)交流输出电压：220±5%
(3)输入功率：单相UPS一般在2～30KVA，三相一般在30KVA以上。
(4)频率：内振50HZ，允许漂移不超过±0.5～1HZ。
(5)谐波：＜5%
(6)效率：＞75%～80%。
(7)功率因数：Cos滞后可达0.8。
(8)过流与限流：维持满载电流125～150%内可调。
(9)环境温度：0℃～40℃应能工作。
六、整流器的组成与作用
整流器：UPS电源用的整流器由晶闸管及控制电路组成，从不可控的整流直到来往电抗器的双反星可控整流都有。主要功能是在市电正常时或市电故障油机发电机组提供电源时为逆变器提供波纹很小的直流电压。因为在UPS中逆变器有自动调节输出电压的能力，所以对整流器的稳压性能一般来说没有什么严格要求，把直流电压的变化作为一个扰动量加入逆变器的自动调压系统。如果直流电压的变化±10%，而逆变器的输出电压变化±(1～2%)，容量同时满足蓄电池均衡充电和逆变器满载运行的需要，就可满足负载供电的要求。
主要性能指标：
(1)输入交流电压：一般均为380V±100%，三相四线制。
(2)频率：一般允许为50HZ±5%。
(3)容量：应能同时满足蓄电池均衡充电和逆变器满载运行的需要。
(4)自动稳压精度：在直流输出镇定点上，交流输入电压波动±10%，负载电流在20～100%的范围内，可以任意给定。
(5)自动稳流范围：在额定输出电流的10～120%的范围内，可以任意给定。
(6)自动稳压范围：在额定输出电压的±20%范围内，可以任意给定。
(7)波纹电压：不大于额定输出电压的1%。
(8)效率：≥80%。
(9)功率因数：Cos≥0.7。
(10)限流：多数为额定负载电流的120～150%。
一般常用整流器电路有不可控整流电路，可控整流电路、三相桥式半控整流电路三种。
七、静态开关的组成与作用
静态开关主要由晶闸管等大功率电子器件以及逻辑控制电路组成。可分为两类：一类是转换型，即两路交流电源通过转换开关相互切换的不间断供电方式。另一类是并机型，即由多台逆变器或逆变器和市电电源组成的并机型供电方式。
静态开关是UPS的关键，它决定了UPS的“停电连接能力”，静态开关的切换时间主要取决于电压或电流的检测时间，采用瞬时值检测可提高静态开关的切换速度，使UPS的切换时间下降100μs，在开机运行系统中，无切换时间(t=0)。正常情况下，负载由和市电锁相同步的逆变器静态开关转向逆变器一边，再由逆变器供电，同时给电池充电，市电正常时，电池通过逆变器给负载供电。目前，国内外大量采用的是具有转换开关的转换型方式。
八、UPS用蓄电池的种类
UPS电源要求所选用的蓄电池必须在全载下供电时间一般在25分钟，对电池来说是处于高倍率电流放电，在半载时一般不超过50分钟。常用的蓄电池有三种，它们都属于铅酸蓄电池。
1.经济型HS型电池和适合于低温工作的AH型电池。2.适用于长放电时间要求的es型电池。3.小型密封式M型电池。其中M型电池因其体积小，而且密封无需维护，被广泛用于小型UPS电源中。
九、UPS中蓄电池的主要性能指标
1.容量：一般为20小时率的额定容量，范围一般在1～50AH。2.高率放电性：能用IC (A)的电流放电，连续放电可达3C(A)。3.密封反应效率：即内化合消气的性能，一般密封反应效率大于90%。4.充电保持：即检查电池自放电情况，一般电池存放4个月，残存容量为额定容量的75%左右。5.定电压运行耐久能力：即在浮充情况下的寿命，该项指标与用户使用情况有关，一般寿命在3～5年。6.充电循环耐久能力：即在循环使用情况下的寿命。按标准规定的方法试验，一般循环次数在200次以上。
除以上6项主要指标外，另处还有耐过充电耐振动、冲击等指标。
十、UPS中蓄电池放电电流与充电电流的计算。
蓄电池的容量就是蓄电池的蓄电能力，通常以充足电后的蓄电池，放电电压达到放电终了电压时，电池所放出的总电量来表示，即放电电流与放电时间的乘积，单位A.h蓄电池的最大放电电流可以由下式得：
I=S·Cosφ/(n·E1)
S__不停电电源的视在功率。
Cosφ__负载功率因数，一般取0.8。
n__逆变器效率，一般取80%。
E1__蓄电池放电终了电压。
如：1KVAUPS，浮充电压96伏。
配每块2伏。则：
1=S·Cosφ/(n·E1)=1×1000×0.8/(0.8×1.75×48)=12(A)
蓄电池最大放电流为：12(安培)
处于浮充状态的UPS蓄电池，必须保持一定的浮充电流，浮充电流过激会造极板弯曲，成盐化。
其浮充电流的计算式为：
I=2W/(24×1000)～3W/(24×1000)
式中：W__蓄电池额定容量：AH。
I__蓄电池额定浮充电流A。
十一、蓄电池的选择
迄今为止，UPS的唯一储能，可以说只有蓄电池。蓄电池分为铅酸镍镉蓄电池两种，在UPS系统中，铅酸和镍，镉蓄电池都可采用。采用哪一种蓄电池最适用，取决于许多因素，如蓄电池的备用时间、价格、容量、重量、空间条件(必要而有效的蓄电池室)、保养、寿命、充分利用的容量与对称容量的比例等，而某些蓄电池尤其适合于短期放电使用，当电网停电以后，要求蓄电池在一段时间内能给逆变器供电，并要求在额定负载下蓄电池电压不应下降到逆变器所要求的电压。对于计算机一般要求几分钟到半小时，在此期间只要能把数据储存起来即可。酸性蓄电池体积大，价格便宜，寿命长；一般UPS系统均采用铅酸蓄电池工作，在浮充状态下使用寿命都在10年以上。蓄电池也有铅锑电池，价格便宜，使用寿命为20年，镉镍蓄电池寿命可达30年，价格约为铅锑蓄电池的两倍；比银锌蓄电池、铅酸和镉镍蓄电池的容量大3～4倍，适用大电流放电，但充放电寿命较短，一般为70～100次。而碱性电池体积大，价格较贵，寿命也分长和短两种。另外，选择电池最主要还是容量的选择。蓄电池容量指的是蓄电池蓄电的能力。通常把蓄电池充足电压，接上负载放电，直到端电压到达规定终止电压时，电池所放出的总电量，一般用安时来得表示(A，H)，即放电电流与放电时间的乘积，即Q=C·I，其中C__蓄电池放电率(小时)。只有考虑了上述因素后，才能对蓄电池进行最佳选择。
十二、蓄电池的正确使用
如果没有蓄电池，要想使用静止逆变器解决不间断供电是不可以的。市电中断后要靠已经储存在蓄电池中的电能维持逆变器工作，而所有UPS电源的蓄电池的环境工作温度、储存时间的长短及负荷特性(容性、感性、电阻性)有密切的关联，所以在使用UPS时应加强如下几个方面对蓄电池的管理。
(1)不能使UPS中蓄电池过度放电和开路闲置不用，因为这样做会使蓄电池的内部产生大量的硫酸铅并吸附在阴极板上，形成所谓的阴极“硫酸盐化”，增大蓄电池内阻，损坏蓄电池的充放电特性。(2)UPS电源在使用之前或蓄电池每次放完电后，一般需要对蓄电池充电约8小时左右。因为充电不足的话，这时蓄电池的实际容量远不足其标称容量，放电时间也不够标准。(3)当UPS电源的蓄电池在使用中遇到下述情况之一时，要想复活蓄电池可充放电特性，应采用均衡充电的办法来解决，所谓均衡充电是把每个蓄电池单元并联起来，用统一的充电电压进行充电的方法，但这时不能用UPS中充电回路，应采用外接大电流充电器给蓄电池充电方可奏效(情况如下)。
过量放电，使蓄电池电压过低。低于其终了电压。长期静置不用的电池(包括新购买的蓄电池)；蓄电池组中，各单元电池组之间电压差超过1伏；重新更换了新电池液。(4)为保持蓄电池良好的特性，对于长期放置不用的UPS在使用时应先在不加负载时，对蓄电池充电10小时左右。对于使用离线式UPS电源的用户，若UPS长期工作在后备式状态时，建议每隔一个月，让UPS工作处于逆变器工作状态至少2～3分钟，以便激活电池
十三、蓄电池的维护
蓄电池的使用应注意：
1.保持清洁、干燥。
2.电解液液面低于极板时要加蒸馏水，不要加电解液和其它含有杂质的水。
3.电解液面要高于极板10～15毫米，不要低于极板。
4.电解液比重要根据不同季节进行调整不要四季比重都是一样大。
5.测量蓄电池的存电程度要用高效放电器测量，不要用短路法测量。
6.串联使用时要使用容量相等的蓄电池串联，不要容量不同混用。
7.不要只使用，不充电。
8.移动蓄电池时要轻提轻放。
9.要拧紧加液孔塞，不要让加液孔塞中的通气孔堵塞。
10.蓄电池安装时要牢固，不能动摇。
十四、在线式UPS的主要特点
1.由于在线式UPS电源无论在市电供电正常期间，还是在市电供电中断由机内蓄电池向逆变器供电期间，它对负载(计算机)的供电均是由UPS电源的逆变器提供的。正因为如此，它可完全消除来自电网的电压液动和各种干扰，真正实现了对负载的无干扰稳压供电。
2.在线式UPS电源输出的正弦波失真系数最小，一般<3%。
3.在线式具有优良的输出电压瞬变特性。一般在100%负载加载或100%负载减载时，它的输出电压变化范围为1.0%左右，这种变化持续时间一般为1～3周波。
4.在线式UPS电源的控制线路中，由于采用了输入变压器、输出变压器及光电藕合器件等技术手段，将“强电”驱动部分与“弱电”控制线路部分隔离开来，因而线路工作的可靠性得到了极大的提高。
十五、后备式UPS的主要特点
1.后备式正弦波UPS电源的线路在设计中采用了抗干扰式分级调整稳压技术，因而，能向微机负载提供抗电网高频干扰的稳压电源。
2.后备式正弦波UPS波形式失真系数<5%，通常，后备式UPS负载过轻，会使波形失真系数增大，所以，增载容量要为额定值的30%以上。
3.在UPS处于逆变状态时，噪音偏大。一般为55分贝左右。
4.后备式UPS的转换时间大约为4～9ms。
5.方波UPS的负载除微机外，不能同其它性质的负载相连，否则将损坏UPS。
6.由于后备式正弦波UPS电源在市电供电和逆变供电时共用一个电源变压器。所以，它的交流输出端的火线与零线的位置固定不变，用户不能更改它。因此，用户在安装时，必须按厂家要求进行安装?
十六、UPS电源的选择
1、根据机器设备功率、功率因数选择UPS。
当你购买了机器设备后，可采取下述比较保守的方法来计算负载功率。
(1)单相设备相电压与相电流乘积的两倍作为计算的负载KVA，P=2IV(瓦)。
(2)三相设备：最大线电流与相电压乘积的三倍作为计算的负载KVA。P=3IV(瓦)。
根据上述公式分别计算出每种设备的功率，然后再逐个相加算出总功率，但这个总功率比实际要大一些。应该注意的是，当你在安装机器设备时，发现三相不平衡量，须重新分配负载，否则不平衡负载将降低不停电电源的供电质量。此外，UPS电源的负载绝大多数具有滞后的功率因数，一般在0.8～0.85的范围之内。那么，我们知道了机器设备的功因数、功率后，怎样才能使负载与UPS之间的匹配达到最适宜呢?如右图所示：
由图可知UPS电源的负载百分比不宜过低，否则负载经会使其效率降低，一般为80～90%为好。
2、根据负载的电压、频率、相数选择UPS。
由于你是根据购买机器的性能要求，来选择UPS电源，所以有很多的选择余地。前述已说明了UPS的种类，只有单相电压220伏，三相380伏，频率50HZ、400HZ的UPS。但我们在选用UPS时应尽量采用单相供电UPS，因为单相UPS与三相UPS相比，结构简单，价格便宜。当你使用单相UPS时，需注意配电系统的扩展能力。如原已配置了一台10KVAUPS电源，由于负载容量增加，使原配UPS容量不够，可再根据新增机器设备的容量大小，再配制一台UPS，这样做比一开始就配制一个比负载容量大许多的UPS节省得多。
3、根据市电电压质量选择UPS。
迄今为止，作为一个用户，还没有任何手段和方法能得到比市电更为便宜和有效的能源。但由于用户所处地区市电电压质量不尽相同，因此，在选UPS时，需注意市电电压对UPS及负载的影响。
在市电质量较差，供电又不可靠的地区，可以采用两台(或多台)逆变器并机方式供电，用一公共本振频率，而市电只输入给整流器作为蓄电池补充用，在并机供电方案中，以并机均分负荷供电的质量为最好，但其价格昂贵，一般不宜采用。多数产品为带转换开关的长期锁相方式或并机供电的不均分负荷方式。
在市电质量较好供电比较正常的地区，则可以使用离线式或在线式UPS。
在设置重要负载的场合，还应具有两路电网市电供电，当市电电压波动范围超过10%以上，经加装感应调压器，对市电电压加以稳定之后，再送入UPS中。
总之，由于用电设备对电源的要求不尽相同，各地电网的品质也不完全相同，所以应进行调查，作出论证，然后再决定所需UPS的类型。其次由于油机是市电断电后唯一备用的输入交流电源，但其内阻远高于市电，在供给整流设备作备用电时，其电压、电流波形的畸变严重，一般不适合并机运行，选择油机容量一般是UPS容量的两倍，而且油机选型应与UPS相配套。
4、根据保护时间选UPS。
UPS电源保护时间的多少，一般根据自己的要求来规定，可分为下述两种情况。
(1)如果你有补充电能油机发电组，则UPS保护时间可取10分钟左右即可，在这段时间里起动发电机供电完全可以。
(2)如果你无油机，但想不停止工作，使UPS提供全天工作时间，可选UPS保护时间为8小时左右。
5、从其它多方面性能选择UPS
在选择UPS时，除对上述重要性能考虑外，还要注意下述因素的影响：
(1)输出波形是否是正弦波?
(2)噪音是否合标准?对于离线式UPS，测量其噪音强度时，须在市电断开逆变器工作时进行测量。
(3)切换时间主要是指离线式UPS是否小于5毫秒?
(4)过压、欠压、过流、过载等保护功能是否齐全?
当你选购UPS时，一定要对其所有性能进行测试，否则，会给你带来麻烦?
十七、选用UPS还是SPS好?
SPS(备用电源)(Stand by Power Supply)也就是方波输出的UPS。
不论是UPS还是SPS，都能够提供抗电网高频干扰的稳压电源，并在市电断电时自动转为由蓄电池逆变供电。从线路上讲，UPS的充电器在给蓄电池充电的同时，又要向逆变器供电，而SPS的充电器只要具有能在12小时内给蓄电池充电的规模就可以了，正常时并不需要它向逆变器充电，因此，SPS的价格，在同功率下比UPS价格便宜30%～50%。
当今几乎所有的微机都使用了开关电源，如果使用SPS供电的话，开关电源的输入电压范围比使用正弦波供电宽得多，勿需对SPS输出的矩形波电压进行调节，可见SPS比较适合于微机。
但SPS的切换时间远比UPS长，因此，不一定适应某些微机的要求。而且由于是方波输出，对微机电源滤波电容有很大的冲击。因此，建议大家如果要求电源质量不高的可选用SPS，如果你处电网电压不好，而且是网络微机，实时性业务，要求有较高质量的电源时，建议大家选用在线式UPS。
十八、UPS电源的安装场地
(1)不要把UPS置于过冷或过热的地方，允许环境温度范围为0C～40C，湿度为30～85%。
(2)不要在室外操作或存放UPS。
(3)不要把UPS放置在有强烈振动的地方工作。
(4)不要在UPS附近放置液体(如水、茶等)。
十九、UPS的正确安装
在安装电源线之前，你首先应根据UPS的性能要求，来确定是单相220伏，还是三相380伏；然后，根据负载及UPS功率的大小计算出所需通过电源线电流的大小，即而推算出电源线的线径及配电盘上刀闸、保险丝容量。最后从工作实际出发，选择最佳路线进行布线。在布线时需注意以下几点：
(1)有的国外产UPS电源的交流输入线插头和输出插座与国产的插头、插座不相配套，就须改装后才能使用。
(2)安装时应注意国外产UPS的不同之处，如我处在安装UPS时发现芬兰产UPS地线、零线合二为一，而美国、加拿大、日本、国产UPS火线、零线、地线各行其事。因此安装时应按UPS说明书要求安装。
(3)安装时，应注意UPS电源线不同颜色代表不同性质电源线的含义，防止接错线，损坏UPS。一般进口UPS电源线的颜色有如下两种：
a.白色__火线；花绿色__地线；黑色__零线。
b.棕色__火线；天蓝色__零线；花绿色__地线。
国产UPS电源线也有两种：
a.红色__火线；花绿色__地线；黑色__零线。
b.红色__火线；黄色__零线；花绿色__地线。
(4)安装时还要注意UPS电源插头、插座的标记。我们在安装UPS和其它电气设备时会发现插头、插座都有如下的英文标记。
E或G__Earth、Grand 地线
N__Null 零线 L__Light 火线
安装时应将插头N、L、G与插座N、L、G相对应。
(5)要有良好的地线。地线接地极电阻应小于4欧姆，连接线电阻大于10欧姆。UPS良好的接地不但可以消除电源的共模、串模干扰，而且也是确保人身、机器安全的必不可缺少的一环，零线与地线之间电压不应大于5伏。
二十、UPS操作
当我们安装好了UPS及其它机器设备后，首先要认真阅读使用说明书，虽然UPS结构不尽相同，但一般都具有如下操作程序：
1.将UPS接入交流市电，在未接入之前，应把UPS电源主开关断开(off)。
2.把负载的电源插头，插入UPS交流输出插座中去，负载电源开关也应处于断开(off)状态。
3.合上主开关(on)。
4.再把负载开关打开，则整个机器设备进入正常工作状态。关机时，须首先把负载关闭，然后再把UPS主开关置于off状态。?
二十一、UPS的使用注意
1.我们在使用UPS时，其输出容量由所加载的计算机和外部设备功率决定，最好留有20%的余量。
2.在使用UPS时，应注意不要将较多的微机系统都加在一台功率较大的UPS上。这样，往往产生计算机与计算机之间的“干扰”和“冲击”，一旦UPS发生故障或需检修时，会导致所有的计算机瘫痪。因此，宜采用多台较小功率的UPS分散供电，这样不仅可以减少计算机之间干扰，而且还可让几台UPS相互作备用。
3.对于后备式UPS，在使用时，注意上次开机到下次开机，相隔时间至少应大于6秒，否则不宜进入正常工作。
4.在市电停电、由蓄电池供电时，UPS供电持续时间应在其要求之内，否则将损坏蓄电池。
5.对使用外接蓄电池的UPS，应经常检查蓄电池的接头。因为外接蓄电池大多数都属铅酸性质，时间一长，容易使接点腐蚀氧化，接触不良。
6.为避免刚好在工作人员离开时电源发生故障，应在无人照看时，先关掉UPS电源，然后再离去。
7.如果你想使用交流稳压器，则应把UPS接入稳压器电路之前，检查容量是否配套。