UPS面面观

Author: 李普华 Date: 1994-10-21

        一、UPS简史
        六十年代以前,不间断供电系统曾采用旋转型。平时,由市电驱动电动机,电 机在带动发电机向负载供电的同时,带动惯性很大的飞轮旋转,一旦市电停电,控制电路立即启动柴油发电机发电,而在柴油发电机转速达到额定值之前,利用飞轮的旋转使发电机继续供电,直到柴油发电机完全代替市电。这种旋转型不间断供电系统稳定可靠,技术简单,维护容易,但同时存在着设备庞大笨重,操作控制不灵活,效率低,噪声大等缺点。
        六十年代以后,随着半导体技术的发展,大功率的电能变换成为可能,于是,旋转型不间断电源被静止型不间断电源所取代,早期取代旋转型的静止型不间断电源普遍采用可控硅技术,这使得UPS技术实现了第一次飞跃。但是,由于可控硅元件不具备自关断能力,缺乏抗干扰能力,严重影响着UPS的稳定性。
        七、八年前,性能更加优异的晶体管又取代了可控硅,引发了UPS性能指标的新飞跃。
        
        二、UPS现状
        当前,国际市场上各UPS厂家竞争激烈,新工艺新技术层出不穷,其中较有代表性的新技术是采用绝缘栅双极型晶体管,简称IGBT,这是一种混合型功率器件,具有与电力晶体管相同的功率处理能力和与MOSFET功率管类似的开关特性。它的电流可达1000安培,电压可达1200伏,频率可达50KHZ,将它应用于UPS的核心部件逆变器,可使逆变回路的可靠性成倍地增强。同时,IGBT具有通态电流密度高、正反向阻断力强、开关速度快、输出波形好等一系列优点,不但输出特性完全可以控制,而且控制过程的功率消耗非常低,这样,使用IGBT的UPS能够简化控制回路、降低噪音、获得更大的功率输出,并能在高温环境下正常工作,从而使UPS的整体性能显著提高。
        市场上常见的UPS按其工作方式分,有后备式和在线式两大类,前者多为方波输出,后者为正弦波输出。
        后备式方波输出UPS有以下特点:
        (1)由于采用了抗干扰式分级调压稳压等先进技术,当外界市电电压在170V-250V之间变化时,仍能向微机等负载提供稳定的电压,电压稳定度可达±5%。
        (2)不管处于何种供电状态,工作频率稳定,噪音比较小。
        (3)在从市电转换到逆变器供电时,不可避免地要出现数毫秒的供电间断。
        (4)逆变器输出方波脉冲的宽度和峰值与负载电流相关联,负载越重,方波脉冲宽度越宽,峰值越小,因而在从市电供电到逆变器供电转换时,负载将受到瞬间的电压冲击。
        (5)不适用于打印机、日光灯等感性负载。
        (6)成本较低,价格较低。
        在线式正弦波输出UPS有以下特点:
        (1)当市电供电中断时,因其内部没有任何转换动作,能够保证百分之百的不间断供电,即市电供电到电源内部电池供电的转换时间为零。
        (2)因其在工作时始终由逆变器提供输出,能够实现对电网各种干扰的消除,输出波形的失真度很小,从而为负载提供稳压、稳频的优质动力。
        (3)具有优异的输出电压瞬变特性,在满载和空载的转换中,输出电压变化非常小。
        (4)噪音小。
        (5)由于电路设计先进,故障率很低。
        (6)成本较高,价格较高。
        在选用UPS时,要根据负载的具体情况和使用者的经济实力综合考虑,具体地讲,要重点考虑以下诸因素:
        (1)注意产品的各项参数,如输出功率、输入电压范围、输出波形、电池品牌、备用时间、转换时间、噪音,以及体积、重量等,特别需要注意的是,各种UPS不宜于满载工作,在与负载配接时,应保留20%以上的功率余量,一般情况下,最好将负载控制在UPS额定输出范围的30%-60%以内。
        (2)注意UPS输出电压的瞬时特性和负载特性。如果前者差,在突然加载或减载时,UPS的输出电压波动大,如果后者差,负载稍重,UPS的技术参数便难以保障。
        (3)注意蓄电池的容量和质量,因为在UPS的生产成本中,蓄电池所占的比重很大,而蓄电池的容量、质量直接关系到UPS的性能,电池性能优良,才能保证在市电中断时,UPS真正发挥出“不间断”的功能。