UPS常见结构和工作原理
UPS电源的组成与基本原理
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1. UPS的基础知识
UPS的主要作用——电网中的骚扰 > 停电：短时间的、长时间的...
骚扰
特征
停电(Power outages)
间断(Micro-outages)
> 为了消除这些电网中的干扰，制定有关的供电标准：
–供电标准EN 50160 定义了欧洲配电系统中的如下一些正常波动：电压 +10% 到 -15% (每10分钟间隔的平均有效值)，其中每周95%的时间必须在±10%的 范围内； 频率 +4％ 到 -6% ，一年中有99.5%的时间在1%的范围内
– 国家标准《电子计算机场地通用规范》（GB/T-2887-2000）中关于机房供配电 要求如下： 频率：50Hz， 电压：380V／220V，相数：三相五线制或三相四 线制／单相三线制：
输出
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1. UPS的基础知识
UPS的定义
> UPS是电力电子技术的产品： 以电力为对象，以电子技术为手段实现控制的技术称为电力电子技术。 它的主要任务是利用电力和电子器件实现对电能的控制和转换。
– 从1956年第一只可控硅（SCR）诞生之日起，即进入了电 力电子技术的时代。70年代末期由微电子技术与电力晶体 管（GTR）技术相结合，进入了现代电力电子技术的时代。
UPS电源的组成与 基本原理
培训资料
目录
１.UPS的基础知识
> UPS的定义 > UPS的主要作用 > UPS的分类和拓扑结构 > UPS的基本组成
UPS架构以及原理
3C3 UPS架构以及工作原理介绍张椿涛一>整体介绍产品介绍：3C3系列产品是具有高效率、高性能的双转换存在线，三相输入，三相输出的UPS.3C3系列产品几乎可以完全解决所有电源问题，如断电、市电高低压、电压波动、谐波失真等电源问题.注：以下均以3C3-30KS-ISO为例:面板1.负责显示LCD发出的关于UPS各部分参数.2. ENTER确认键功能通讯板提供多种通讯断口RS232、RS485、PPVIS、AS400滤波板滤除输入输出电压中的差模、共模干扰MOV板滤除输入市电中的尖峰高压隔离变压器输入市电与UPS电气隔离输入电感防止输入电流突变UPS整体架构介绍：3C3 UPS架构示意图功率板PSDR=整流器+升压电路+逆变器UPS主要功能是提供稳定的电源，所以按照供电渠道来划分UPS为维护模式、旁路模式、市电模式、电池模式四个部分，分别对应四种工作模式：A.市电模式:市电模式是UPS正常工作的状态,UPS将输入的市电经过整流(AC->DC),升压(DC->DC),逆变(DC->AC) 后转变成稳定可靠的电源输出,工作示意流程图如下:说明：供电回路充电回路UPS市电模式工作示意图市电→隔离变压器→输入EMI →整流电路(AC->DC)→升压电路(DC->DC) →逆变电路(DC->AC)→输出继电器→输出EMI→输出端子→负载市电向负载供电的同时,经过整流器后通过充电器给电池充电B．电池模式：UPS电池模式工作示意图电池→电池SCR→升压电路(DC->DC)→逆变电路(DC->AC)→输出继电器→输出EMI→输出端子→负载电池模式是UPS在市电发生异常(UPS自身工作正常)时的供电状态C.旁路模式UPS旁路模式工作示意图市电→隔离变压器→输入EMI →STS静态开关→输出EMI→输出端子→负载市电通过STS向负载供电的同时,经过整流器整流后通过充电器给电池充电旁路模式是UPS自身发生异常（市电电压正常）时的供电状态D．维护模式市电→隔离变压器→维护开关→负载维护模式是对UPS进行维修时所选择的工作状态,此时负载由市电直接供电,可以对UPS进行维修测试动作.二>各部分电路工作原理介绍:1.功率板(单相)：功率板（PSDR）是UPS主要组成部分，主要担负UPS电源转换功能主要由整流电路、升压电路、逆变电路三部分组成：充电输入电压功率板示意图2.1进出功率板接线：“两输入，两输出，一充一放，外加控制”a.>市电输入: 火线(L):输入EMI板I/P-L →功率板I/P-L零线(N): 输入EMI板I/P-N →功率板I/P-N “两输入”：b>电池输入: 电池正极(BA T+): 充电板BAT+ →功率板BA T+电池负极(BAT-): 充电板BAT- →功率板BAT-a>逆变电压输出:火线(L): 功率板O/P-L →输出EMI板O/P-L零线(N): 功率板O/P-N → BUS电容N“两输出”:b>整流电压输出: 整流正(REC+): 功率板REC+ →充电板REC+整流负(BAT-): 功率板BAT- →充电板BAT-a>±BUS电容充电:+BUS充电: 功率板+BUS → BUS电容正极-BUS充电: 功率板-BUS → BUS电容负极“一充一放”:b>±BUS电容放电: +BUS放电: BUS电容正极→功率板+BUS-INV-BUS放电: BUS电容负极→功率板-BUS-INV “外加控制”: CCB →功率板排线: 排线中包括功率板正常工作所需的控制电源及控制信号.1.2 功率板各组成部分工作原理介绍:1.2.1 整流器(AC→DC):作用: 将市电输入的交流电变换成直流电,即AC→DC整流工作示意图整流电路示意图1.2.2升压BOOST电路(DC DC):作用：将整流后的直流电压（±REC电压）通过升压电路变化成UPS逆变器所需要的稳定的BUS电压. 升压电路由PFC CARD控制.升压BOOST工作示意图BOOST工作电路原理示意图1.2.3逆变电路:作用: 将稳定的±BUS电压转变成幅值、频率稳定的交流电压逆变器工作示意图逆变器电路原理示意图2.STS (Static Transfer Switch )静态转换开关作用：1. 在UPS发生异常时为负载提供供电通道.2.输入、输出电压以及负载侦测.STS静态转换开关工作示意图STS接线介绍：“三进三出一N线，外加控制与侦测”“三进”：市电三相输入火线（L A L B L C）, 输入EMI 板→ STS输入“三出”: 旁路三相输出火线,（L A L B L C）, STS输出→输出EMI板“一N线”: 输入、输出电压参考线, BUS电容N线→STS N线“控制”: CU4 → STS 排线, 传递信号和开关控制信号“侦测”: CT线圈输出电流侦测信号线.注: 1. STS自身还有一温度侦测线,位置如实物所示2.STS自身工作所需要的电源由自身产生(AB线电压)TXINPUT A+24V电源供STS自身使用INPUT B所以输入AB间阻抗大约有120Ω3.充电器:作用: 输入市电市电正常时,UPS处于旁路或市电模式下, 将整流器输出电压(三相)±REC电压转换成稳定的432V直流电压输出供电池充电使用.充电板接线介绍：“一进一出，外加电源与通讯”“一进”：三相整流电压输入：红线：三相整流后REC+相互连接后→充电板REC+黑线: REC-即BAT-, 各功率板(BAT-) →充电板BAT- “一出”: 电池输入: 红线: 充电板BA T+ →端子排BAT+黑线: 充电板BAT- →端子排BAT-“电源”: 充电板工作电源: 红黑两PIN 信号线: CCB上CN1 →充电板上CN03(CN05) “通讯”:与CU4通讯: 3线排线: 充电板CN01 → CU42线排线: 充电板CN02 → CU44. CCB (Common Control Board):作用：1. 产生所有PCB(STS除外)所需要的低压直流电源.2. CU4到功率板控制信号转换, 即CU4控制命令←→CCB←→功率板.3. 上电初期给BUS电容预充电.CCB FLY BACK 电路架构注:HFPW+ 是频率为38KHZ的高频交流电源,供LCD CHGR PSDR使用.CCB接线介绍: +BUS: CCB上+BUS → +BUS电容-BUS: CCB上-BUS → -BUS电容N : CCB上N → BUS电容NA. 电力线: 市电: CCB上I/P-L →STS A相市电输入电池: CCB上+BAT →充电板BAT+CCB上-BAT →充电板BAT-保护: CCB上V.DIS 、D.DIS →REC FUSE 上V.DIS 、D.DISHFPW+电源输出: CCB上CN01 → LCD CN103CN02 → CHGR CN03开机信号线: CCB上CN04 →LCD CN204面板确认键: CCB 上CN03 →液晶面板B.信号线: 保护信号线: CN300 → REC FUSE 板+24V输出RELAY驱动线: CCB上CN206 →输出RELAY风扇转速控制: CCB上CN208 → LCD CN106风扇电源: CCB上CN200→ CN205CCB与CU4信号线: CCB 上CNCU4 →CU4 (64PIN)CCB与PSDR信号线: CCB上CNL1→R PSDRCNL2→S PSDRCNL3→T PSDR 注意: 20~40KS CCB上还有一条CN7 →CN8 短路线5.LCD:作用: 1. 显示UPS相关工作参数2. 负责UPS INTERFACE通讯板与内部通讯.3. 风扇转速控制.LCD接线介绍:与CU4通讯线: LCD 40PIN排线CN101 → CU4 通讯线与液晶面板通讯线: LCD 30PIN排线CN202 →液晶面板与INTERFACE通讯线: LCD 30PIN排线CN102 →通讯板LCD 电源输入线: LCD CN103 → CCB CN01UPS开机信号线: LCD CN204 →CCB CN04风扇转速控制信号线: LCD CN106 →CCB CN2086. CU4:3C3UPS的主控制器.负责所有电路工作所需的控制信号.7. PFC: PFC CARD 插于各相PSDR(CN21)上,主要功能是控制升压电路工作, 将±REC →±BUS电压.8. INTERFACE: 包括 RS-232、PPVIS、 RS485、AS400通讯端口.9. EMI 、MOV :负责输入、输出电压的滤波以及吸收输入市电的浪涌.附录Ⅰ：UPS整机架构。
UPS工作原理
UPS工作原理UPS（不间断电源）是一种能够在电力中断或电压波动时提供临时电力供应的设备。
它在许多领域中起着重要的作用，包括计算机数据中心、医疗设备和通信基础设施等。
了解UPS的工作原理对于理解其功能和应用至关重要。
一、UPS的基本原理UPS的基本原理是将电能转换为其他形式的能量储存起来，以备用电源在需要时供应。
它主要由三个关键组件组成：整流器、电池和逆变器。
1.1 整流器整流器是UPS的第一个组件，它将交流电转换为直流电。
它通常采用整流器桥，通过将交流电的正负半周期分别转换为直流电，然后通过滤波电路来消除电流中的脉动。
1.2 电池电池是UPS的第二个组件，它用于储存电能。
当电网供电正常时，电池会通过整流器进行充电。
一旦电网供电中断，电池就会被自动切换到逆变器，以提供临时的电力供应。
1.3 逆变器逆变器是UPS的第三个组件，它将直流电转换为交流电。
当电网供电中断时，逆变器会从电池中提取直流电并将其转换为交流电，以供应给与UPS连接的设备。
逆变器还需要滤波电路来消除输出电流中的脉动。
二、UPS的工作模式UPS通常有三种工作模式：在线模式、线交互模式和离线模式。
2.1 在线模式在线模式是UPS的最常见工作模式。
在这种模式下，UPS始终将电力从电池中转换为交流电，然后供应给与其连接的设备。
当电网供电中断时，UPS会自动切换到电池供电，以保持设备的连续供电。
2.2 线交互模式在线交互模式是一种折中的工作模式。
在这种模式下，UPS将电力从电网传输到设备，但同时也会将电力储存在电池中。
当电网供电中断时，UPS会立即切换到电池供电，以保持设备的连续供电。
2.3 离线模式离线模式是一种较简单的工作模式。
在这种模式下，UPS将电力直接从电网传输到设备，而不经过电池。
当电网供电中断时，UPS会立即切换到电池供电，以保持设备的连续供电。
三、UPS的容量和备份时间UPS的容量是指其能够提供的最大功率。
它通常以千瓦（kW）或千伏安（kVA）来表示。
UPS的工作原理
UPS的工作原理UPS（不间断电源）是一种用于提供电力备份和电力稳定的设备。
它在电网供电正常的情况下，通过将电能转化为其他形式的能量储存起来，以备电网停电或电压波动时使用。
当电网供电中断或电压异常时，UPS会立即启动并将储存的能量转换为电力供应给连接的设备，以保证设备的正常运行和数据的安全性。
UPS的工作原理可以分为三个主要部分：充电系统、逆变系统和静态切换系统。
1. 充电系统：充电系统是UPS的一个重要组成部分，它负责将电网供电转化为直流电能并储存在电池中。
当电网供电正常时，充电系统通过整流器将交流电转换为直流电，并将电能储存在电池组中。
充电系统还包括电池管理系统，用于监测电池的状态和充电情况，以确保充电效率和电池的寿命。
2. 逆变系统：逆变系统是UPS的核心部分，它负责将储存在电池中的直流电能转换为交流电能，以供应给连接的设备。
当电网供电中断或电压异常时，逆变器会立即启动，并将直流电转换为稳定的交流电。
逆变系统还包括滤波器和稳压器，用于消除电压波动和噪音，以保证供电的质量和稳定性。
3. 静态切换系统：静态切换系统是UPS的另一个重要组成部分，它负责在电网供电中断或电压异常时，将电源切换到UPS的电池供电模式。
当电网供电中断时，静态切换器会自动检测并切断电网供电，然后将电源切换到UPS的逆变器输出。
当电网供电恢复正常时，静态切换器会自动切换回电网供电模式，以实现无缝切换，保证设备的连续供电。
总结：UPS的工作原理是通过充电系统将电能储存到电池中，逆变系统将储存在电池中的直流电转换为交流电，并通过静态切换系统在电网供电中断时切换到电池供电模式，以保证设备的连续供电。
UPS在电力不稳定或中断的情况下，能够提供可靠的电力支持，保护设备免受电力波动和停电的影响，广泛应用于计算机数据中心、医疗设备、通信基站等对电力稳定性要求较高的领域。
UPS的基本组成及工作原理
UPS的基本组成及工作原理
1.1 UPS的基本组成
➢ UPS由输入整流滤波电路、 功率因数校正电路、 蓄电池组、 充电电路、 逆变电路、 静 态开关电路、 控制监测显示及保护电路等组成。
逆变器是UPS电源的核心设备 整流模块为能量变换设备（AC/DC），逆变器也是能量变换设备（DC/AC） 蓄电池为储能设备
• 在UPS电源中逆变器输出正弦电压，必须与备用交流电源正弦电压同频 率和同相位。
锁相环路的组成
• 由鉴相器（PD）、环路低通滤波器LPF、压控振荡器VCO三个主要部件 组成，由图5.12所示 。
2021/8/7
图5-12 锁相环电路组成框图
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通信电源
2021/8/7
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静态开关
静态开关的作用
• 静态开关的作用是切断发生故障的电源输出，做到逆变器输出和 市电旁路输出间的无间断切换。
静态开关主电路原理
• 1kVA~2kVA在线式UPS电源，其逆变器输出和交流旁路供电间 切换，大多采用快速继电器作为切换元件，这种瞬间的供电中断 不会影响微型计算机中开关电源的供电，但不能满足通信设备要 求电源不中断的需要
图： 半桥式逆变器主电路
➢开关管V1和V2构成构成一个桥臂及反并联二极管D1和D2构成另一个桥臂， 两个桥臂的中点A和B为输出端，可以通过变压器Tr变压输出，也可以由这两端 直接等压输出。因为电容C1＝C2，容量较大，故其电压，ui是比较稳定的，中
点B的电位基本不变。UB＝1/2Ui，而A点的电位则取决于开关管V1和V2的工作
图5-2 在线式UPS电源的组成框图
➢市电首先经UPS内部滤波器、整流器变为直流电源，再利用PWM方式经逆变
器重新将直流电源变成纯正的高质量的正弦波交流电源，通过这样的变换，市
UPS工作原理及简易结构图ppt课件
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电力有源滤波技术
基本组成：
指令运算电路 补偿电流发生电路
由电流跟踪控制电路； 驱动电路； 主电路。
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电力有源滤波技术
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有源滤波 基本框图
电力有源滤波技术
跟踪倍频技术、正弦脉宽调制（SPWM）电路、驱动电 路构成控制电路，使UPS输出频率稳定；
主电路中设置大容量滤波电路，提高UPS抗干扰能力； 充电、保护及其他辅助电路
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三相输入型UPS工作原理
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主电路
三相输入型UPS工作原理
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跟踪倍频器
中频UPS工作原理
大部分用电设备为工频特性，但在特殊场 合需要中频电源（400Hz）。
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串并联式UPS技术
DELTA变换基本功能
图2.45 图2.46
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串并联式UPS技术
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串并联式UPS技术
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三相输入型UPS工作原理
以三相输入、单相输出小功率在线式UPS为 例。
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三相输入型UPS工作原理
各组成部分：
主电路、调整电路、正弦脉宽调制电路、驱动电路构成双 闭环调节系统，使UPS输出电压稳定，输出波形失真小；
UPS工作原理
1、准方波输出后备式UPS工作原理 2、正弦波输出后备式UPS工作原理 3、在线式UPS工作原理 4、串并联式UPS技术 5、三相输入型UPS工作原理 6、中频UPS工作原理 7、变频UPS工作原理 8、电力有源滤波技术
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准方波输出后备式UPS工作原理
UPS的基本工作原理
UPS的基本工作原理1、后备式ＵＰＳ工作原理后备式ＵＰＳ原理框图如图所示，其特点是：没有输入整流滤波器，逆变器只由蓄电池供电。
▲后备式ＵＰＳ原理框图市电正常时，ＵＰＳ工作于旁路状态，转换开关接在市电输入端。
输入市电经转换开关１、输出变压器给负载供电。
同时转换开关２接在蓄电池端，充电电路给蓄电池充电。
市电变化时，通过继电器改变输出变压器的接点，可稳定输出电压。
市电出现故障（中断、电压过高或过低）时，ＵＰＳ工作在后备状态，监测控制电路监测到市电故障后，将转换开关１和２都转向逆变器端。
逆变器将蓄电池提供的直流电压变成交流电压经输出变压器给负载供电。
逆变器输出方波，当负载变化时，通过改变方波的宽度稳定输出电压。
在后备式ＵＰＳ中，转换开关的切换时间和逆变器的启动时间一般为４～９ｍｓ。
此外，后备式ＵＰＳ除了对市电电压的幅度波动有所改善外，对市电电网出现的频率不稳、波形畸变和从电网上串入的干扰基本没有任何改善。
2、在线式ＵＰＳ工作原理在线式ＵＰＳ原理框图如下图所示，其特点是：逆变器一直处于工作状态，输出电压波形通常为正弦波。
▲在线式ＵＰＳ原理框图市电正常时，静态开关接在输出变压器端，输入电压经整流滤波后，给逆变器供电。
逆变器输出正弦脉冲调制波（ＳＰＷＭ），经输出变压器和滤波器变成纯净正弦波，通过静态开关给负载供电。
逆变器同时完成稳压和自动频率跟踪功能。
市电出现故障（中断、电压过高或过低）时，ＵＰＳ工作在后备状态，静态开关仍接在输出变压器端，逆变器将蓄电池的直流电压转换成交流电压，并通过静态开关输出到负载。
市电正常，但逆变器出现故障或输出端过载时，ＵＰＳ工作在后备状态，静态开关切换到市电端，由市电直接给负载供电。
控制、监测、报警及保护电路提供逆变、充电、静态开关转换所需控制信号，并显示各自的工作状态。
ＵＰＳ出现过压过流、过热时，及时报警并提供相应保护。
在线式ＵＰＳ电源可真正实现不间断供电。
此外，在线式ＵＰＳ还装有输入ＥＭＣ滤波器和输出滤波器，来自电网的干扰得到有效的抑制。
UPS的工作原理
UPS的工作原理UPS（不间断电源）的工作原理是通过将交流电转换为直流电，并将其存储在电池中，以便在停电或电压波动时提供电力供应。
下面将详细介绍UPS的工作原理。
1. 输入电路：UPS的输入电路连接到电网或发电机，用于接收来自外部电源的交流电。
输入电路通常包括过滤器、稳压器和绕组等组件，以确保输入电源的稳定性和纯净性。
2. 整流器：输入电路将交流电转换为直流电，通过整流器实现。
整流器通常采用整流二极管或可控硅等器件，将交流电转换为直流电，并将其传送到后续的电池充电器和逆变器。
3. 电池充电器：UPS中的电池充电器将直流电能传送到连接的电池组，以便将电能存储在电池中。
充电器通常具有恒定电流和恒定电压的充电模式，以确保电池在充电过程中的安全性和有效性。
4. 逆变器：当输入电源中断或电压波动时，UPS的逆变器开始工作。
逆变器将存储在电池中的直流电能转换为交流电，以供应给与UPS连接的负载设备。
逆变器通常采用高频开关电源技术，以提供高效率和稳定的交流电。
5. 静态切换器：UPS中的静态切换器用于在输入电源中断时实现无间断的电源切换。
当输入电源中断时，静态切换器会迅速将负载从输入电源切换到逆变器输出，以确保负载设备的连续供电。
6. 控制系统：UPS的控制系统负责监测输入电源的状态、电池电量和负载需求，并根据需要控制整流器、逆变器和静态切换器的工作。
控制系统还可以提供故障诊断和报警功能，以确保UPS的正常运行和及时维护。
7. 输出电路：UPS的输出电路将逆变器输出的交流电供应给连接的负载设备。
输出电路通常包括过滤器、稳压器和绕组等组件，以确保输出电源的稳定性和纯净性。
总结：UPS的工作原理是通过整流器将输入的交流电转换为直流电，并将其存储在电池中。
当输入电源中断或电压波动时，逆变器将存储在电池中的直流电转换为交流电，以供应给负载设备。
静态切换器实现了无间断的电源切换，控制系统监测和控制UPS的工作状态。
通过这些组件的协调工作，UPS能够提供稳定可靠的电力供应，保护负载设备免受电力故障的影响。
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UPS电池
UPS电池与通信用电池比较
通信用 设计取向 设计寿命 铅膏配方 隔板 长时间、小电流、深放电 10年以上 长寿命配方，循环寿命长 长寿命隔板，较厚 UPS用 短时间、大电流放电、浅放电 3～5年 大功率配方，循环寿命短 大孔径隔板，较薄，小电流深放 电易造成枝晶短路，寿命终止。
过放电恢复能力
第二节 常用UPS结构形式及特点
维修开关
旁路输入空开
1
市电输入空开 输入EMI 整流 逆变 切换开关 输出EMI
2
负载
3 4
充电器 电池组
• 传统双变换在线式UPS的 电路结构图
第二节 常用UPS结构形式及特点
– （1） 功能部件 • ① 整流器：当市电存在时，实现AC/DC 的转换功能， 一方面向DC / AC 逆变器提供能量，同时还向蓄电池充 电。由于整流电路把市电输入电流变成脉冲波，输入电 流谐波成分大，造成输入功率因数低，因此需要附加奇 次谐波滤波器。在三相电路中，可增加一个输入隔离变 压器，变压器的次级有两个匝数相同的绕组，一个采用 三角形接法，另一个采用星型接法，将这两组分别整流， 再配以相应的滤波器，就构成了12 脉冲整流。为了进 一步提高输入功率因数，减小对电网的污染，当前在中 小功率的传统双变换UPS 中，开始使用高频整流 （PFC）电路，可将输入功率因数提高到0.99。
• 8.1 UPS的分类 • 对UPS的常见分类如下： • 按输出波形分为：方波（准正弦波）、阶 梯波和正弦波。 • 按输出电压的相数可分为：单相和三相。 • 按输入输出的方式可分为：单进单出、三 进单出、三进三出。 • 按不停电供电方式可分为：后备式、在线 式和在线互动式。
第二节 常用UPS结构形式及特点
第三节 UPS电源系统的组成
•
• •
• •
UPS电源主要由7部分组成，即输入整流 滤波电路、功率因数校正电路、蓄电池组、 充电电路、逆变器电路、静态开关电路、控 制监测显示及保护电路。 1．输入整流滤波电路 UPS电源内部蓄电池、逆变器及控制电路均 需要直流电，这就要求UPS电源内部必须有 整流及滤波电路。整流电路的主要功能是： （1）将交流电变换为直流电； （2）具有输出电压保持能力；
第二节 常用UPS结构形式及特点
• 8.2.2． 传统双变换在线式
• 目前，大功率UPS 仍多采用传统双变换在线式电路 结构，它属于串联功率调整传输方式。图6.2是传统 双变换在线式UPS 的电路结构框图。它是在线式 UPS 的最初形式，因此称之为传统在线式。它的基 本设计思想是，市电存在时，将市电交流电通过整 流滤波电路变换为直流电，然后再将直流电通过DC /AC 逆变器变换成纯净稳定的正弦波电压向负载供 电。后备电池接在直流母线上，市电掉电后，由电 池逆变后给负载继续供电。下面，具体介绍其功能 和特点。
不间断UPS电源
•
交流不间断电源设备有逆变器和UPS两种， 小容量设备可采用逆变器或UPS，大容量设备一 般 都 采 用 UPS 。 UPS 是 英 文 Uninterruptible Power System的缩写，即不间断电源系统，但 人们一般习惯将其简称为UPS电源。UPS电源不 仅能提供不间断的交流电源，还具备对交流市电 电源进行净化的功能。UPS电源广泛应用于计算 机机房、数据（网管）中心等场所。在电信网络 中，UPS电源设备主要用于为数据网络设备、智 能网设备、支撑系统、增值业务系统、网管系统 等供电。
第三节 UPS电源系统的组成
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UPS电源主要由7部分组成，即输入整流 滤波电路、功率因数校正电路、蓄电池组、 充电电路、逆变器电路、静态开关电路、控 制监测显示及保护电路。 1．输入整流滤波电路 UPS电源内部蓄电池、逆变器及控制电路均 需要直流电，这就要求UPS电源内部必须有 整流及滤波电路。整流电路的主要功能是： （1）将交流电变换为直流电； （2）具有输出电压保持能力；
第一节 UPS的分类
• 8.1 UPS的分类 • 对UPS的常见分类如下： • 按输出波形分为：方波（准正弦波）、阶 梯波和正弦波。 • 按输出电压的相数可分为：单相和三相。 • 按输入输出的方式可分为：单进单出、三 进单出、三进三出。 • 按不停电供电方式可分为：后备式、在线 式和在线互动式。
第一节 UPS的分类
• •
• •
第三节 UPS电源系统的组成
• 5．逆变电路 • UPS逆变器的功能是将由市电整流所得的直 流电压或蓄电池电压变换成交流电压。在后 备式UPS中其逆变器输出波形一般为准方波， 而在在线式UPS中其逆变器输出多为正弦脉 宽调制波（PWM），该波形经LC低通滤波 器滤波得到标准正弦波。 • 在线式UPS多采用桥式逆变器，根据要求的 不同又分半桥逆变器和全桥逆变器。 • 6．静态开关电路
第二节 常用UPS结构形式及特点
• （2）性能特点 • ① 不管有无市电，负载的全部功率都由DC / AC 逆变器提供；保证高质量的电源输出。 市电掉电时，输出电压不受任何影响，没有 转换时间，具备典型的在线式UPS 功能。 • ② 由于负载功率100 ％都由逆变器负担，因 而UPS的输出能力不理想，对负载提出限制 条件，如负载电流峰值因数、过载能力和输 出功率因数等。 • ③ 输入可控整流器使UP
• • 2．功率因数校正电路 在UPS电源中，交流输入市电经整流器整流后变换为脉动直流，然后采用大容 量的电容器进行滤波，在电容器充电期间势必会形成尖峰脉冲，引起电流波形 畸变，从而导致功率因数下降，并产生高次谐波，对电网造成干扰。功率因数 校正电路的作用就是提高功率因数，降低谐波干扰，使输入电流成为与输入电 压接近同相位的正弦波。 3．蓄电池组 蓄电池组是UPS的心脏，没有蓄电池组的UPS电源只能称作交流稳压稳频电源。 当市电正常时，蓄电池由整流器（独立充电器）对其充电，将电能转化为化学 能而储存起来；当市电供应中断时，UPS电源由蓄电池向逆变器供电，此时蓄 电池通过放电将化学能转化为电能，保证UPS电源输出的不中断。目前UPS电 源中广泛使用的是阀控密封式铅酸蓄电池。 4．充电电路 UPS中的充电器将蓄电池放电后损失的能量重新补充，在充电过程中，充电器 的控制电路检测整个充电过程，一般在充电阶段是恒流充电过程，随着电池电 压的上升，当蓄电池的电压达到浮充电压以后，充电器工作在恒压阶段，直到 电池充满为止。因此，充电电路的反馈回路一般有两个，一个作为电流反馈， 另一个是电压反馈。主电路一般采用开关型电路，其类型一般有两种：降压电 路和升压电路。
第二节 常用UPS结构形式及特点 • （2）性能特点 • ① 不管有无市电，负载的全部功率都由DC / AC 逆变器提供； 保证高质量的电源输出。市电掉电时，输出电压不受任何影响， 没有转换时间，具备典型的在线式UPS 功能。 • ② 由于负载功率100 ％都由逆变器负担，因而UPS的输出能 力不理想，对负载提出限制条件，如负载电流峰值因数、过载 能力和输出功率因数等。 • ③ 输入可控整流器使UPS 输入功率因数低，一般为0.7-0.8 ， 无功损耗大，输入电流谐波成分大于等于30%，对电网产生极 大的污染。当然，若使用高频整流技术（功率因数校正技术）， 可把输入功率因数提高到接近1 ，输入谐波电流也将降到5 ％ 以下；若在三相UPS 中用12 脉冲整流只能将输入功率因数做 到0.95，电流谐波成分降至10 ％左右，且成本高。 • ④ 市电正常时，串联的两个变换器都承担100 ％的负载功率， 所以UPS 整机效率低。
第二节 常用UPS结构形式及特点
220±4％～±10％V
市电
负载
175～264V
充电器
逆变器
电池组
• 后备式电路结构框图
第二节 常用UPS结构形式及特点
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（1）功能部件 ① 充电器：市电正常时，对蓄电池充电并浮充，如果是长延时UPS ，就要求它 有较强的充电能力，或者外加相应容量的附加充电器。 ② DC -AC 逆变器：市电正常时，逆变器不工作；市电掉电时，由它将直流电压 （电池供给）变成符合负载要求的交流电压，电压波形有方波、准方波、正弦波 三种形式。 ③ 输出转换开关：市电正常时，接通输入电源向负载供电；市电掉电时，断开 电网，接通逆变器，继续向负载供电。 （2）性能特点 ① 当市电正常时，效率高，可达98 ％以上。 ② 当市电正常时，输入功率因数和输入电流谐波取决于负载电流，UPS 本身不 产生附加输入功率因数和谐波电流失真。 ③ 当市电正常时，输出能力强，对负载电流波峰系数、浪涌电流系数、输出功 率因数、过载等都没有严格的限制。 ④ 当市电正常时，输出电压精度和稳定度差，但能满足一般负载的供电要求。 ⑤ 市电掉电时，输出有转换时间，一般可做到4-10ms 左右。 ⑥ 当市电正常时，整机要靠附加滤波电路提高UPS 双向抗干扰功能。 ⑦ 电路简单、成本低、可靠性高。 ⑧ 输出转换开关受切换电流能力和动作时间的限制，UPS 输出功率做大有一定 困难，一般多在2kVA 以下。
第二节 常用UPS结构形式及特点
• （2）性能特点 • ① 不管有无市电，负载的全部功率都由DC / AC 逆变器提供；保证高质量的电源输出。 市电掉电时，输出电压不受任何影响，没有 转换时间，具备典型的在线式UPS 功能。 • ② 由于负载功率100 ％都由逆变器负担，因 而UPS的输出能力不理想，对负载提出限制 条件，如负载电流峰值因数、过载能力和输 出功率因数等。 • ③ 输入可控整流器使UPS 输入功率因数低，
密封方式 容量
19
板栅合金高锡含量，良好
高可靠密封 10小时率
一般
一般 20小时率
第二节 常用UPS结构形式及特点
• ② 逆变器：完成DC/AC 的转换功能，向输出端提供高质量 电源，无论由市电供电或转由电池供电，逆变器都在线工 作。在市电逆变和电池逆变这两种工作状态相互转换时， 输出电压切换时间为零。在小功率单相双变换UPS 中，由 于电池电压低，逆变器输出需要采用隔离变压器，把电压 提升到负载所需要的额定电压220V 。在三相大功率UPS 中，输出DC/AC 逆变器多采用全桥电路，除了提升电压的 要求外，还因为全桥电路没有零电位输出，所以必须在逆 变器输出端加隔离变压器，变压器初级为三角形接法，分 别接在全桥电路的3 个桥臂的中点，次级则用星型接法，形 成三相四线制电源供给负载。 • ③ 静态旁路开关：由正反极性并接的可控硅构成，当逆变 器过载或发生故障时，逆变器切断输出，静态开关自动转 换接通，由市电直接向负载供电。静态开关为智能型大功 率无触点开关，转换时间在2-3ms 。