UPS不间断电源_ups不间断电源的特点及分类

不间断电源 （UPS） 或不间断电源是一种连续电源系统，可在输入电源或主电源发生故障时为负载提供自动备用电源。UPS与传统的辅助/应急电源系统或备用发电机的不同之处在于，它将通过切换到存储在电池组、超级电容器或飞轮中的能量来提供近乎瞬时的保护，防止输入电源中断。大多数UPS的电池运行时间相对较短（只有几分钟），但足以为启动备用电源或正确关闭受保护设备“争取时间”。几乎所有UPS还包含集成的电涌保护器，以保护输出设备免受电压尖峰的影响。

一、UPS不间断电源的应用：

UPS 通常用于保护计算机、数据中心、电信设备或其他电气设备等硬件，在这些设备中，意外的电源中断可能导致受伤、死亡、严重的业务中断或数据丢失。UPS装置的尺寸各不相同，从设计用于保护没有视频监视器的单台计算机（额定值约为200伏安）到为整个数据中心或建筑物供电的大型装置。世界上最大的UPS，46兆瓦的电池储能系统（BESS），位于阿拉斯加费尔班克斯，在停电期间为整个城市和附近的农村社区供电。[1]

二、UPS不间断电源可解决常见电源问题：

任何UPS的主要作用都是在输入电源发生故障时提供短期电源。然而，大多数UPS单元也能够在不同程度上纠正常见的市电问题：

1．电压尖峰或持续过压

2．输入电压瞬时或持续降低

3．电压暂降

4．噪声，定义为高频瞬态或振荡，通常由附近的设备注入线路

5．电源频率不稳定

6．谐波失真，定义为偏离线路上预期的理想正弦波形

7．UPS装置还可能带来电能质量问题。为了防止这种情况，UPS的选择不仅要根据容量，还要要考虑所提供设备所需的功率质量。

三、UPS不间断电源技术：

现代UP不间断电源系统分为三大类：在线式、在线互动式和备用式。

1．在线式UPS采用“双转换”方法，接受交流输入，整流为直流以通过可充电电池（或电池组），然后反转回120 V/230 V AC为受保护设备供电。

2．在线互动式UPS保持逆变器在线，并在断电时将电池的直流电流路径从正常充电模式重定向到提供电流。

3．在待机（“离线”）系统中，负载直接由输入电源供电，备用电源电路仅在市电发生故障时调用。

四、不同类别的UPS不间断电源的特点：

大多数低于 1 千伏安 （1 kVA） 的 UPS 属于线路互动或备用类型，通常价格较低。

对于大型功率装置，有时会使用动态不间断电源 （DUPS）。同步电机/交流发电机通过扼流圈连接到电源上。能量储存在飞轮中。当主电源发生故障时，只要飞轮的能量没有耗尽，涡流调节就会保持负载上的功率。DUPS 有时与柴油发电机组合或集成，柴油发电机在短暂延迟后打开，形成柴油旋转不间断电源 （DRUPS）。

1．离线/待机：

离线/备用 UPS：绿线表示电力流动。典型保护时间：5–20 分钟。扩容：通常不可用。

离线/备用UPS仅提供最基本的功能，提供浪涌保护和备用电池。受保护的设备通常直接连接到输入的市电。当输入电压低于或高于预定水平时，UPS 会打开其内部 DC-AC 逆变器电路，该电路由内部蓄电池供电。然后，UPS 以机械方式将连接的设备切换到其 DC-AC 逆变器输出。切换时间可能长达 25 毫秒，具体取决于备用 UPS 检测丢失的市电电压所需的时间。UPS 将设计用于为某些设备（例如个人计算机）供电，而不会对该设备造成任何令人反感的下降或掉电。

2．在线互动：

线路互动式UPS：绿线表示电力流动。典型保护时间：5–30 分钟。容量扩展：数小时。

在线互动式UPS在操作上与备用UPS相似，但增加了一个多抽头可变电压自耦变压器。这是一种特殊类型的变压器，可以增加或减少电线的通电线圈，从而增加或减少变压器的磁场和输出电压。这也可以由降压-升压变压器来执行，这与自耦变压器不同，因为前者可以接线以提供电流隔离。

这种类型的UPS能够承受连续的欠压掉电和过压浪涌，而不会消耗有限的备用电池电量。相反，它通过自动选择自耦变压器上的不同电源抽头来补偿。根据设计的不同，更换自耦变压器抽头可能会导致非常短暂的输出功率中断，[6]这可能会导致配备断电警报的UPS“啁啾”一会儿。

即使在最便宜的UPS中，这也变得很受欢迎，因为它利用了已经包含的组件。用于在线路电压和电池电压之间进行转换的 50/60 Hz 主变压器需要提供两个略有不同的匝数比：一个用于将电池输出电压（通常为 12 V 的倍数）转换为线路电压，另一个用于将线路电压转换为稍高的电池充电电压（例如 14 V 的倍数）。两个电压之间的差异是因为给电池充电需要增量电压（为 13 V 电池充电时高达 13–14 V）。此外，由于变压器的线电压侧电流较低，因此更容易进行开关。

为了获得降压/升压功能，只需要两个独立的开关，以便交流输入可以连接到两个初级抽头之一，而负载连接到另一个，从而将主变压器的初级绕组用作自耦变压器。电池仍然可以在“降压”过压时充电，但在“升压”欠压时，变压器输出太低而无法为电池充电。

自耦变压器可以设计成覆盖各种不同的输入电压，但这需要更多的抽头，增加了复杂性，以及UPS的费用。对于120 V电源，自耦变压器通常仅覆盖约90 V至140 V的范围，如果电压远高于或低于该范围，则切换到电池。

在低电压条件下，UPS 将使用比正常情况更多的电流，因此它可能需要比普通设备更高的电流电路。例如，要以 120 V 电压为 1000 W 设备供电，UPS 将消耗 8.33 A 电流。如果发生掉电并且电压降至 100 V，UPS 将消耗 10 A 进行补偿。这也反过来工作，因此在过压条件下，UPS需要更少的电流。

3．在线/双重转换

在在线式UPS中，电池始终连接到逆变器，因此不需要电源转换开关。当发生功率损耗时，整流器只需从电路中掉出，电池即可保持功率稳定且不变。当电源恢复时，整流器恢复承载大部分负载并开始为电池充电，但充电电流可能会受到限制，以防止大功率整流器损坏电池。在线式UPS的主要优点是它能够在输入的市电和敏感的电子设备之间提供“电气防火墙”。

在线式UPS非常适合需要电气隔离的环境或对功率波动非常敏感的设备。[7]虽然它曾经被保留用于10 kW或更高的超大型装置，但技术的进步现在允许它作为普通的消费设备提供，提供500 W或更低的功率。当电力环境“嘈杂”时，当市电骤降、停电和其他异常频繁时，当需要保护敏感的IT设备负载时，或者当需要从延长运行的备用发电机运行时，可能需要在线UPS。

在线式UPS的基本技术与备用或在线互动式UPS相同。然而，它的成本通常要高得多，因为它具有更大的电流交流-直流电池充电器/整流器，并且整流器和逆变器设计为通过改进的冷却系统连续运行。它被称为双转换UPS，因为整流器直接驱动逆变器，即使由正常的交流电流供电也是如此。

在线式UPS通常具有静态转换开关（STS），以提高可靠性。