UPS基础及原理介绍
UPS基础及原理介绍
UPS（不间断电源）是一种重要的电源保护设备，广泛应用于各种需要稳定供电的场景。本文将详细介绍UPS的基本概念、组成部件、电气变换种类、常用器件、分类以及不同类型UPS的工作原理和模式。
基本概念及组成
UPS，不间断电源设备，指不会因短暂停电中断、可以一直供应高品质电源、有效保护精密仪器的电源设备。全名Uninterruptible Power System。亦有稳定电压的作用，类似于稳压器。
从基本应用原理上讲，UPS是一种含有储能装置，以逆变器为主要元件，稳压稳频输出的电源保护设备。主要由整流器、蓄电池、逆变器和静态开关等几部分组成。
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。它有两个主要功能：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；
蓄电池：蓄电池是UPS用来作为储存电能的装置，它由若干个电池串联而成，其容量大小决定了其维持放电（供电）的时间。其主要功能是：1)当市电正常时，将电能转换成化学能储存在电池内部。2)当市电故障时，将化学能转换成电能提供给逆变器或负载；
逆变器：逆变器是一种将直流电（DC）转化为交流电（AC）的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成；
静态开关：静态开关又称静止开关，它是一种无触点开关，是用两个可控硅（SCR）反向并联组成的一种交流开关，其闭合和断开由逻辑控制器控制。分为转换型和并机型两种。转换型开关主要用于两路电源供电的系统，其作用是实现从一路到另一路的自动切换；并机型开关主要用于并联逆变器与市电或多台逆变器。
电气变换种类
- 交流 →直流 整流变换
- 直流 →交流 逆变变换
- 高压 →低压 降压变换
- 低压 →高压 升压变换
三相IGBT全控整流桥
特点：PFC升压整流，高输入功率因数
单相半桥逆变电路
三相半桥逆变器
常用器件
无源器件
- 电阻：消耗电能，电压电流同相位
- 电感：产生磁场储存磁场能量，通直流阻交流，电流滞后电压
- 电容：产生电场储存电场能量，通交流阻直流，电流超前电压
IGBT
- 绝缘栅型双极型晶体管全控型器件：开通可控，关断可控
- 器件特点：高输入阻抗；电压型控制器件，驱动功率小；开关速度快、工作频率可达10-100KHz；饱和压降低（相比MOSFET小得多）；电压、电流容量较大，安全工作区较宽。通常反向集成体二极管
半导体功率器件
UPS的分类
按供电体系不同，UPS分为
- 单进单出UPS
- 三进单出UPS
- 三进三出UPS
按输出功率不同，UPS分为
- 小功率（<10kVA）
- 中等功率（10至30kVA）
- 大功率（>30kVA）
按变压器特点不同，UPS分为
- 高频UPS（高频机）
- 工频UPS（工频机）
按工作原理不同，UPS分为
- 后备式UPS
- 在线互动式UPS
- 在线式UPS
后备式UPS工作原理
特点：市电正常时逆变器不工作、 切换时间长
互动式UPS工作原理
特点：逆变器与充电器合二为一、 实现分段稳压
在线式UPS工作原理
特点：正常情况下逆变电路始终处于工作状态
在线式UPS工作模式
电池逆变工作模式
当主路市电掉电或不正常时，系统自动无间断地切换到电池工作模式，由电池逆变出用户所需的三相四线交流电源向负载供电。市电恢复后系统自动无间断地恢复到正常工作模式 ，如图：
静态旁路工作模式
旁路工作方式有两种，一种能自动恢复到正常工作模式；另一种需人工干预才能回到正常工作模式。在逆变器过载延时时间到、逆变器受大负载冲击等情况下，系统自动无间断切换到静态旁路电源向负载供电。在UPS恢复正常后，系统自动恢复正常供电方式。
当用户关机，或主路市电掉电（或不正常）且电池储能耗尽，或发生严重故障等情况下，逆变器关闭，系统会停留在旁路工作模式。此后若需恢复到正常工作模式，则需要用户重新开机，如图：
维修工作模式
需要对UPS电源及电池等进行全面检修或设备故障需维修时，可以通过闭合维护开关Q3BP，将负载转向维修旁路直接供电，以实现对UPS不停电维护。维修需要断开UPS内部的主路、旁路输入电源和电池输入开关以及输出开关，实现UPS内部不带电而对负载仍然维持供电的维修工作模式，如图：
来源：电力基础学习