不间断电源(UPS)的基本工作原理

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不间断电源系统(Uninterrupted Power Supply,缩写为 UPS)是一种含有储能装置,以逆变器为主要组成部分的不中断电源。

UPS 是一套由把交流电变为直流电的整流器和充电器、把直流电变为交流电的逆变器以及 蓄电池、切换开关和控制电路等组成的不中断电源系统。蓄电池在交流电正常供电时储存能量, 并且维持在一个正常的充电电压上。一旦市电供电中断时,蓄电池立即对逆变器供电以保证 UPS 交流电压的输出。如图1 所示为典型的 UPS 结构原理图。

UPS 结构原理图

1.蓄电池

在 UPS 中,目前广泛使用蓄电池作为储存电能的装置。蓄电池需先用直流电流对其充电, 将电能转化为化学能储存起来。当市电供电中断时,蓄电池通过放电将化学能转化为电能来供给逆变器工作。因此蓄电池是一种可逆电池。如果正确维护好蓄电池组,蓄电池的寿命一般可达 3 年至 5 年以上。

2.逆变器

在UPS中,逆变器是关键设备,它把市电整流滤波后得到的直流电或来自蓄电池的直流电, 重新变换成频率非常稳定的、输出电压受负载影响小的、波形畸变因数满足负载要求的交流电, 经过交流滤波装置,使负载得到 50Hz 的正弦交流电压。

3.整流器、充电器

UPS 整流器的主要功能是在市电正常时为逆变器提供波纹很小的直流电压(在线式 UPS),在 UPS中逆变器有自动调解输出电压的能力,所以对整流器的稳压性能一般来说没有什么严格要求。 充电器的功能是当每次蓄电池放电后,充电器对蓄电池进行充电,以保证蓄电池被重新置于饱和充电状态。

4.切换开关

切换开关由大功率电子器件以及逻辑控制电路组成。切换开关是 UPS 的关键部件之一,它 决定了UPS的“停电连接能力”。切换开关的切换时间主要取决于电压和电流的检测时间,一般 采用瞬时值检测可提高静态开关的切换速度。

5.滤波器

在一般小型 UPS 中,滤波器是利用输出变压器的漏电感和并联电容 C 组成 L 型滤波网络来 实现的。滤波器对逆变器的特性有很大的作用,它不仅可抑制逆变器输出电压中的谐波分量, 改善输出电压的瞬态响应特性,限制负载短路时浪涌电流的上升率,而且滤波器还有一定的“续 流”效应,当逆变器供电和市电供电之间进行切换时,这种“续流”效应有助于实现 UPS 向负 载提供不间断的供电。



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