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UPS設備概述：

隨著計算機的普及信息處理技術的不斷發展，當今在通訊系統，信息處理系統，自動控制系統，交通管理系統，醫用控制系統及航空航天、氣象金融等。許多部門都已普及應用了計算機。為了保證計算機的正確、安全運行，我們對供電電源提出了越來越嚴格的要求，而UPS就是針對這一要求而設計發展普及起來的一種供電系統（Uninterruptible  Power  System）稱為“不間斷電源系統”或“不停電供電系統”簡稱UPS?，F在不間斷電源，在計算機的外圍設備中已經從一個不是很受重視的角色迅速演變成為互聯網的關鍵設備及電子商務的保衛者。UPS作為信息社會的基石，已開始了它新的歷史使命，隨著國際互聯網時代的到來，對電力供電質量提出了越來越高的要求，無論是整個網絡的設備還是數據傳輸途徑給以端到端的全面保護，都要求配備高質量的不間斷電源。

當市電供電出現以下供電質量問題時：（1）電涌。（2）高壓尖峰。（3）暫態過壓。（4）電壓下陷。（5）線路燥聲。（6）頻率偏移。（7）持續低壓。（8）市電中斷。UPS將確保輸出以穩定、純凈，不間斷的正弦波交流電壓，從而使微機系統正常工作。

二．UPS基本分類及技術特點：

為解決電網存在一質量問題，人們研制出不同類型的UPS。盡管UPS可按不同方式分類，但從UPS的電路結構和不間斷的供電的方式來看，主要有以下四大類：

一．后備式。  二．在線互動式。 三．雙變換在線式。 四．雙變換電壓補償在線式（略）。

1.1后備式（圖1）

它是靜止式UPS的形式，應用廣泛，技術成熟，一般只用于小功率范圍。電路簡單，價格低廉。

1．  功能部件

（1）充電器：市電存在時，通過整流對蓄電池進行浮充充電；如果要求長延時，除了增加蓄電池容量之外，還需相應地加強充電能力和逆變器的散熱措施。

（2）逆變器：市電存在時，逆變器不工作，也不輸出功率，當市電掉電時，則由逆變器向負載供電，電壓波形有方波、準方波、正弦波等。

（3）輸出轉換開關：市電存在時，接通市電向負載供電；市電掉電時，斷開市電通路，接通逆變器，繼續向負載供電。（4）自動穩壓：市電存在時，可粗略穩壓及吸收部分電網干擾。

2．  性能特點

1)       當市電存在時

市電利用率高，可達成98%以上。 輸入功率因數和輸入電流諧波取決于負載性質。

輸出能力強，對負載電流小組峰因數、浪涌系數、輸出功率因數、過載等沒有嚴格的限制。

輸出電壓穩定度、精度均差，但能滿足一般要求。

2)       當市電掉電時  轉換時間一般為4-10ms。

輸出轉換開關受切換電流能力和動作時間限制，一般后備式UPS多在2kVA以下。

2.1在線互動式（圖2）

“在線”在含義是逆變器工作，但不輸出功率，處于熱備份狀態，同時兼顧對蓄電池充電，增大了UPS在市電正常時的功率容量，并且減少了市電掉電時的轉奐時間，提高了輸出電壓的濾波作用，它屬于并聯功率調整方式，輸出功率多在5kVA以下。

1．  功能部件

（1）       輸入開關：市電掉電時，自動斷開輸入開關，防止敦變器向電網反饋電。

（2）       自動穩壓器：市電存在時，可粗略穩壓及吸收部分電網干擾。

（3）       逆變器：此敦變器具有雙向變換功能，當市電存在時為整流器，給蓄電池浮置充電；當市電掉電時為逆變器，由電池供電，保持UPS繼續輸出供電。

2．  性能特點

（1）當市電存在時

市電利用率高，可達成98%以上。

輸入功率因數和輸入電流諧波取決于負載性質。

輸出能力強，對負載電流波峰因數、浪涌系數、輸出功率因數、過載等沒有嚴格的限制。

輸出電壓穩定度、精度均差，但滿足一般要求。

變換器直接接在輸出端，并處于熱備份狀態，對輸出電壓尖峰干擾有抑制作用。

（2）當市電掉電時

因為輸入開關存在斷開時間，致使UPS輸出仍有轉換時間，但比后備式要小得多。

電路簡單、成本低、市電供電時可靠性高。

變換器同時具有充電功能，且其充電能力很強。

如在輸入開關與自動穩壓器之間串接一電感，當市電掉電時，逆變器可立即向負載供電，可避免輸入開關未斷開時，逆變器反饋到電網而出現短路的危險。

這樣可使在線互動式的轉換時間減少到零，并增加抗干擾能力，但卻降低了UPS的輸出功率因數。

3.1雙變換在線式（圖3）

傳統雙變換在線式，特別是大功率UPS，目前扔多采用這種電路結構，它屬于串聯功率傳輸方式。

1．  功能部件

（1）整流器：當市電存在時，實現DC—AC轉換功能，一方面向DC—AC逆變器提供能量，同時還向蓄電池充電。該整流器多為可控硅整流器，但也有IGBT-PWM-DSP高頻變換新一代整流器。

（2）逆變器：完成DC—AC轉換功能，向輸出端提供高質量電能，無論由市電供電或轉由電池供電，其轉換時間為零。

（3）靜態開關：當逆變器過載或發生故障時，逆變器停止輸出，靜態開關自動轉換，由市電直接向負載供電。靜態開半為智能型大功率無觸點開關，轉換時間可認為零。

2．  性能特點

（1）     不管有無市電，負載的全部功率都由逆變器提供，保證高質量的電力輸出。

（2）     市電掉電時，輸出電壓不受任何影響，沒有轉換時間。

（3）     由于全部負載功率都由逆變器負擔，因而UPS的輸出能力不理想，對負載提出限制條件，如負載電流峰值因數，過載能力，輸出功率因數等。

（4）  對可控整流器還存在輸入功率因數低，無功損耗大，輸入諧和波電流對電網產生極大的污染等缺點。當然，若使用IGBT-PWM-DSP整流技術或功率因數校正技術，可把輸入功率提高到接近1，輸入諧波電流也將降到〈3% 以下。但12脈沖整流只能將輸入功率因數做到0.95左右。

（5）     在市電存在時，串聯式的兩個變換都承擔100%的負載功率，所以UPS整機效率較低：

（6）     為了提高雙變換在線式UPS在市電存在時的節能及運行可靠性，近來有人提出在線式UPS的后備運行設想和技術，在電網電壓條件較好的地方，在輸入電壓處于某一種范圍內時（可自行設置），當UPS本身配置很強的抗干擾電路功能時，通過智能開關，把UPS設置在后備式運行，逆變器空載熱備份，對于要求供電質量并不十分苛刻的用戶，這可能是一種可行的方案。

（7）     高輸入功率因數雙變換在線式UPS有很大的節以效果，因為當今應用的負載幾乎全為非線性負載，如果負載直接接入電網供電，其輸入非正弦峰值電流很大，造成很大的輸入無功損耗。當然接入低輸入功率因數雙變換在線式UPS，其輸入非正弦峰值電流也將很大，也會造成很大的輸入無功損耗，只不過前者是右面線性負載直接消耗電網的無功功率，機時后者卻是通過UPS來消耗電網的無功功率，但高輸入功率因數在雙變換在線式UPS卻能通過能量變換關系，把非線性負載引起的無功損耗降至低，因而高輸入功率因數雙變換在線式UPS具有節能效果，這是后備式、在線互動式望塵莫及的。

表—1  不同電路結構UPS對電網的適應能力

UPS技術：

本公司經營理念以“技術”為第一位，集高頻化，PFC（功率因數校正）技術、CPU（微電腦）控制為一體，專案設計出1-3KVA SP系列高頻化智能超小型UPS，設計出具有超寬輸入電壓及超大功率充電的5-10KVA AP系列加強型UPS。

由在線式UPS架構可知，過去常采用的低頻式架構中，內含低頻的輸入和輸出變壓器體積大、重量重、噪聲大、效率低，使得UPS不僅外觀笨重而且造價昂貴，且輸出變壓器的存在相當于一電感慣性環節使UPS輸出動態性受到一定影響。而采用高頻化抽設計的UPS去掉了笨重的低頻輸入、輸出充壓器，使用磁芯高頻變壓器，使其體積及重量減低，節省材料成本，提升整機動態性能，更可使UPS設計成模組化結構，可靠性獲得提升，更符合電腦輕、薄、短、小的趨勢。與傳統的低頻UPS相比，以1KVA高頻機為例，其體積、重量分別降為原來的40%、50%。

由以上比較可知：高頻化技術的應用使產品將更小、更安靜、更有效率、更為可靠，這也是UPS的必然發展方向。高頻UPS是“更好、更便宜”的機型，無怪乎歐美市場已無低頻UPS的生存空間，而日本更早于7、8年前就已走上這條路了。事實上高頻UPS已是歐、美、日先進國家的市場主流，我們深信這股潮流很快會席卷中國UPS市場。

捷力SP系列UPS是公司開發的第二代全高頻化UPS，這是公司根據所掌握的先進技術及世界UPS發展趨勢所設計的集高頻化、PFC、CPU于一體的UPS，也是來自臺灣的第一家向大陸市場提供第二代高頻化UPS的企業。時值一年，行銷數千臺，已證實了產品在大陸市場的優越性及廣大客戶對產品的認可和信賴。同第一代高頻機相比，主要的改革有二點：（1）采用PFC技術的SPWM整流電路取代原二極管地中流電路，降低對電網污染提升輸入功率因數。（2）電路在市電供電時省去一功率變換環節（Booster）使交流供電時UPS效率更高、更可靠。

可以計算其效率如下：

第一代：整機效率=整流效率×Booster效率×逆變效率

第二代：整機效率=整流效率×逆變效率

在96年末，可以看到各UPS制造商開始轉向第二代高頻機，而捷力二代機已進入大陸市場1年，其制造工藝技術更趨完善，可靠性更高。

需要說明的是目前還有一種所謂半高頻機，它實質是整流及電池部分采用第一代高頻機架構，逆變仍用原低頻機架構，它也必然繼承了第一代高頻機整流電路及低頻機逆變電路不足，作為由低頻架構向高頻回構的一種過渡而會被淘汰。

PFC——符合綠色電力環保要求，拓展了輸入電壓范圍

PFC（Power  Factor  Correction）技術是為了改善以往傳統整流電路的低功率因數，會從電網吸取峰值電流設計，由于電腦顯示器、打印機等設備，開關整流電源被廣泛采用，使得功率消耗都集中于峰值處，結果造成市電波嚴重失真，干擾市電電網上的其它用電設備。

我們把傳統整流電路及PFC整浪電路的架構及波形作一比較。

由以上比較可知傳統整流電路從電網吸取的尖峰電流大，使得配線容量加大，而采用PFC整流，此現象則可徹底改善。這一技術的實質是通過功率管Q的開關作用使電感L中的電流的大小市電電壓瞬時值大小的變化而同步變化，從而在輸入端得到一正弦波電流。我們以3000VA為例來計算所需要的配電容量。

無PFC的UPS：輸入電流有效值Irms=容量3000VA×輸出功率因數0.7÷效率0.8÷輸入功率因數0.7÷輸入電壓220V=17A輸入電流峰值Ip=Irms×2 .8=47.6A

有PFC的UPS：輸入電流有效值Irms=容量3000VA×輸出功率因數0.7÷效率0.7÷輸入功率因數0.97÷輸入電壓220V=12.3A輸入電流峰值Ip=12.3×1.414=17.4A

顯然采用PFC整流電路后UPS從電網吸取的峰值電流及功率大大降低，避免了UPS對電網的污染，更重要的是UPS隨著電網輸入電壓的降低其輸入電流將增大，若無PFC技術，則在電網電壓降至160V時，其輸入電流有效值變為23.4A，峰值變為65 .6A，顯然，很難使UPS在這種電壓下運行（因為電流的增大，將使發熱按電流的平方關系增加，由理論公式P_R=I²_R為證）。而采用PFC技術的UPS因電流增大不明顯而可將輸入電壓下限拓延至160V，即PFC整流電路除作功率因數校正、提高功率因數、符合綠色電力環保要求外，還起著另外一個作用，即拓展UPS輸入電壓范圍。

捷力UPS在PFC整流電路中，采用35KHZ高頻PWM控制技術、德國IXYS軟快速恢復整流器件、東芝（Toshiba）第三代功率場效管（Power  MOSFET）、美國Unitrode公司功率因數校正芯片及精心設計的電感L及電流檢知元件CT，從而確保UPS可靠高效運行，以1K機為例，在滿載時可將其PF校正至0.98以上，輸入電壓范圍拓寬至160-270V。

CPU 微處理器控制

CPU微處理器控制，不僅提升了產品集成度、可靠度，而且提供了UPS與電腦溝通的機會。當絕大數同等容量的UPS還在使用數字、模擬混合電路和或專用Hybird,捷力公司研發人員就已轉向了開發具有自主版本的控制軟件的微處理器控制之路，捷力SP系列UPS采用了美國ATMEL公司具有Flash  Memory的AT89C51/52高檔微處理器運行的僅是任務單一的數千了節的程序，其速度之快可想而知。由于采用了高檔微處理器，捷力UPS控制電路性能更加卓越：

（1）       具有非常強的數據邏輯運算能力，使整個控制系統響應極快，UPS動態性能得以大大提升。

（2）       具有很強的通訊能力，并且有友好的通訊界面，借由接口電路除傳遞市電異常、電池低壓及搖控關機信號外，還可提供輸入輸出資料（如電壓、電流頻率、功率因數、VA, 、W）、電池電壓、UPS狀態等以適應電腦網絡化之趨勢。

（3）       具有很強的故障診斷及處理能力，確保UPS及負載安全運行。

（4）       單片式結構使硬件電路大幅減少，控制可靠性提高。

總之捷力公司擁有自主版本的控制軟件配合高檔微處理器為捷力UPS整機性能的提高提供了強有力的技術支持。

功率變換技術

捷力公司在SP系列UPS中采用了一系列高頻功率轉換新技術，在設計上采用Power  MOSFET與IG

器件相結合，除逆變采用20KHZ  SPWM技術控制外，其余各功率變換環節均配合精心設計的磁性元件，將開關頻率提升至35～50KHZ，從而使UPS的濾波環節尺寸進一步減小，動態性能進一步提高。在AP系列設計中全部采用IGBT模塊及整流模塊，設計冗裕度大、壽命長，且可靠度高。在逆變器控制技術中采用瞬時電壓控制技術與數字調節相結合，確保UPS對非線性負載的適應能力，將UPS帶100%整流負載時的畸變將至4%以內。

大功率充電技術

捷力公司針對大陸電網這狀況，全線設計產品中均具有長效型機種。內置2—10A可調大功率高頻充電系統，嚴格按照電池特性充電，確保延長電池壽命究表明，若電池充電電流過小，則會導致：（1）電池放電后不能完全恢復至額定容量，隨著放電次數增加，將會造成電池容量明顯下降，縮短電池使用壽命（2）充電時間延長，不適于頻繁停電場合。捷力在功率高頻充電技術，采用35～50KHZ高頻交換式電源方式，恒壓限流二段式充電曲線，確保電池供電時間，延長電池壽命，AP系列充電系統更采用5段電流撥碼開關控制，充電電流分2A、4A、6A、8A、10A五檔可控，以和電池配合支持不同備用時間。

智能保護技術

由于在UPS中采用CPU控制，保護技術采用軟、硬件相結合及相關診斷技術，確保UPS及負載可靠，主要體現在：

* 電池電量檢知：根據電池放電電流（深度）經過軟體運算，決定電池關機電壓，延長電池壽命。

     * 逐脈沖限流保護技術：逆變器可承受瞬間脈沖電流，適應任何沖擊負載（如顯示器）開機而不跳旁路供電。

* 智能短路保護：采用軟、硬件結合自動識別輸出短路及過流，漢短路發生時，逆變迅速關閉但不跳旁路，以避免不必要的傷害。

* 自我故障偵側：UPS發生故障時，UPS可自行診斷故障部位，并通過UPS前面板LED組合來指示，幫助迅速修復UPS。

* 輸入過高壓保護：當市電高于273V時，UPS通過機械繼電器與市電隔離，以保護UPS及負載安全。

SP系列—1K/2K/3K特性說明：

* 高頻在線式設計、體積小、重量輕、效率高為******的世界潮流。

* 采用CPU微處理器控制，大幅提升產品的度及可靠度。

* 輸入功率因數改善線路，符合綠色電力環保要求，降低輸入尖峰電流。

* 寬限輸入電壓范圍，可接受160—270VAC，使用于電源環境惡劣地區。

* 長效型機種內置5—10A大容量充電器，適用不同備用時間，嚴格按照電池特性充電，充電時間快，確保電池使用壽命。

* 可直流啟動，特別適用頻繁停電地區。

* 輸入頻率自動偵測，可與發電機連接使用。

* 正弦波輸出，低雜訊及低失真干擾，尖峰電流承受能力強，適用于電腦等整流性負載設備。

* 保護功能完善：

輸入過高壓保護：當市電電壓高于273V時，UPS與市電自動隔離；

特殊限流保護：逆變可承受瞬投脈沖電流而不跳旁路，以電池放電及過充保護；

雷擊及突波保護。

* 自我故障偵測功能，正確指示故障原因，提供維修判斷依據。

* 標準介面卡（NOVELL＋RS－232）配置可與不同軟體搭配，于各種系統上執行監控功能。

* 造型經專家特別設計，外形美觀，更具人性化顯示面板。

UPS使用中注意事項:

1．  為UPS的運行提供較好的使用環境，在可能的情況下，盡量避免灰塵、油煙等侵入UPS。以減少UPS

因使用環境差而造成的故障。

2．對輸入UPS的市電電池輸出負載，各回路中所使用的空氣開關、閘刀開關、插座、接線等要確保接觸良好。如出現打火現象，要及時處理或更換。

3．UPS的輸出不允許接感性負載(如電鉆等)，盡量不要滿載，甚至過載下運行。如果出現過載告警，要立即卸掉部分負載。

4．定期2-3個月清掃UPS的進風孔，在機殼外用毛刷，對前面板的橫條形進風孔和側板小圓孔進行清掃，以利通風散熱，保證UPS工作穩定。

蓄電池的維護

    蓄電池的維護極易被人忽視，有的單位對蓄電池的狀態從不檢查，這主要是不了解除蓄電池在UPS中的重要地位。以下簡單對蓄電池的維護加以說明：

1．蓄電池在UPS的重要位置，要求加強蓄電池的維護。有人說蓄電池是“UPS的心臟”，我們認為一點也不過分，因為沒有蓄電池或蓄電池的維持時間極短，則不間斷電源就不能稱為不間斷電源，而只能稱作穩壓、頻壓電源。

2．蓄電池在整套UPS的成本中占有相當大的比例，特別是在小功率UPS中所占比重更大，所以一旦蓄電池由于維護不當損壞，對用戶來說，其經濟負擔很重。

3．由于維護不當，蓄電池的故障率相當高，由于蓄電池故障而引起UPS不能正常工作的比例也相當大，這是需要我們引以重視的。

以上說明正確使用和維護蓄電池并非小事，它對保持UPS的正常運轉，延長蓄電池使用壽命非常關鍵。

蓄電池的日常維護工作：

1．定期檢查蓄電池的狀態，保持蓄電池室和電池容器、支架、外殼清潔。定期檢查電池串聯接線端子，使之接觸良好，防止電流放電時產生打火和壓降地大現象。

2．假若UPS在運行2～3個月期間很少發生停電或沒有停電現象，則應實行核對性放電，將市電人為斷開，放出電池容量的30%～40%，然后再接入市電正常運行。

3．及時處理落后電池，準備停用的電池，在停用前應先充。在放置后，每隔1～2個月充電一次。