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摘要：UPS作为一种稳压、稳频、纯净化和无间断的重要设备和優质电源，在发电厂、变电站、化工、冶金、航空、邮电和银行等各行业得到了广泛应用。介绍了UPS供电电源的优点、原理及主要技术参数，探讨了如何正确维护保养以及蓄电池的管理方法。
关键词：UPS；原理；参数；养护
Abstract: as a kind of UPS and stable frequency voltage, pure purification and uninterrupted important equipment and high quality power, at power plants, transformer substation, chemical industry, metallurgy, aviation, posts and telecommunications and Banks, and other industries to a wide range of applications. Introduces the advantages of power supply, UPS principle and main technical parameters, the paper discusses how to correct maintenance and battery management methods.
Keywords: UPS; Principle; Parameters; maintenance
中图分类号: TM774文献标识码：A文章编号：
1 UPS简介
UPS源自英文名称Uniterruptible Power Supply的简称，中文通常称为不间断供电电源。它是一种稳压、稳频、纯净化和无间断的向重要设备提供连续电能的优质电源。以计算机为代表的现代精密电子设备，对交流电源的供电质量、可靠性和连续性等都有严格的要求，由于电源电压波动，频率漂移，脉冲干扰和突然中断，不仅会造成直接设备故障和毁坏，而且会间接地造成严重经济损失，技术破坏甚至危及人身安全和引起社会问题。社会的发展，需要电网供电能力和质量不断提高，但由于固有的雷击、大容量负荷合闸的影响、电网的波动、脉冲干扰、瞬时中断等现象存在，致使前述设备要求的高可靠性和不间断性得不到满足。UPS作为电网与用电设备的接口，能有效彻底的消除以上各种电源扰动，UPS成为关键电子设备的标准电源。与传统供电系统（市电、发电机等）相比，它具有以下优点：
（1）良好的输出特性其输出电压和频率是稳定和持久的，市电压的波动和频率变化对UPS输出不会产生影响。
（2）免除电力干扰UPS通过交流——直流——交流的双向转换设计，所有市电干扰全部滤除掉，精密仪表DCS设备需要UPS的保证。
（3）不受断电影响当发生市电中断时，UPS可借助储能蓄电池对负载进行不间断延时供电，保证重要负荷连续运行。
2 UPS原理
（1）组成。UPS应由能源、贮能部件、能量转换部件、切换开关等组成。能源即提供给UPS电力的市电和备用电源，贮能部件为蓄电池，能量转换部件为整流器和逆变器，切换开关为静态开关，组成如图1所示。
图1 UPS原理及组成
（2）UPS工作情况。在UPS正常工作时，主输入交流电经整流滤波后一方面给逆变器供电，同时使蓄电池浮充电。由逆变器输出的稳压稳频交流经滤波后通过静态开关给负载供电。主输入停电或整流器故障时，由蓄电池继续给逆变器供电保证UPS的不间断性。在电池放电终了或逆变器故障或过载过流等情况下则通过静态开关把负载切换到备用电源供电。但是由逆变器向备电切换的条件是：逆变器输出与备电处在锁相同步的情况下，且备电电压可用。在逆变器恢复正常或过载过流时间过去后，UPS检测逆变器正常，则应由备电供电通过静态开关切换到逆变器供电。
（3）UPS的核心设备是逆变器，主要采用IGBT绝缘栅双极晶体管，它综合了电力晶体管GTR和电力场效应晶体管MOSFET的优点，为三端器件，具有栅极G、集电极C和发射极E。其主要特点为开关速度高，开关损耗小，在相同电压和电流定额的情况下IGBT的安全工作区比GTR大，而且具有耐脉冲电流冲击的能力，IGRT通态压降低，输入阻抗高。
（4）为了使直流电能到交流电能的有效转换以及获取理想的正弦波交流输出，对逆变器单元普遍采用SPWM正弦波脉宽调制技术加以控制。这种调制法是建立在每一个特定时间间隔内能量等效于正弦波所包含的能量的概念上发展起来的一种脉宽调制法,用正弦波调制法来实现脉宽调制的目的。利用由运算放大器组成的比较器将三角波脉冲送到比较器反相端，将正弦波送到同相端，则在正弦波幅植大于三角波的电压时，比较器输出产生一个脉宽等于正弦波大于三角波部分所对应的时间间隔的正脉冲， 从而得到一个方波脉冲序列。三角波幅值、频率取定值，可通过调节正弦波幅值的方法就可以调节逆变器输出电压大小。
3UPS的主要技术参数
（1）输入特性，UPS对输入电网的具体要求：①输入电压：UPS正常运行时所要求的电网电压范围，整流侧电压范围宽一些较好，大容量UPS通常要求在385V±15%～415V±10%之间，有的可达到20%以上，旁路电压是决定旁路切换允许时的输入电压，一般为额定电压的10%左右。超过该范围将禁止旁路切换。②输入频率：UPS正常运行时所要求的电网频率范围，一般UPS均给出适合旁路切换要求的频率范围（±5%左右）。③输入功率因数和输入电流谐波含量。
（2）输出特性：①额定电压：给负载提供的额定电压值。②输出电压稳定度分静态精度（UPS在稳定负载和额定输入电压条件下，输出电压变化）和动态精度（负载突变情况下电压变化）及瞬态电压恢复时间，该指标指在负载突变情况下UPS电压回复到规定范围内所需时间。③输出额定频率及稳定度，在市电输出频率50Hz±5%范围内UPS普遍采用锁相技术。输出频率与相位跟踪旁路电源与市电同频同相。④输出电压波形和失真度，多数UPS为正弦波输出，失真度反映了输出电压谐波含量大小。⑤输出功率因数，指UPS负载向UPS吸收功率的情况。⑥额定输出功率为输出电压与额定输出电流的乘积。⑦输出电压不平蘅度，指三相输出型UPS三相逆变电压存在差异。⑧输出电压相位偏差及过载能力。
4正确维护保养与蓄电池管理
UPS作为重要供电设备，在供电公司变电站中显得尤为重要。运行良好与否，将直接关系到生产能否安全运行，因此对它进行及时地维护是非常必要的和最关键的。
（1）日常巡视UPS中，一定要做到心细，检查到位。①观察记录输入主电源以及旁路电源电压电流，有无停电、缺相和超标现象发生。②观察记录UPS输出电压电流值。③检查电池电压，充放电电流是否在正常值范围。④观察面板或指示灯信号有无异常。⑤检查UPS冷却风机是否运转良好有无振动。⑥内空调机是否启动运行良好，环境温度应在25℃左右。⑦聆听UPS电源发出的噪音声响有无明显异常变化，有无异味。
（2）同时要定期对UPS进行维护工作。①日常巡检内容。②检查输入输出，电池侧接线情况，开关接线有无老化发焦现象。③清除UPS进风口及空气过滤器上的灰尘，对冷却风扇进行检测运行不良者及时更新。④检测电池性能：主要有电池有无漏液膨胀变形，连接线是否松动，并进行电压内阻测试，将不合格电池及时更换。
（3）在以上基础上还应对UPS定期进行性能测试，以便发现故障隐患。①在UPS带电运行时检查UPS输出电压频率波形正常；对电池进行放电试验；检测电池放电性能，恢复市电后激活电池；检测充电电流及电压上升情况；进行逆变——旁路切换试验；对UPS进行开关机全过程操作；检查面板显示信息和信息指示，调出故障报警单，查看其中内容，对其原因进行相关检查；检查冷却风机运转情况。②当UPS关机时，清扫UPS柜内灰尘；检查一、二次接线，电池间，电池与UPS间的接线，各通讯接口有无松动，接地线良好；检查开关接触器情况；检测大电能电容器情况；检查熔断器各保险情况；检查输入输出接线及负载线路情况。在进行UPS操作时，应严格按照UPS操作规程进行规范操作，应尽量避免在带负载和电池未投入情况下开关UPS电源。
（4）蓄电池作为UPS的储能单元，越来越显示了它的重要性，一旦市电断电或整流器故障，这时如果蓄电池由于质量问题而供不出电，将直接造成生产装置的停产，后果是严重的。因此要定期对电池电压、内阻进行专项检查。12V电池内阻一般在20mΩ以下，阻值越小越好，通过定期测量加以前后比较有较大数值变化者应对其进行重新测量判断其好坏，质量差的应及时更换。同时，为了电池更好的发挥其性能，应时常对室内温度加以监测，温度在20℃左右为最佳。因为电池的使用寿命与环境温度密切相关，温度高会加速电池的老化速度，此外在允许条件下要对电池定期做放电试验，以达到激活电池的目的。
5结 语
UPS具有很高的技术含量，特别是近几年来，在UPS中由于采用了以微处理器为核心的数字信号处理技术，高速网络通讯技术，高频脉宽调制技术，智能化故障自诊断检测技术等，使得UPS电源无论在智能化管理上，产品可靠性的提高上，还是优良的可维护性上，都获得了前所未有的进步。
参考文献
[1]原立涛，李凤玲.UPS电源简介[J]．煤炭技术，2001
[2]易映萍.电力系统UPS接线方式探讨[J]．继电器，2001
[3]候振义，王义明.UPS电路分析与维修[M]．北京：科学出版社，2001
[4]高军．UPS逆变器数字化控制技术的研究[D]．西安：西安交通大学博士学位论文,2002
[5] 楊红敏.UPS组成的操作电源[J].河南化工,2001
作者简介：郝丽霞（1963—），女，高级实验师。1984年毕业于山东工业大学电机系电机制造， 现山东理工大学电气学院从事实验教学工作。主要研究方向：电工电子、电气自动化。发表专业学术论文6篇。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：UPS；原理；参数；养护
Abstract: as a kind of UPS and stable frequency voltage, pure purification and uninterrupted important equipment and high quality power, at power plants, transformer substation, chemical industry, metallurgy, aviation, posts and telecommunications and Banks, and other industries to a wide range of applications. Introduces the advantages of power supply, UPS principle and main technical parameters, the paper discusses how to correct maintenance and battery management methods.
Keywords: UPS; Principle; Parameters; maintenance
中图分类号: TM774文献标识码：A文章编号：
1 UPS简介
UPS源自英文名称Uniterruptible Power Supply的简称，中文通常称为不间断供电电源。它是一种稳压、稳频、纯净化和无间断的向重要设备提供连续电能的优质电源。以计算机为代表的现代精密电子设备，对交流电源的供电质量、可靠性和连续性等都有严格的要求，由于电源电压波动，频率漂移，脉冲干扰和突然中断，不仅会造成直接设备故障和毁坏，而且会间接地造成严重经济损失，技术破坏甚至危及人身安全和引起社会问题。社会的发展，需要电网供电能力和质量不断提高，但由于固有的雷击、大容量负荷合闸的影响、电网的波动、脉冲干扰、瞬时中断等现象存在，致使前述设备要求的高可靠性和不间断性得不到满足。UPS作为电网与用电设备的接口，能有效彻底的消除以上各种电源扰动，UPS成为关键电子设备的标准电源。与传统供电系统（市电、发电机等）相比，它具有以下优点：
（1）良好的输出特性其输出电压和频率是稳定和持久的，市电压的波动和频率变化对UPS输出不会产生影响。
（2）免除电力干扰UPS通过交流——直流——交流的双向转换设计，所有市电干扰全部滤除掉，精密仪表DCS设备需要UPS的保证。
（3）不受断电影响当发生市电中断时，UPS可借助储能蓄电池对负载进行不间断延时供电，保证重要负荷连续运行。
2 UPS原理
（1）组成。UPS应由能源、贮能部件、能量转换部件、切换开关等组成。能源即提供给UPS电力的市电和备用电源，贮能部件为蓄电池，能量转换部件为整流器和逆变器，切换开关为静态开关，组成如图1所示。
图1 UPS原理及组成
（2）UPS工作情况。在UPS正常工作时，主输入交流电经整流滤波后一方面给逆变器供电，同时使蓄电池浮充电。由逆变器输出的稳压稳频交流经滤波后通过静态开关给负载供电。主输入停电或整流器故障时，由蓄电池继续给逆变器供电保证UPS的不间断性。在电池放电终了或逆变器故障或过载过流等情况下则通过静态开关把负载切换到备用电源供电。但是由逆变器向备电切换的条件是：逆变器输出与备电处在锁相同步的情况下，且备电电压可用。在逆变器恢复正常或过载过流时间过去后，UPS检测逆变器正常，则应由备电供电通过静态开关切换到逆变器供电。
（3）UPS的核心设备是逆变器，主要采用IGBT绝缘栅双极晶体管，它综合了电力晶体管GTR和电力场效应晶体管MOSFET的优点，为三端器件，具有栅极G、集电极C和发射极E。其主要特点为开关速度高，开关损耗小，在相同电压和电流定额的情况下IGBT的安全工作区比GTR大，而且具有耐脉冲电流冲击的能力，IGRT通态压降低，输入阻抗高。
（4）为了使直流电能到交流电能的有效转换以及获取理想的正弦波交流输出，对逆变器单元普遍采用SPWM正弦波脉宽调制技术加以控制。这种调制法是建立在每一个特定时间间隔内能量等效于正弦波所包含的能量的概念上发展起来的一种脉宽调制法,用正弦波调制法来实现脉宽调制的目的。利用由运算放大器组成的比较器将三角波脉冲送到比较器反相端，将正弦波送到同相端，则在正弦波幅植大于三角波的电压时，比较器输出产生一个脉宽等于正弦波大于三角波部分所对应的时间间隔的正脉冲， 从而得到一个方波脉冲序列。三角波幅值、频率取定值，可通过调节正弦波幅值的方法就可以调节逆变器输出电压大小。
3UPS的主要技术参数
（1）输入特性，UPS对输入电网的具体要求：①输入电压：UPS正常运行时所要求的电网电压范围，整流侧电压范围宽一些较好，大容量UPS通常要求在385V±15%～415V±10%之间，有的可达到20%以上，旁路电压是决定旁路切换允许时的输入电压，一般为额定电压的10%左右。超过该范围将禁止旁路切换。②输入频率：UPS正常运行时所要求的电网频率范围，一般UPS均给出适合旁路切换要求的频率范围（±5%左右）。③输入功率因数和输入电流谐波含量。
（2）输出特性：①额定电压：给负载提供的额定电压值。②输出电压稳定度分静态精度（UPS在稳定负载和额定输入电压条件下，输出电压变化）和动态精度（负载突变情况下电压变化）及瞬态电压恢复时间，该指标指在负载突变情况下UPS电压回复到规定范围内所需时间。③输出额定频率及稳定度，在市电输出频率50Hz±5%范围内UPS普遍采用锁相技术。输出频率与相位跟踪旁路电源与市电同频同相。④输出电压波形和失真度，多数UPS为正弦波输出，失真度反映了输出电压谐波含量大小。⑤输出功率因数，指UPS负载向UPS吸收功率的情况。⑥额定输出功率为输出电压与额定输出电流的乘积。⑦输出电压不平蘅度，指三相输出型UPS三相逆变电压存在差异。⑧输出电压相位偏差及过载能力。
4正确维护保养与蓄电池管理
UPS作为重要供电设备，在供电公司变电站中显得尤为重要。运行良好与否，将直接关系到生产能否安全运行，因此对它进行及时地维护是非常必要的和最关键的。
（1）日常巡视UPS中，一定要做到心细，检查到位。①观察记录输入主电源以及旁路电源电压电流，有无停电、缺相和超标现象发生。②观察记录UPS输出电压电流值。③检查电池电压，充放电电流是否在正常值范围。④观察面板或指示灯信号有无异常。⑤检查UPS冷却风机是否运转良好有无振动。⑥内空调机是否启动运行良好，环境温度应在25℃左右。⑦聆听UPS电源发出的噪音声响有无明显异常变化，有无异味。
（2）同时要定期对UPS进行维护工作。①日常巡检内容。②检查输入输出，电池侧接线情况，开关接线有无老化发焦现象。③清除UPS进风口及空气过滤器上的灰尘，对冷却风扇进行检测运行不良者及时更新。④检测电池性能：主要有电池有无漏液膨胀变形，连接线是否松动，并进行电压内阻测试，将不合格电池及时更换。
（3）在以上基础上还应对UPS定期进行性能测试，以便发现故障隐患。①在UPS带电运行时检查UPS输出电压频率波形正常；对电池进行放电试验；检测电池放电性能，恢复市电后激活电池；检测充电电流及电压上升情况；进行逆变——旁路切换试验；对UPS进行开关机全过程操作；检查面板显示信息和信息指示，调出故障报警单，查看其中内容，对其原因进行相关检查；检查冷却风机运转情况。②当UPS关机时，清扫UPS柜内灰尘；检查一、二次接线，电池间，电池与UPS间的接线，各通讯接口有无松动，接地线良好；检查开关接触器情况；检测大电能电容器情况；检查熔断器各保险情况；检查输入输出接线及负载线路情况。在进行UPS操作时，应严格按照UPS操作规程进行规范操作，应尽量避免在带负载和电池未投入情况下开关UPS电源。
（4）蓄电池作为UPS的储能单元，越来越显示了它的重要性，一旦市电断电或整流器故障，这时如果蓄电池由于质量问题而供不出电，将直接造成生产装置的停产，后果是严重的。因此要定期对电池电压、内阻进行专项检查。12V电池内阻一般在20mΩ以下，阻值越小越好，通过定期测量加以前后比较有较大数值变化者应对其进行重新测量判断其好坏，质量差的应及时更换。同时，为了电池更好的发挥其性能，应时常对室内温度加以监测，温度在20℃左右为最佳。因为电池的使用寿命与环境温度密切相关，温度高会加速电池的老化速度，此外在允许条件下要对电池定期做放电试验，以达到激活电池的目的。
5结 语
UPS具有很高的技术含量，特别是近几年来，在UPS中由于采用了以微处理器为核心的数字信号处理技术，高速网络通讯技术，高频脉宽调制技术，智能化故障自诊断检测技术等，使得UPS电源无论在智能化管理上，产品可靠性的提高上，还是优良的可维护性上，都获得了前所未有的进步。
参考文献
[1]原立涛，李凤玲.UPS电源简介[J]．煤炭技术，2001
[2]易映萍.电力系统UPS接线方式探讨[J]．继电器，2001
[3]候振义，王义明.UPS电路分析与维修[M]．北京：科学出版社，2001
[4]高军．UPS逆变器数字化控制技术的研究[D]．西安：西安交通大学博士学位论文,2002
[5] 楊红敏.UPS组成的操作电源[J].河南化工,2001
作者简介：郝丽霞（1963—），女，高级实验师。1984年毕业于山东工业大学电机系电机制造， 现山东理工大学电气学院从事实验教学工作。主要研究方向：电工电子、电气自动化。发表专业学术论文6篇。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。