通信设备环境知识点精讲之UPS基本工作原理
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UPS基本工作原理
1.在线式UPS工作原理
在线式UPS由整流滤波电路、逆变器、输出变压器及滤波器、静态开关、充电电路、蓄电池组和控制监测、显示告瞥及保护电路组成，如图6-2所示。在线式UPS的输出电压波形通常为标准正弦波。
市电正常时，输入电压经整流滤波电路后，给逆变器供电，逆变器输出经过输出变压器和输出滤波电路将SPWM波形变换成纯正弦波。同时，整流电压经充电器给蓄电池补充能量。在这种工作状态下，市电经整流滤波器、逆变器及静态开关给负载供电，并由逆变器完成稳压和频率跟踪功能。
当市电出现故障(中断、电压过高或过低)时，UPS工作在后备状态，逆变器将蓄电池的电压转换成交流电压，并通过静态开关输出到负载。
市电正常但逆变器出现故障或输出过载时，UPS工作在旁路状态。静态幵关切换到市电端，市电直接给负载供电。如果静态开关的转换因逆变器故障引起，UPS将发出报蝥信号;如果因过载引起静态开关转换，过载消失后，静态开关将重新切换到逆变器端。
控制监测、显示告警及保护电路提供逆变、充电、静态开关转换所需的控制信号，并显示各自的工作状态。UPS出现过压、过流、短路、过热时，及时报警并同时提供相应保护。比如，负载发生短路时，保护电路很快关断逆变器，使其免受损害，静态开关也不转换到市电，短路消失后，逆变器重新启动，恢复供电。
在线式UPS中，无论市电是否正常，都由逆变器供电，所以市电故障瞬间，UPS的输出不会间断。另外，由于在线式UPS加有输入EMC滤波器和输出滤波器，所以来自电网的干扰能得到很大衰减;同时因逆变器具有很强的稳压功能，所以在线式UPS能给负载提供干扰小、稳压精度高的电压。
在线式UPS的特点总结如下。
(1)容量范围：几百伏安到几百千伏安(单机)。
(2)技术特征：输出正弦波，逆变器主供电，掉电转电池没有中断时间，对市电进行完全净化。
(3)结构：绝大部分采用高频变换技术，能量的变换也都使用高频变压器来完成，体积小、重量轻、噪声低。
(4)优点：对市电完全净化。
(5)缺点：价格比较贵，效率相对较低。
(6)适用场合：提供全面而彻底的保护，lOkVA以上UPS大都采用这种技术，适合大型数据网络中心和其他关键用电领域，如服务器及其他重要仪器、设备、控制系统等。
2.后备式UPS工作原理
后备式UPS原理框图如图6-3所示，后备式UPS与在线式UPS的差别是：没有输入整流滤波器，逆变器只由蓄电池供电，市电正常时，逆变器不工作。输出没有滤波器，输出电&波形一般为方波。市电正常时输出变压器起交流稳压器的作用。
市电正常时，UPS工作于市电旁路状态，转换开关切换到市电输入端，输入市电经转换开关接至输出变压器，然后给负载供电。市电变化时，通过继电器改变变压器的接点，可稳定输出电压。
市电出现故障(中断、电压过高或过低)时，UPS工作于后备状态。检测控制电路检测到市电故障后，启动逆变器并将转换开关切换至逆变器端，由蓄电池经逆变器给负载供电，逆变器输出波形为方波。负载变化时，逆变器通过改变输出方波的宽度实现稳压。
在后备式UPS中，市电正常时逆变器不工作，只有市电出现故障时，逆变器才启动。由于作为转换开关的继电器，需要一定的动作过程，因此由市电供电到逆变器供电或由逆变器供电到市电供电都有一段转换时间，一般为3-10ms.另外，后备式UPS是通过调节变压器的变化来实现稳压的，所以输出电压稳定度也比在线式UPS低。
后备式UPS的特点总结如下。
(I)容量范围：零至几kVA,多为lkVA以下，且多为500VA。
(2)技术特征：多为准方波输出，对市电没有净化功能;逆变器为后备工作方式，掉电转逆变工作有时间间隔。
(3)结构：采用工频变压器来进行能量传递，电源笨重而且体积大。
(4)优点：价格便宜，结构简单，可靠性高。
(5)缺点：没有净化功能，稳压特性差，掉电切电池有间断时间。
适用场合：只能处理断电问题，仅适合比较简单、不很重要的环境使用，如办公或家用PC,不重要的网上终端等。
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