艾默生ups工作原理_艾默生ups按键功能

1.UPS电源在配电室起什么作用?

2.直流屏模块故障

3.不间断电源（UPS）未来的发展趋势是什么？

随着网络系统的应用越来越广，由于各种原因导致网络服务中断而带来的损失也越来越大，服务器必须能够满足每周七天、全年全天候不间断正常工作的要求。在影响服务器高可用的的众多因素中，UPS无疑是很重要的一环。为了最大限度的防止因电力原因造成的停机事故，人们对UPS的要求越来越高，功率也越来越大。可以说，如今的UPS已经不再只是一台电网停电后可以继续向负载供电的整机产品，它已经成为一个小型的或者说局部的高度可靠、性能齐全、高度智能化的供电中心，而且，随网络环境的日益普及，UPS电源的网络功能也得到日益强化，利用网络来监控UPS已成为UPS技术发展的趋势所在。

1、对存放重要信息的计算机进行重点保护。由于每台计算机都有可能因电源电压不稳定或者其他原因引起计算机在使用过程中突然掉电，对于普通计算机来说，这种突然掉电可能是再平常不过的事情了，但如果对那些存放有重要信息的计算机来说，突然掉电可能会给用户带来不可估量的损失。因此从保护的实用价值角度出发，用户应该只对那些少数的重要计算机进行电源保护，以便让UPS电源物有所值。

2、根据保护对象选择合适的UPS。如果选购UPS电源是为了保护存放有重要信息的普通计算机，那么必须确保UPS能提供小于300V的保护电压，这样在市电出现停电的时刻，UPS能瞬间完成切换到后备用电源的过程，使计算机在短时断电时仍能顺畅运行，不会出现数据丢失和系统关闭现象。在超长市电电源中断的情况下，UPS设备可以启动电源管理软件实现安全的计算机系统关闭过程，也保证数据的完整性；这样UPS不仅保护PC的硬件，也保护了硬件内的数据。如果选购的UPS是为了保护网络服务器，那么选购的UPS除了要具有防浪涌电压、有可充电电池等功能外，还具有防止数据线浪涌的功能，以确保UPS在市电电网停电的情况下可在全负载条件下运行至少5分钟，从而避免网络交换设备不受市电的干扰，另外服务器的UPS最好还要有智能电池管理功能。

3、不能长期按照额定功率来运行UPS。在许多人看来，要充分发挥UPS的功效的话，就应该让UPS一直处于额定功率状态下运行，这样的话虽然正确，但是如果UPS长期满载运行可能会大大缩短UPS的使用寿命。UPS使用的原则应该是让UPS尽量用到最需要的地方，而不是把一些根本就没有必要进行电源保护的设备都连接到UPS上，这样只能额外加重UPS的运行负担，让UPS电源在不知不觉中“老死”。正确的做法是适度控制好UPS电源的连接负载，保证UPS的负载量不超过其额定功率的85%，也就是说用户可以将UPS电源控制柜后面的几个接口适当地保持空闲状态。当然大家也没有必要让UPS电源过分低载运行，这样UPS电源就会失去购买价值了。

4、后备式UPS不适宜用在对电源敏感的设备上。后备式UPS平时处于蓄电池充电状态，在停电时逆变器紧急切换到工作状态，将电池提供的直流电转变为稳定的交流电输出，不过这种UPS存在一个切换时间问题，因此不适合用在对电源敏感的设备保护上。因为尽管这种UPS切换时间很短，但对电源敏感的设备，例如一些控制精度非常高的设备来说，不但要求电源电压要持续，而且还必须稳定，一旦电源有微小的波动，其工作状态就能发生很大的变化。

5、应确保与UPS相连的配电柜使用的是空气开关。为了确保UPS电源的使用安全，我们还必须注意与UPS相连的配电柜的使用开关，因为如果接UPS的配电柜用普通的老式闸刀开关，这种开关在接通或者断开电源的一刹那有拉弧现象，这种现象会产生突发尖端电流从而对市电电网产生额外的干扰；而如果配电柜用新式的空气开关的话，就可以利用该开关的消弧功能来避免拉弧现象，从而确保市电电网的稳定性。另外旧式开关由于用的是熔断式保险丝，在电流响应方面比较迟钝，这样一旦遇到短路或者其他特殊情况时，就不容易及时切断电源。

6、保护服务器的UPS电源最好具有智能管理功能。由于服务器是一个网络中的核心，网络中所有重要的信息全部存放在服务器中，一旦服务器发生什么意外的话，整个网络可能就处于瘫痪状态，由此可见保护服务器是多么的重要。为了能及时对服务器的任何异常作出响应，这就要求与服务器相连接的UPS具有一些智能管理功能，例如对服务器的供电能进行自动管理和调整，或者说当电源遇到突发故障时，UPS能自动关闭服务器的操作系统并关闭其电源，另外UPS的智能功能还包括将服务器的有关信息通过网络传递给操作系统或网络管理员，以便服务器管理人员能即时进行远程控制和管理。

7、让蓄电池工作在合适的环境中。在普通人眼中，UPS电源就是那个密封式的铅酸蓄电池柜；其实铅酸蓄电池只不过是UPS电源的供电部分，它的另一部分是电源控制柜。对于电源控制部分，我们倒是没什么需要维护的，但对于那些密封在柜内的铅酸蓄电池我们能做些什么维护工作呢？其实，对蓄电池所做的维护工作最重要的就是让蓄电池工作在合适的环境中，因为蓄电池对工作环境的温度有较高要求，温度适宜可以让蓄电池发挥出最佳潜能，相反蓄电池的功效就不能得到很好的利用，而且还会延长蓄电池的使用寿命。为此，我们尽可能地让蓄电池的工作温度保证在25℃左右，如果温度过高会缩短蓄电池使用寿命，温度太低了，UPS将达不到标称的延时。另外在组装蓄电池时，要千万注意不能将安装时数不同、出厂品牌不同的电池混合使用，这样会让UPS电源的实际使用效果大打折扣。

8、所选的UPS功率应该与保护对象的功率相匹配。不同功率大小的UPS在价格上是相差很大的，如果选择的UPS功率低于需要保护的设备功率，那么UPS就不能正常对这些设备提供电源保护；相反如果选择的UPS功率高于需要保护的设备功率，最终结果，UPS使用功率必然只能达到需要保护的设备的功率，那么，功率高的那一部分所花费的资金就浪费了；因此用户在选择UPS时最好先把需要保护的设备的功率计算一下，然后选择一个功率至少和需要保护的设备要求一样大功率的UPS电源。当然，如果您需要保护的设备在将来可能会增加的话，可以在现有基础之上适当考虑一些余量。

9、不要把电感性负载连接到UPS电源上。由于电感性负载在接通电源或者断开电源的一瞬间，会产生振荡电流，这种电流的峰值将远远大于UPS电源所能承受的电流值，这种振荡电流很容易引起UPS的瞬时超载，如果超载的次数很多的话，将会大打缩短UPS电源的使用寿命，因此笔者建议不要把一些不重要的电感性负载，例如电冰箱或者空调之类的家用电器，连接到UPS电源上。

10、在选购时要学会检测UPS。为了检验选购好的UPS是否符合实际需要，我们在选购好UPS电源之后，还必须通过现场测试来确认一下所选的UPS是否与实际需要的相符；测试时主要检查下面的一些内容，例如对UPS电源的启动检查、报警和自动关机检查、电池供电/充电时间检查、电池热插拔、市电/电池切换点检查等。最简单的检测UPS能否对计算机提供掉电保护的方法就是突然拔掉UPS的电源插头，如果计算机能继续正常运行，则认为UPS能胜任保护工作。另外用户还应重视对UPS输出能力和可靠性的考察，因为UPS输出能力的各项性能指标，都是可以量化的可靠性指标。在同等运行条件下，效率高、输出电流峰值系数和浪涌系数大、过载能力强的UPS，其可靠性必然高。

11、正确对UPS电源进行维修。如果在UPS电源运行过程中出现故障时，用户可以根据故障现象，用万用表分别测量各组件的工作电压，并与正常值进行比较，这样可逐步缩小故障范围，当将故障定位于某组件后，依次检查与该组件有关的电路，如果电路无故障，一般来说，是组件损坏所致，更换后即可排除故障。不过，笔者在这里要提醒大家的是，如果大家对UPS电源不熟悉的话，千万不要自行对UPS电源维修，因为维修过程中可能存在安全威胁。

12、正确对UPS电源进行操作。UPS电源对操作也是有一定讲究的，例如我们不能随便对其进行开关，在打开UPS时，应先开UPS电源输入开关，然后再打开逆变器的开关；在关机时，应该先关闭逆变器的开关，然后在断开输入开关。在UPS不工作时，最好要将其关闭，因为如果工作完后不关电源的话，一旦遇到突然停电，那么UPS电源就有可能一直处于工作状态，即使不带负载，但UPS也会损耗少量的电源能量。这样长时间损耗能量又不及时充电，最后电池就会枯竭，引起UPS故障。另外为了防止雷击引起UPS短路或者产生火灾故障，我们一定要把UPS电源放在通风散热良好的地方，并确保UPS电源能有效接地。

13、要定期检查电池的端电压。为了能及时了解UPS电源的工作状态，我们应该每半年就给UPS测量一下电池的端电压。如果电压超过1V就应该使用均衡的恒压限流(0.5A)充电，若不奏效，只能换新电池。如果当地长期不停电，必须定期人为中断供电，使UPS带负载放电。因为长期没断过电，所以你一直以为它是在正常工作的，而实际上一旦断电，它只能提供很短的延时甚至根本没有延时，原因就是蓄电池长期处于浮充的充电状态。

14、在供电质量要求较高的场合下要使用在线式UPS。在线式UPS在供电状况下的主要功能是稳压及防止电波干扰；在停电时则使用备用直流电源(蓄电池组)给逆变器供电。由于逆变器一直在工作，因此不存在切换时间问题，适用于对电源有严格要求的场合。

15、不要频繁开关UPS电源。由于频繁开关会产生尖端电流，这些电流可能会让UPS电源内部的晶体管的交流保险丝熔断，从而损坏UPS电源，因此大家一定要记住在开关之间至少要有6秒钟以上的时间间隔。不要让蓄电池长期闲置不用或长期处于浮充状态而不放电，因为长期处于浮充状态是电池损坏的最主要原因，所以UPS在使用一段时间后，要人为地使UPS处于逆变状态一会，这样可延长电池寿命；另外还要提醒大家的是，不要在逆变状态下打开保护设备。

1.UPS的供电方式

UPS的供电方式可分为集中供电方式和分散供电方式两种。

集中供电方式是指由一台UPS向整个线路中各个负载装置集中供电。

分散供电方式是指多台UPS电源对多路负载装置分散供电。

这两种供电方式都有各自的优缺点具体如下：

集中供电方式 便于管理 布线要求高 可靠性低 成本高

分散供电方式 不便管理 布线要求低 可靠性高 成本低

　2.负载的选择

并非所有的电器设备都需要使用UPS，同样，UPS也并非适用所有电器设备。用户在选择UPS的负载时，主要应考虑大小、负载装置的特性、负载装置的重要程度以及不良电力对负载的影响程度。

1)负载装置的特性

交流负载的供电方式一般分为单相和三相两种。小功率负载，功率从几百VA到100KVA，一般用单相供电方式,选用单相输出的UPS；而大功率的负载，功率从几十KVA到1000KVA，多用三相供电方式，因此需选用三相输出的UPS。

负载类型一般可分为电阻性、电感性、电容性等线性负载与内含整流电路的非线性负载(又称整流性负载)。电脑及其设备多为非线性负载。UPS适用于电阻性负载及带容性的整流性负载。感性、容性负载等非线性负载启动都有冲击电流，电脑等整流性负载即使是在正常运行时，其峰值因数也有2~3,即电流的峰值为其有效值的2~3倍，因此在选用UPS时应考虑到这一特性，应给UPS留一定的余量。对于某些功率因数较低的感性负载如空调机等，因其启动电流相当大，可达其额定值的5~7倍，并且频繁启动，因此一般中小型UPS不适用，除非留有足够的余量。

2)负载大小与UPS容量计算

一般电器负载都会标称其额定功率或额定电流及功率因数等参数，但由于不同类型的负载差异较大，而总功率不能够差异较大，故总功率不能够简单的相加而应该求其矢量和。好在一般情况下，用户 负载大多为电脑设备，其功率因数在0.65~0.7之间，因此可以将各个负载的额定功率累加求出总功率,而个别其他类型的负载如打印机等,可以按启动大小将其额定功率乘以一系数再计算进去。根据负载总容量的UPS，一般可以按以下公式选择:

UPS容量>= 负载容量÷0.8

即负载容量应为UPS额定容量的80%以下。选择80%负载主要是考虑到负载启动的冲击电流以及用户今后扩容的需要。

3.放电时间的配置

停电后UPS是依靠电池储能供电给负载的，标准性UPS本身机内自带电池,在停电后一般可继续供电几分钟至几十分钟，而长效型UPS配有外置电池组,可以满足用户长时间停电时继续供电的需要，一般长效型UPS满载配置时间可达数小时以上。

一般长效型UPS备用时间主要受电池成本、安装空间大小以及电池回充时间等因素的限制。一般在电力环境较差，停电较为频繁的地区用UPS与发电机配合供电的方式,见原理图。当停电时,UPS 先由电池供电一段时间,如停电时间较长,可以启动备用发电机对UPS继续供电，当市电恢复时再切换到市电供电。

电池供电时间计算

电池供电时间主要受负载大小、电池容量、环境温度、电池放电截止电压等因素影响。一般计算 UPS电池供电时间,可以计算出电池放电电流,然后根据电池放电曲线查出其放电时间。电池放电电流可以按以下经验公式计算:

放电电流=UPS容量(VA)×功率因数/电池放电平均电压×效率

1) 电网情况

主要包括电网电压波动范围、停电频率等以确定UPS备用时间的配备。如有必要可以在UPS前极增设其他保护措施。

2) 使用环境

温度：要求为0℃~40℃

湿度：要求为10%~90%

落尘：UPS周围环境要保持清洁，这样可以减少有害灰尘对UPS内部线路的腐蚀

结构：UPS长延时配置时，电池可能较重,此时应考虑地板承重问题

空间大小：应保证UPS进行维护时，工程人员有一定的施展空间

3)接地情况

在电脑系统中为了确保电脑系统稳定可靠工作,防止寄生电容耦合干扰，保护设备及人身安全，因此必须要有良好的接地系统。在接地系统中以接地电阻来表示接地好坏,一般接地电阻小于5Ω 较为理想。

5.UPS的使用

1)正常的开机顺序

由于一般负载在启动瞬间存在冲击电流,而UPS内部功率元件都有一定的安全工作区范围,尽管我们在选用器件时都留有一定的余量,但是过大的冲击电流还是会缩短元器件的使用寿命，甚至造成元器件损坏。因此 ,在使用时应尽量减小冲击电流带来的损害。

一般UPS在旁路工作时，抗冲击能力较强,我们可以利用这一特点在开机时用以下方式进行：先送市电给UPS，使其处于旁路工作,再逐个打开负载,先开冲击电流较大的负载,再开冲击电流较小的负载,然后UPS面板开机，使其处于逆变工作状态。开机时千万不能将所有负载同时开启,也不可带载开机。

2)关机顺序

关机顺序如下：先逐个关闭负载，再将UPS面板关机,使UPS处于旁路工作而充电器继续对电池组充电。如果需要UPS输出，将UPS完全关闭,则再将输入市电断开即可。

3)后备式UPS的使用

后备式UPS一般在市电状态下没有负载检测功能，只靠输入保险丝起保护。如用户使用时不注意这点，在市电时很容易带载过大，虽然市电状态下，UPS还可能继续工作，但一旦市电异常转电池逆变工作时，UPS就会因过载保护而关机,严重时会造成UPS损坏，以上情况都会造成输出中断，给用户带来一定的损失。因此在使用后备式UPS时应特别注意不要带载过量。

4)长效型UPS的使用

长效型UPS由于用外接电池组以延长供电时间，外接电池的好坏直接影响到UPS的放电时间。因此在使用长效型UPS时应特别注意电池的使用和保养。关于电池使用保养问题的详细说明请参阅以后内容。

由于长效型UPS外置电池与UPS主机是分开的，相互间由电池连线连接，一般正常使用时不会有什么问题，但是当用户在装机或移机时，就会需要进行重新连线，在连线时应注意以下几个问题：

①电池连接时电压极性要正确；

②电池与主机之间的连线先不要连接，等UPS市电输入产生充电电压后再连接。即UPS先上市电再接电池(后备长效机以及C系列6KVAS以上机器则应该先接电池，否则无法开机)。

什么是UPS？

所谓UPS，也就是不间断电源的英文缩写，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的电源设备。它主要的用途有：在市电供电的时候对市电进行稳压；在市电停电的时候进行逆变，以产生供计算机等自动化设备使用的电力。除此之外，它还具有抑制电网中的高压浪涌、低压跌落、畸变、电磁干扰等功能，为电脑以及其他的精密设备提供一个幅值和频率稳定、波形连续、光滑、没有畸变的正弦波电压。

一般来说，UPS按照其工作方式的不同可以分为以下的三类：后备式、在线式和在线互动式。

其中后备式UPS的工作方式：当市电正常时，由市电直接对电脑设备供电；当市电断开时，UPS的电池经逆变器向电脑等设备供电。也就是说在大部分的时间内都是由市电直接对设备进行供电的，因此后备式UPS对于市电网络上存在的浪涌、尖峰、频偏等等都是无法消除的。而且后备式UPS的容量也较小，目前市场上后备式UPS的容量最大超过2000VA。但是由于它的技术简单，成本较低，价格相对也比较便宜，所以在许多对于电压稳定性要求不是很高的场合还是比较适用的。

除了这种最简单的后备式UPS外，线路交互式UPS也是一种处于后备式工作状态的UPS，它的工作原理和普通后备式UPS相同，所以它也不能对市电中的各种干扰起到较好的抑制作用。但是由于它用的是三端口式，并且在普通后备式UPS的基础上增加了稳压设备，使得当市电的电压和频率都符合指标的时候，直接将市电进行稳压后对设备进行供电。一旦市电的电压和频率不符合指标的时候，逆变器就正向工作，从而输出交流电推动负载正常工作。一般这种UPS的容量都不超过8000VA，并且由于它仍然不能对所有的电压故障进行处理，所以这种UPS电源只能适用于一些非关键数据网络中心等场合。

在线交互式UPS则是目前较完善的UPS结构，它与后备式UPS最大的区别就在于在线式UPS的逆变器是始终工作的，它的整流器首先将交流电变为直流电，供给逆变器，同时给电池充电，逆变器在将直流电逆变成交流输出给负载；当市电电压或频率不符合要求的时候，逆变器由电池供电，继续支持负载工作；而当出现过载或是逆变器故障的时候，则直接由旁路对负载供电。这种工作方式最大的优点就在于它将输入和输出完全的隔离开，避免了市电中的各种故障和不稳定因素的影响，能够对设备进行全面而彻底的保护。除了以上的特点外，在线式UPS还具有零中断的特点。所谓零中断就是当市电停电的时候，由于在线式UPS的逆变器是始终工作的，所以能够在停电的瞬间立即对设备供电，不会出现前两种UPS必须经过以小段时间(一般为10mS)才能对负载提供电源，尤其是在一些要害部门或是关键的数据中心，这种零中断的优点就是显而易见的了。

在线互动式UPS的工作方式是当市电正常的时候，UPS的逆变器处于反向工作方式，对电池组进行充电，而在市电异常的时候，逆变器立即转入逆变工作状态，将电池组的电压转换为交流电输出。由以上的分析可知，同在线式UPS相比，在线互动式UPS也有一定的转换时间，但是它具有较好的软件控制功能，保护功能也较强，并且逆变器输出的波形也比较好，一般为正弦波，所以使用还是比较广泛

怎样正确选择？

UPS作为一级供电设备，连接着很多重要的负载，因此，它的可靠性是最重要的，如果市电一切正常，而由于UPS出现故障使负载断电，造成经济损失，那可真是得不偿失，还不如将负载直接接到市电上。衡量UPS可靠性的指标有工作效率、输出电流峰值系数、输出电流浪涌系数、过载能力和年均无故障时间等。这些指标是衡量一台UPS可靠性的标准，也是在购买UPS时应该重点考虑的。

用户购买UPS是为了保护用电设备，而在重点考察UPS可靠性的同时，用户也要注意UPS对电网的适应能力。UPS对电网的适应能力包括输入电压范围、输入功率因数、对电网的谐波干扰和频率跟踪能力等。UPS对电网的适应能力越强，它对用户负载的限制就越少。

其他要考虑的因素还有：尽量选择品牌产品，原装产品都会有出厂编号、说明书和技术手册等，而且运行时能够感到噪音较小；软件支持，如果具有优秀的软件支持和管理，UPS就不只是一个单纯的供电设备，而是具有自动检测、自动告警、自动存储等功能的智能设备，当然，这得看用户的具体需要了；与具体应用环境的配合，比如为联网设备选择UPS时，应重点考虑电源管理软件的网络管理能力和跨平台管理能力，而为电信设备选购UPS时，则要考虑到对噪声的抑制能力和高可靠性。

UPS电源在配电室起什么作用?

山特（stk、santak）现在只生产高频机，山特和山寨山特生产的大功率机型都是工频机。山特10多年前就淘汰了工频机了，专注研发生产高频机，是ups行业高频机的先锋。

UPS（Uninterruptible Power System ），即不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时， UPS 立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS 设备通常对电压过大和电压太低都提供保护

UPS按工作原理分成后备式、在线式与在线互动式三大类。

按控制体系分：高频式和工频式。

UPS的基础知识://wenku.baidu/view/07c524ea102de2bd960588f3.html###

培训课程提纲-UPS基础知识及公司产品介绍://wenku.baidu/view/3ceea2efaeaad1f346933f3a.html###

UPS 详解://wenku.baidu/view/d7f78285b9d528ea81c779b8.html

UPS不间断电源的分类介绍://wenku.baidu/view/a6c60ff7ba0d4a7302763a2c.html

UPS基础了解://wenku.baidu/view/50e012dda58da0116c1749d3.html

山特艾默生APC等和国内做的比较大的品牌？整体的市场怎么样？

山特在国内的市场份额是第一的，第二是施耐德（包含施耐德旗下两大品牌apc、meg梅兰日兰），艾默生排第三应该没问题，这三个都是国际品牌，国内品牌第一是kelong科华、台达（台湾），第二就应该是科士达或者东方易事特。

现在全球最大的三大ups公司是：伊顿EATON（伊顿有三大品牌Powerware--原爱克赛、stk山特、Pulsar-原梅兰日兰20KVA以下机型）施耐德（apc 、mge原梅兰日兰20KVA以上机型）、艾默生

直流屏模块故障

UPS电源在配电室的作用：

不间断电源，给重要符合用的，在市电停电后，UPS能依靠电池带点一段时间，给你充分的时间做准备，不至于突然断**响巨大。

UPS电源在配电室的原理是将交流电整流成直流，和电池并联，然后通过逆变器你变成交流输出。

不间断电源（UPS）未来的发展趋势是什么？

直流屏模块烧坏的原因大致可分为：

1、人为因素 在直流屏投入使用中，没有对其进行正常的维护，如：现场环境差，潮湿等因素。

2、在使用中没有即时测得模块的输出电压，导致输出过压，欠压等。

3、人为改变了其参数，没有打到自动档位。

4、通风不好，柜体温度高。

5、防尘网、防尘罩没有及时清理。

正常情况下，充电模块所带的负荷是直流负荷+蓄电池浮充电流。蓄电池的浮充电流通常较小，但如果电池组电压过低，投入合闸母线开关的瞬间充电电流非常大，对充电模块也会带来冲击。另外，如果并联运行的充电模块的输出均流严重不平衡往往会带来陆续全部烧掉的恶性后果。打个比方，咱们两人共同抬一桶水，水重60kg，我出的力气只有你的一半，那么实际上我只出了20kg的力，而你则负担了40kg的力。如果你最大只能负担50kg的力，我最大只能负担40kg的力，当我们抬的水重量增加为90kg时，实际上我出了30kg的力，没问题，而你则负担了60kg的力，很明显，你将首先垮掉（类似于充电模块烧掉），最后，90kg的力全部加在我身上，我也被压垮，相当于所有充电模块全部烧掉。

另外，模块过电压或欠电压，均均有损于蓄电池组，如果自动部分故障的话，建议使用模块输出电压过高，对后面模块过电压是不正常的情况，应及时查明原因。

三相不间断电源的新进展

[日期：2006-11-13] 来源：电源技术应用 作者：浙江大学 王林兵 何湘宁 [字体：大 中 小]

摘 要：对三相不间断电源系统的各模块电路拓扑、整机电路结构以及各种流行控制策略做了一个概括性评析，指出了不间断电源设计和应用中存在的问题及当前研究的新热点，最后对UPS的发展动向做出了预言

关键词：三相不间断电源；逆变器并联；数字控制

O 引言

在今后相当长的一段时间内，我国市电电网供电不足，电压波动大，干扰严重的局面仍将存在。而各行业、各领域的快速发展对供电质量提出了越来越高的要求，尤其是实时性很强的重要系统、重要部门和重要的用电设备对供电质量的要求和我国的电网实际状况的矛盾日益尖锐。因此，不间断电源(UPS)作为一种稳压稳频纯净化的绿色电源越来越成为人们关注的焦点。为了不断提高UPS的性能，科研人员对UPS系统做了大量的研究，提出了很多的电路拓扑与控制策略。

1 UPS的电路拓扑

UPS的可靠运行离不开各模块的协调工作，下面就UPS主要功能模块电路拓扑进行简要分析。

1．1 整流和功率因数校正电路

整流电路在应用中构成直流电源装置，是公共电网与电力电子装置的接口电路，其性能将影响公共电网的运行和用电质量。高性能的UPS要求有较高的输入功率因数，并尽量减少输入电流的谐波分量。传统单相UPS多用模拟方法，三相UPS多用相控式整流电路和电压型单管整流电路。

1．1．1 传统三相相控式整流电路和电压型单管整流电路

相控式整流电路用半控式功率器件作为开关，存在着以下问题：

1)网侧谐波电流的存在将降低设备网侧功率因数，增加无功功率；

2)相控整流换流方式，导致换流期中电网电压畸变，不仅使自身电路性能受到影响，而且对电网产生干扰，对同一接地点的网间其他设备带来不良影响；

3)相控整流环节是一个时滞环节，无法实现输出电压的快速调节。

电压型单管整流电路是三相不控整流桥加Boost电路的简称，它的缺点是：电流峰值大，不仅妨碍系统功率的提高，也增加了导通损耗和开关损耗；为了保持网侧功率因数的提高，Boost电路必须有一定的升压比，这对三相电路会导致直流输出电压过高。

1．1．2 电流型三相桥式整流电路

电流型三相桥式整流电路如图1所示，其优点是反馈控制简单，不需要在控制电路中加入电流反馈，只须调节各开关管的占空比就可以实现输入电流正弦化；直流侧的电压较低。缺点是输入电流正弦度不是很好，在输入侧必须加入并联电容，实现移相。这种电路现在开始成为研究的热点之一。这种电路适用于大功率整流电路且对功率因数要求不高的场合。

1．1．3 电压型三相桥式整流电路

电压型三相桥式整流电路如图2所示，其特点是用高频PWM整流技术，器件处于高频开关状态，由于器件的开通和关断状态可以控制，所以整流器的电流波形是可控制的。这种电路的优点是可以得到与输入电压同相位的输入电流，也就是输入功率因数为1，输入电流的谐波含量可以接近为零；能量可以双向流动，正常时能量从交流侧向直流侧流动，直流输出电压高于给定值时，能量从直流侧向交流侧流动，具有较高的转换效率。缺点是属于Boost型整流电路，直流侧电压要求较高。这种电路也是近年来研究的一个热点。

1．2 蓄电池组和充放电电路

蓄电池组是UPS的储能单元，市电正常时它吸收来自市电的能量并以化学能的形式储存起来，一旦市电中断，它把储存的化学能转换为电能向逆变器供电，维持负载供电的连续性。在中小功率的UPS系统中，电池组的电压通常比较低，因此，通常使用能量能够双向流动的充放电电路[4]。大功率系统中为了提高效率，简化电路通常直接把电池组并接在直流母线上。

1．3 逆变电路

逆变器是UPS的核心，它把直流电能转换成用户所需的稳压稳频的交流电能。下面仍以三相逆变器为对象分析近年来逆变器的研究热点。

1．3．1 三相半桥式逆变电路

在三相逆变电路中以三相半桥桥式电路应用最为普遍，这种电路的特点是用全控型器件组成逆变器，存在着功率密度高，性能好，小型轻量化等优点。这种电路便于使用新的控制策略以提高逆变器的质量。但是，要实现带100％的独立负载是比较困难的。

1．3．2 H桥逆变器

对于超大容量的逆变器，由于功率等级的大幅度提高，对逆变器的结构提出了新的要求，H桥臂逆变器便是选择之一。这种逆变器输出变压器用多绕组接法，输出变压器的原边用3个独立的绕组，逆变器输出用3个独立的H桥。这样控制方便，但是成本较高。

1．3．3 三相四桥臂变换技术

由于三相电路中，三桥臂逆变器本身存在着固有的缺陷，人们开始寻求新的电路结构，于是出现了三相四桥臂逆变器，如图3所示。这种电路结构输出为三相四线制，三相电压可以独立控制，控制方法灵活，但是这种拓扑的算法比较复杂，PWM矢量在三维空间中旋转，必须用数字控制方法才能实现空间PWM波形的生成，这种电路成为了近年来研究的热点之一。

1.4 三相UPS整机电路

1.4．1 传统三相UPS电路结构

传统的三相UPS结构，输入用晶闸管整流，输出用逆变器，电池直接挂接于直流母线，整流器同时作为充电器。输出用变压器隔离，可以实现输入输出完全隔离，确保电网的扰动不会对负载造成干扰。市电断电时，电池通过逆变器输出稳定的交流电；在逆变器出现故障时，通过旁路输出电压，保证了供电的可靠性。这种结构的主要缺点是体积和重量都比较大。

1．4．2高频链式三相UPS

为了降低成本，减小UPS的体积和重量，出现了高频链式三相UPS，如图4所示。这种电路省去了庞大的工频变压器，输入用高频整流，可以获得较高的输入功率因数和较低的输入谐波电流。其缺点是输入输出没有变压器隔离，电网的扰动可能会给UPS的输出造成扰动；输出三相电压靠电池和电容中点形成中线，所以在控制中必须保持正负直流电压幅值的相等，否则输出中线会有较大的直流成分，对负载和负载中的变压器不利；输入用三相四线制，中线有电流流过，可能会造成中线电位偏移，对负载造成干扰；输入输出不隔离，并联时的环流问题较难解决。

1．4．3 新的在线互动式UPS

由于以上两种UPS都要经过两次满功率变换，因此系统的效率较低，从提高系统效率的角度出发，出现了一种串并联补偿式的大容量结构，是一种新的在线互动式结构，如图5所示。这种拓扑输入输出同样没有变压器隔离，所以会有高频链式UPS的缺点。这种UPS的输出频率必须保持与电网一致，而且对电网的扰动的抑制能力不强，因而供电质量比传统的三相UPS差。它的特点是从输入到输出间的能量不是经过满功率的变换，同样是由两个高频变换器组成，但是变换器1最大只承受20％的功率，从成本上讲，这种结构的成本更低。在控制方法上，变换器1是一个电压补偿器，用于补偿电网电压的畸变；变换器2是一个电流补偿器，用于补偿负载的谐波电流，并且在市电断电时作为满功率电压型逆变器向负载供电。

1．4.4 输入输出隔离的高频链UPS

由于传统工频UPS的输入输出带有隔离变压器，输出有很好的隔离特性，高频链式的UPS有很好的输入特性，因此，出现了这种带有输入输出隔离的高频链式的UPS如图6所示。由于高频整流的缺点，在输入侧必须接一个自耦变压器降压，增加了整机的重量和成本；另外，由于输入用了高频变换器，整机的效率比高频链式和传统式UPS的效率都低。但是，由于输入功率因数是1，没有谐波电流，所以所消耗的总电能低于传统三相UPS。

1．4．5输入输出并联的UPS

这种电路中，输入端由多个整流器并联而成，给直流母线供电，同时直流母线给多个逆变器提供直流电压，多个逆变器的输出端直接连接同时给负载供电。这种方式可以增强UPS的容量，增加系统的可靠性，成本下降，可维护性增强，但是，并联模块越多，各模块间的均流问题越难解决。

2 不间断电源的控制技术

随着控制理论和功能丰富，性能优良的各种微控制器的迅猛发展，出现了多种离散化控制方法。从控制反馈回路的数目可分为单环、双环、多环控制。在硬件允许的条件下尽可能地提高反馈回路数目，可以提高控制效果。从控制原理上看包括数字PID控制、状态反馈控制、无差拍控制、重复控制、滑模变结构控制、模糊控制、神经网路控制、空间矢量控制等方法。

数字PID控制控制的适应性好，具有较强的鲁棒性；算法简单明了，便于用单片机或DSP实现。但是存在两方面的局限性：一方面是系统的样量化误差降低了算法的控制精度；另一方面，样和计算延时使得被控系统成为一个具有纯时间滞后的系统，造成PID控制器稳定域减少，增加了设计难度。

预测控制可以实现很小的输出电流畸变，抗噪音能力强，但是，这种算法要求知道精确的负载模型和电路参数，因此鲁棒性差，而且由于数值计算造成的延时在实际应用中也是一个问题。滞环控制具有快速的响应速度，较高的稳定性，但是滞环控制的开关频率不固定，使电路工作可靠性下降，输出电压的频谱变差，对系统性能不利。

无差拍控制的基本思想是根据逆变器的状态方程和输出反馈信号推算出下一个开关周期的PWM脉冲宽度，因此，从理论上可以使输出电压在相位和幅值上都非常接近参考电压，由负载变化或非线性负载引起的输出电压误差可在一个开关周期内得到校正。但是，无差拍控制是一种基于被控制对象精确数学模型的控制方法，鲁棒性很差。

滑摸控制是一种非线性控制，这种控制的特点是控制的非连续性。这种控制既可以用于线性系统也可用于非线性系统。这种控制方法具有很强的鲁棒性。缺点是要得到一个令人满意的滑模面是很困难的。

重复控制是一种基于内模原理的控制方法。逆变器用重复控制的目的是为了消除因整流桥负载引起的输出电压波形周期性的畸变。重复控制器可以消除周期性干扰产生的稳态误差，但是，由于重复控制延时一个工频周期的控制特点，使得单独使用重复控制的UPS逆变器动态特性极差。

模糊控制属于智能控制的范畴。模糊控制器的设计不需要被控对象的精确数学模型，因此具有很强的鲁棒性和自适应性。模糊控制类似于传统的PD控制，因而这种控制有很快的响应速度，但是其静态特性不令人满意。神经元网络控制是模拟人脑神经中枢系统智能活动的一种控制方式。神经网络具有非线性映射能力、并行计算能力和较强的鲁棒性等优点，已广泛地应用于控制领域，尤其是非线性系统领域。目前在神经网络结构的设计、学习算法等方面已取得了一定成果。但是，由于硬件系统的限制，目前神经网络控制还无法实现对逆变器输出电压波形进行在线控制，多数应用都是用离线学习获得优化的控制规律，然后利用得到的规律实现在线控制。

谐波注入式PWM技术，直流母线电压的利用率基本上可以达到loo％。这种方法对于电压开环的控制系统非常有效，但在闭环控制系统中由于谐波注入的初始相位必须与基波保持一致，在电压瞬时值控制中电压基波的初始相位无法精确定位而难以应用。

空间矢量PWM具有电流畸变小、直流母线电压利用率高以及易于数字化实现等优点，因此近年来得到了较多的应用。这种控制方式也需要电路的精确模型。

上述各种控制方案都有其优势，但是也有其不足。同时用不同的控制方法形成复合控制的控制方案在实践中得到了广泛的应用，取得了较好的效果。

3 不间断电源设计和应用中存在的问题

美国UPS厂商APC．公司，总结并归纳了UPS供电系统当前面临的、也是今后必须解决的5个方面的问题:

1)生命成本周期问题；

2)不间断电源系统的可适应性及可扩展性问题；

3)提高不间断电源的可用性问题；

4)不间断电源对供电系统的可管理性问题；

5)可服务性问题。

4 不间断电源的最新发展动向

不间断电源的发展动向是UPS的多机并联冗余化，用冗余并机技术提高UPS的容量和可靠性；用功能更丰富的硬件设备实现全数字控制，使各种先进的复杂控制算法得以运用而不断提高UPS的性能，即向数字化和高频化发展；UPS的进一步智能化和网络化，使计算机网络成为不间断网络。

4．1 UPS的多机并联技术实现冗余化

UPS的并联技术可以带来以下几个方面的好处：

1)可以灵活地扩大电源系统的容量；

2)可以组成并联冗余系统以提高运行的可靠性：

3)极高的系统可维修性，当单台电源出现故障时，可以很方便地通过热插拔的方式进行更换和维修。

用并联技术可以形成具有容错功能的冗余式供电系统，从目前掌握的资料来看，主要有以下几种冗余配置方案：

1)集中式并联控制；

2)主从式并联控制；

3)分散式并联控制；

4)环链式并联控制；

5)无线式并联控制。

这几种并联方式，从可靠性的角度看，集中式最差，无线式控制最好，也成为近年来的研究热点。

4．2 UPS的数字化、高频化

最初的UPS用模拟控制方法有很多局限性。随着数字处理器计算速度的不断提高，使得各种先进的数字控制方法得以实现，使UPS的设计具有很大的灵活性，设计周期缩短，性能大为提高。UPS高频化，有效地减小了装置的体积和重量，并可消除变压器和电感的音频噪音，同时改善了输出电压的动态响应能力。数字化控制方法成了当今交流电源领域的一个研究热点，一种必然的发展趋势是各种方法相互渗透，互相结合形成复合控制方案。数字化复合控制是UPS控制的一个发展方向。

4．3 UPS的智能化、网络化

为了适应计算机网络的发展，UPS中已经开始配置RS232接口、RS485接口、USB接口、SNMP卡和MODEM结合，成为计算机网络的一部分，具有以下优异的智能化、网络化特性。

1)实时监控功能它对UPS各模拟参量和表示工作状态的开关量进行实时高速样，实现数字式监控。

2)自诊断、自保护功能 UPS将实时集来的各项模拟参量和工作状态数据以及系统中的关键硬件设备的数据与正常值进行分析比较，以判断UPS是否有故障隐患存在。如果有故障，根据相应的故障信息级别在控制面板的显示屏上以友好的图形界面、文字提示方式报警，或者在现场和控制室以指示灯灯光、报警器呜叫方式报警、也可以用自动拨通电话等方式报警，并做出相应的保护动作。

3)人机对话的控制方式 大型UPS可向用户提供监控器液晶显示屏，以图形和文字方式显示工作流程和参数信息。可以提供让用户操作的可视化菜单。并以帮助和不断提示的方式引导用户按照既定方式处理故障，有效防止误操作。

4)远程控制功能在网络化时代，UPS不仅应能向由它直接供电的硬件设备提供保护，还应该对整个网络中的运行程序和数据以及数据的传输途径进行全面地保护，使之成为不间断网络。这就意味着UPS应配置相应的电源监控软件、SNMP(简单网络管理协议)管理器，使其具有远程管理能力，用户可执行UPS与网络平台之间的远程监控和数据的网络通信操作，使UPS成为网络系统中的重要组成部分。这样，由网管员通过网管软件监控多台UPS，而且被管理的UPS可以在同一个LAN也可以在不同的LAN，甚至可以通过互联网，纳入网络管理系统来管理UPS。

由于未来网络的广泛化和全球化，必然带来网络的复杂化，多种形式的网络系统连接在一起。作为网络系统的一部分，要求UPS能够实现在各种网络平台上的监控，而且随着Internet、Intranet和电子商务的超高速发展，用户对网络的可用性要求会越来越高，使UPS从对网络关键设备的保护延伸至对整个网络路径的保护