UPS电源新技术及应用

UPS电源新技术及应用

吴承丽 宋延双

国营长虹机械厂 541000

摘要：UPS电源的设计与应用是日常供电系统运行中的关键问题。本文介绍了UPS电源的基本设计理念，结合其实际使用需求，对设计和应用方案进行了分析和探讨，并简要说明了其主要应用。

关键词：UPS 蓄电池 不间断电源

引言

电源是一种以电力电子为核心技术的产品。电源是从电力电子应用技术发展而来的。具体来说，电源产品是电力电子子应用技术的具体产品体现。 UPS，即不间断电源，是一种包含储能装置，以逆变器为主要部件，稳定电压和频率输出的电源保护装置。它是电力电子设备的重要组成部分。主要用于为单台计算机、计算机网络系统或其他电力电子设备提供不间断电源。

UPS电源系统设备技术是指依托先进的电源变换技术、数字控制技术、高频开关变换技术、脉宽调制技术、电磁兼容技术、冗余并联技术、智能充放电技术、网络技术、驱动技术和新工艺技术等综合技术。

1. UPS电源系统

1.1 UPS电源系统的组成

UPS电源系统由整流、储能、转换和开关控制4部分组成。系统的稳压功能通常由整流器完成。整流装置采用晶闸管或高频开关整流器，具有根据外电源变化控制输出幅值的功能，使外电源发生变化时，其变化应满足系统要求，输出幅值为整流电压基本相同。净化功能由储能电池完成。由于整流器无法消除瞬时脉冲干扰，整流后的电压中仍然存在干扰脉冲。储能电池除了具有储存直流能量的功能外，就像一个大容量的容器电容器连接在整流器上。等效电容与储能电池的容量成正比。由于电容器两端的电压不能突变，利用电容器对脉冲的平滑特性来消除脉冲干扰，起到净化作用，也称为干扰的屏蔽。频率稳定由转换器完成。频率稳定性取决于转换器振荡频率的稳定性。方便UPS电源系统的日常操作和维护。设计了系统工作开关、主机自检故障后自动旁路开关、维修旁路开关等开关控制。

UPS电源系统主要分为主机和储能电池两部分。额定输出功率的大小取决于主机部分，并与负载的性质有关。由于UPS电源对不同性能的负载有不同的驱动能力，通常负载功率应满足UPS电源额定功率的70%。负载功率确定时，储能电池容量的选择主要取决于其后备时间的长短。这个时间因每个企业的情况而异，主要由后备电源的接通时间决定，一般在几分钟或几小时内。

1.2 UPS的三种操作方式

1.2.1后备式

当UPS电源处于正常市电供电时，市电直接为计算机系统供电。当市电中断时，电池为逆变器供电，UPS电源的逆变器为计算机系统提供交流电源。换句话说，UPS电源的逆变器始终处于计算机系统的备用电源中。

1.2.2在线式

它平时是由市电经由整流器、逆变器对计算机系统提供电源。只有当蓄电池

放电完毕时，才由内部控制线路发出信号控制自动切换环关,转换成市电供电。 因此，对在线式UPS电源而言，在正常情况下，它总是由UPS电源的逆变器对计算机系统供电。这种方式的特点是：消除了来自市电电网的任何电压波动等干扰对负载的影响，真正实现了对负载的无干扰稳压供电。

1.2.3在线互动式

当UPS工作正常时，继电器的控制绕组被激励，触点打到电压调整那一端，

输出电压；当出现输出过载、短路或者UPS本身故障的时候，触点打到旁路，直接与市电接通。逆变器始终处于工作状态，与后备式UPS相比来说，转换时间非常短 其交流输出电压稳定性好，充电器由双向变换器组成，充电效果让人

不十分满意，不宜作长延时的。市电供电时，后备式和在线互动式只有一个变换器在工作；在线式有两个变换器同时工作。另外，后备式和在线互动式在调压环

节和电池工作模式时的输出波形不同，前者是准方波，后者输出则为正弦波。

2. UPS电源中的新技术

3.1 新器件的应用

近年来，随着铁磁技术的飞速发展，工程师在设计和优化时大大提高了材料的选择性。在开关电源、电感器、扼流圈和滤波器的设计中，粉芯材料磁芯采用高导磁率材料，通过研磨或喷雾造粒形成粉末。磁芯的磁导率取决于高磁导率材料的颗粒。可以调节颗粒的大小和密度，以获得不同导磁率的磁芯。粒径越小，直流偏置特性越好，但成本越高。粉体颗粒之间相互绝缘，因此磁芯固有的分布气隙具有更好的储能能力，特别适用于储能电感应用。

压粉磁芯的分布气隙特性保证了能量储存在整个磁芯体中，使磁芯的温度稳定性更高。然而，传统的开放式气隙铁氧体磁芯由于靠近气隙储存的能量，具有较大的漏感，这使得气隙损耗和电磁干扰显着增加，有时局部气隙损耗甚至大于气隙损耗。核心本身。因此，磁芯的温度稳定性不是很稳定。优化磁芯的原则是选择能够满足所有设计目标和要求同时具有最小妥协的材料。如果以成本为首要考虑，铁粉芯是最佳选择。如果优先考虑温度稳定性，则应首选 MPP 磁芯。

随着上述新材料的应用，已经广泛应用于UPS的硅钢电感器和变压器将有机会被取代。从而可以大大提高磁性元件的功率密度和性能水平，也将提高UPS系统的功率密度和性能。

3.2 新电路拓扑的应用

近年来，世界各地的电力电子机构不断推出新的UPS拓扑技术。许多拓扑技术的应用，从根本上改变了UPS系统的设计。新型开关单元变换器具有提高输入输出等效开关频率、降低电感要求、提高并联均流效果等优点。它还将为UPS整流器和逆变器拓扑带来机会。

在通信电源、DC/DC转换器等领域，软开关技术得到了广泛的应用。该技术在UPS中的应用可以减少功率器件的损耗，提高可靠性，提高系统效率，改善EMC/EMI性能。

3.3 新系统解决方案的应用

随着水冷、液冷等技术在其他电力电子产品中的普及，UPS即将进入该技术的应用领域。PFC整流技术也已广泛应用于中大功率UPS。

很多UPS厂商已经推出了PFC整流器产品。与传统的6脉冲或12脉冲整流器相比，PFC整流带来的技术优势是显而易见的。提高输入功率因数，降低UPS输入侧电流谐波，使UPS实现绿色理念。在不久的将来，PFC整流将有机会向更高的功率水平发展。

3.4 其他行业技术的嵌入应用

现代UPS电源系统集成了大量来自其他行业的技术。移动通信和互联网技术的嵌入式应用使用户能够实时监控分布在世界各地的UPS系统。先进的电池检测技术可以检测每块电池的健康状况并给出预测性报警。先进的故障检测预警系统，可预测UPS各子系统运行状态，给出分析报告，防患于未然，提高系统可靠性和可用性。

3. UPS电源系统的使用

3.1应用

根据负载对输出稳定性、开关时间、输出波形的要求，决定是否选择在线式、在线交互式、后备式、正弦波、方波等类型的UPS。在线式UPS的输出稳定性和即时响应能力强于其他两种，对非线性负载和感性负载的适应性也更强。对于一些更精密的设备和更重要的设备，应该使用在线UPS。在一些市电波动幅度较大的地区，应避免采用交互和备用方式。如果要使用带短延时UPS的发电机，建议使用在线式UPS。

3.2保养

良好的维护可以大大延长UPS的使用寿命。电池是UPS系统的重要组成部分。它的优劣直接关系到整个UPS系统的可靠性。然而，电池是整个UPS系统中平均故障间隔时间最短的设备。因此，UPS的维护和保养其实主要是UPS内部电池的维护和保养。

4. 结束语

UPS电源具有良好的应用前景。对于专业广电机房的电源管理具有更多的应用优势。在设计和应用过程中，必须综合考虑各种问题，结合实际使用需求，确保业务系统持续不间断供电，防止停电事故的发生，影响业务系统的正常工作和运行。大量的应用需求正在推动其技术的不断创新。可以预见，随着金融、通信、IT等高端市场需求的不断增长，越来越多的新技术将应用到UPS系统中，UPS系统将向智能化、规模化、绿色化发展。 ，和节能。其他方向的持续发展。

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