使用不间断电源是为了应对电网可能出现的以下情况:
压降(亦称下陷,电压10%以上,时间持续数秒)
持续欠压
持续过压
线噪(因线路屏蔽差而引入的射频或电磁干扰)
频率漂移(发电机不稳定造成的电网频率偏差)
开关瞬态(亦称暂态,由电气设备开关或放电造成的电压偏差,有时可高达20000伏,但是持续时间极短,仅数纳秒)
谐波(电网中由非线性特性的电气设备产生的对交流电正弦波形的干扰)
针对以上各种电力问题,有几种不同解决方式,见下表
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后备式 |
在线互动式 |
纯在线式 |
电涌 |
× |
×/△ |
○ |
高压突波 |
× |
×/△ |
○ |
暂态过电压 |
× |
×/△ |
○ |
电压下陷 |
× |
×/△ |
○ |
噪声干扰 |
× |
×/△ |
○ |
频率飘移 |
× |
×/△ |
○ |
谐波 |
× |
×/△ |
○ |
电压过低 |
× |
×/△ |
○ |
市电中断 |
○ |
○ |
○ |
○代表有较佳保护△代表有限或视状况保护 ×代表没有保护 |
飞轮式
在使用电池的时代之前,不间断电源曾经使用飞轮和内燃机为负载提供电能供应,这种不间断电源被称为飞轮式或旋转式不间断电源。飞轮式不间断电源由整流器、直流电动机、飞轮、柴油机(或汽油机)及发电机等组成。在电网供电的情况下,由整流器提供的直流电驱动电动机带动飞轮旋转,并且带发电机为负载供电。由于飞轮的惯性作用,发电机转速可以保持均衡,此时不间断电源起过滤电网干扰的作用。当电网断电后,飞轮继续带动发电机的转子旋转,同时启动柴油机带动发电机发电,替代原有电网为负载供电。
由于飞轮式不间断电源使用内燃机提供电力,会产生较大的噪音同时体积也较大,因此被用于应急情况和一些自然状况恶劣的场合,通常情况下不间断电源会使用蓄电池来提供电力。
自二十世纪六十年代研究生产不间断电源以来,不间断电源一直在被改进,但是其基本原理没有重大变化。
现代的不间断电源由电池组、逆变器和控制电路组成,一端连接电网另一端连接电器负载。在电网电压正常的情况下,不间断电源利用电网电源为自身充电,在电网出现异常的时候,不间断电源将存储于电池中的电能释放,供负载使用。它按工作方式通常分为在线式和后备式(亦称为离线式)两种;按输出波形可分为正弦型、近似正弦型(用阶梯方波来拟合正弦波)等。
UPS按工作原理分成后备式、在线式与在线互动式三大类。
其中,我们最常用的是后备式UPS,它具备了自动稳压、断电保护等UPS最基础也最重要的功能,虽然一般有10ms左右的转换时间,但由于结构简单而具有价格便宜,可靠性高等优点,因此广泛应用于微机、外设、POS机等领域。
后备式UPS电源又分为后备式正弦波输出UPS电源和后备式方波输出UPS电源。
后备式正弦波输出UPS电源:单机输出可做到0.25KW~2KW,当市电在170V~264V间变化时,向用户提供经调压器处理的市电;当市电超出170V~264V范围时,才由UPS提供高质量的正弦波电源。
后备式方波输出UPS电源:与后备式正弦波输出UPS电源不同的只是为用户提供50Hz方波电源。
在线式UPS结构较复杂,但性能完善,能解决所有电源问题,如四通PS系列,其显著特点是能够持续零中断地输出纯净正弦波交流电,能够解决尖峰、浪涌、频率漂移等全部的电源问题;由于需要较大的投资,通常应用在关键设备与网络中心等对电力要求苛刻的环境中。
在线互动式UPS,同后备式相比较,在线互动式具有滤波功能,抗市电干扰能力很强,转换时间小于4ms,逆变输出为模拟正弦波,所以能配备服务器、路由器等网络设备,或者用在电力环境较恶劣的地区。