UPS原理與供電方式簡(jiǎn)析

周 橋

（作者單位：新疆廣電局節(jié)傳中心694臺(tái)）

UPS原理與供電方式簡(jiǎn)析

周 橋

（作者單位：新疆廣電局節(jié)傳中心694臺(tái)）

介紹UPS原理和基本組成，并對(duì)其供電方式進(jìn)行簡(jiǎn)析。

逆變器；靜態(tài)開關(guān)；旁路開關(guān)

UPS，即不間斷電源，是以逆變器為主要組成部分的恒壓、恒頻的儲(chǔ)能設(shè)備，它提供兩路電源之間無(wú)間斷的相互切換。本文對(duì)UPS原理、組成和供電方式進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述。

1 UPS的基本工作原理

在外電中斷時(shí)，通過逆變器可以轉(zhuǎn)換出蓄電池的直流電能，以及同等頻率等市電電壓中的電流。然后傳輸?shù)截?fù)載電路中，實(shí)現(xiàn)電力的正常供給。市電在正常運(yùn)營(yíng)時(shí)，通過UPS實(shí)現(xiàn)了蓄電池的充電。另外，可以過濾市電電壓，再利用功率補(bǔ)償?shù)姆椒ǎo負(fù)載提供高效電能。

2 UPS的基本組成

UPS是包括多個(gè)元件。其中，主要的元件為逆變器，該設(shè)備主要起到穩(wěn)定電壓、保護(hù)電壓設(shè)備的作用。除此之外，還包括（蓄電池、整流器和靜態(tài)開關(guān)）等結(jié)構(gòu)。

3 UPS的基本分類

UPS是一個(gè)有多重保護(hù)組成的不間斷電源，整體分為四大模塊：UPS主機(jī)、旁路、逆變及配線箱。在正常的情況下主機(jī)處于工作狀態(tài)，旁路工作在待機(jī)狀態(tài)。

UPS從工作原理上可分為后備式和在線式兩種。

二者的區(qū)別是：當(dāng)市電處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，后備UPS起到穩(wěn)壓的作用。此時(shí)，逆變器在等待狀態(tài)，停止工作。一旦市電出現(xiàn)故障后，后被UPS就會(huì)切換到逆變。這時(shí)，電池電能在逆變器的作用下，把電池中的電能轉(zhuǎn)換為交流電，然后上傳到負(fù)載中，實(shí)現(xiàn)正常供電。一般而言，在以上過程中，需要一個(gè)轉(zhuǎn)換的時(shí)間，通常不到10 ms。與后備式UPS不同，在線式UPS運(yùn)行后，逆變器持續(xù)工作。所以，如果市電出現(xiàn)故障后，由于沒有轉(zhuǎn)換時(shí)間，從而導(dǎo)致0中斷。因此，在廣播電視領(lǐng)域當(dāng)中，建議避免使用后備式UPS。

4 供電方式

4.1 主機(jī)—從機(jī)熱備份UPS供電

該布置方式具有很大的靈活性。表現(xiàn)為：主機(jī)帶負(fù)荷，備機(jī)空載。這樣，備機(jī)能夠進(jìn)入到主機(jī)的輸入端口當(dāng)中。同時(shí)，不要求使用相同品牌的USP，也不需要增加額外輔助電路。所以，采用該供電方式，顯然降低了成本。然而，由于供電的UPS在老化程度方面存在差異性，導(dǎo)致備機(jī)電池處于浮充狀態(tài)。久而久之，就會(huì)減少電池的使用壽命。此外，該結(jié)構(gòu)容易引發(fā)各種單點(diǎn)故障。一旦主UPS發(fā)生故障后，另外一臺(tái)就要接替全部的負(fù)載。也就是說(shuō)，在小于8 ms時(shí)，另一臺(tái)要持續(xù)增加供電，使其上升到100%。這種方法導(dǎo)致備用UPS長(zhǎng)期處于空載狀態(tài)。久而久之，就會(huì)降低蓄電池的壽命，以及容量。因此，具有很大的缺陷。另外，設(shè)備UPS的負(fù)載承載力過于活躍，難以擴(kuò)容。可以看出，當(dāng)UPS出現(xiàn)故障后，因?yàn)闊o(wú)法在短時(shí)間內(nèi)了解具體的位置。在這種情況下，如果啟動(dòng)備用設(shè)備，就會(huì)使系統(tǒng)停止運(yùn)作。建議廣電的重要播出機(jī)房配備的UPS不宜采用這種供電方式。

4.2 直接并機(jī)冗余UPS供電方式

針對(duì)上一種供電方法的缺陷，必須提出積極應(yīng)對(duì)的措施。當(dāng)前，UPS技術(shù)取得了快速發(fā)展，針對(duì)同等輸出功率的UPS，可以利用并聯(lián)的方式將其連接在一起。這樣就形成了一個(gè)冗余的供電系統(tǒng)。N+ 1型冗余的并機(jī)原理是：每個(gè)電源在運(yùn)作的過程中，必須具有相同的電流、頻率。該供電方式具有強(qiáng)大的瞬間過電能力。當(dāng)UPS的數(shù)量比較多時(shí)，也能進(jìn)行均勻供電。假設(shè)其中的一臺(tái)遇到故障，就會(huì)將這臺(tái)設(shè)備自動(dòng)脫機(jī)。此時(shí)，其他的IPS依然正常供電，不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。所以，直接并冗余UPS供電方式具有更大的優(yōu)勢(shì)，保證了設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。然而，這種供電方式由于環(huán)流缺陷，導(dǎo)致無(wú)功損耗上升，降低了系統(tǒng)的可靠性。在應(yīng)對(duì)該問題時(shí)，往往還需要增加額外輔助電路。在這種情況下，就會(huì)使成本加大。目前，在廣電行業(yè)中這種供電方式使用較為普遍。

4.3 雙總線冗余供電方式

該供電方式是在N+1的供電形式上產(chǎn)生的。相比而言，這種供電方式更安全、可靠。雙總線冗余供電方式，要求總線的每條分線上有相同的UPS。這樣，當(dāng)UPS出現(xiàn)故障后，就可以解決單點(diǎn)瓶頸的問題，從而提高電源輸出系統(tǒng)的錯(cuò)容功能。此外，雙總線冗余供電方式實(shí)現(xiàn)了在線維護(hù)、升級(jí)、擴(kuò)容，使總線的利用率更高。但這種供電方式成本也比較高。但雙總線冗余供電方式相當(dāng)于搭建了兩套供電方式的回路，需要增加2倍以上的成本。

5 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)廣播電視行業(yè)設(shè)備都配備UPS，一個(gè)高質(zhì)量、不間斷的電源作保障尤為重要。只有正確了解和掌握UPS知識(shí)，才能科學(xué)合理地選擇和應(yīng)用好UPS電源，使其在廣播電視領(lǐng)域發(fā)揮應(yīng)有的作用。

[1]楊旭,裴云慶,王兆安.開關(guān)電源技術(shù)[M].北京:人民郵電出版社,2007.

[2]張恩懷.開關(guān)電源的發(fā)展概況[J].電力電子技術(shù),1996(2).