1、天津电子信息职业技术学院暨国家示范性软件职业技术学院网络供配电施工与管理课程论文论文题目： UPS 的设计使用与维护 姓 名： 王伟晨（13） 系 别： 网络技术系 专 业： 计算机网络技术 班 级： 网络 S15-4 指导教师： 孙 健 设计时间：2017 年 1 月 2 日 至 2017 年 1 月 6 日摘 要：随着科学的发展社会的进步，一些重要用户的关键设备如互联网数据中心、银行清算中心、证券交易系统、通信网管中心等，要求提供高质量的无时间中断的交流电源。根据我国国家标准 GB2387-89 规定，对于需要配置不间断电源的计算机房提供的交流电源至少应满足：380V/220V、50HZ、
2、三相五线制、电压波动小于+-5%、频率波动小于+-0.5%、波形失真小于+-5%。此外可能产生的任何瞬态供电中断应控制在 5 ms 以内。一般的微机和服务器所允许的瞬态供电中断时间在 8 至 10ms 的范围。若超过此范围，就会造成微机进入误动作或自检程序，从而造成正在运行的数据或程序被破坏和丢失的不利局面。另外过频的瞬态中断引起的峰值高达 400V 左右的瞬态干扰是造成服务器产生偶发性自动关机的重要原因之一。而且，电网故障停电，电网电压下陷与浪涌，电网持续欠压与过压，电网高频噪音，电网频率波动，电网谐波污染以及电网遭雷击等各种因素对电网上的用户造成了很大的损害。因此寻找一种“干净”的不中断的
3、电源系统将非常必要。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。主要用于给单台计算机、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。 关键词：（ups，不间断电源，使用
4、与维护）目 录一、UPS 的基本介绍 .11.1 UPS 的概念 .11.2 UPS 的组成 .11.3 UPS 的优点 .3二、UPS 的分类 .32.1 后备式 UPS .32.2 在线式 UPS .42.3 在线互动式 UPS .5三、选购方法与要点 .63.1 选购方法 .63.2 选购要点 .7四、UPS 的配备方式 .84.1 集中式 UPS .84.2 分布式 UPS .9五、使用及维护 .105.1 日常使用注意事项 .105.2 故障维护 .11六、总结 .12七、参考文献 .13一、UPS 的基本介绍1.1 UPS 的概念UPS（Uninterruptible Power
5、System/Uninterruptible Power Supply），即不间断电源，是将蓄电池（多为铅酸免维护蓄电池）与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备如电磁阀、压力变送器等提供稳定、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 就是一台交流式电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时， UPS 立即将电池的直流电能，通过逆变器切换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 设备通常对电压过高
6、或电压过低都能提供保护。UPS 是针对中国电网环境和网络监控及网络系统、医疗系统等对电源的可靠性要求，克服中、大型计算机网络系统集中供电所造成的供电电网环境日益恶劣的问题，以全新的数字技术研制出的第三代工频纯在线式智能型 UPS。直流电源，是维持电路中形成稳恒电流的装置。如干电池、蓄电池、直流发电机等。UPS 和直流电源是企业重要的供电保障设备，传统的维护管理包括：日常巡检外观，定期更换电池、滤波电容、风机等易损件，大修时做电池活化等；改造或采用换代设备，使用高级工具测试电池性能。这种管理方式企业投入成本高，维护人员工作量大，不易实时掌握设备运行状态和关键数据，设备事故预防能力低。实施在线维护
7、管理可避免传统方式的不足之处，获得良好效益。UPS 的中文意思为“不间断电源”，是英语“Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply”的缩写，它可以保障计算机系统在停电之后继续工作一段时间以使用户能够紧急存盘，使用户不致因停电而影响工作或丢失数据。1.2 UPS 的组成UPS 电源系统由五部分组成：主路、旁路、电池等电源输入电路，进行 AC/DC 变换的整流器（REC），进行 DC/AC 变换的逆变器（INV），逆变和旁路输出切换电路以及蓄能电池。其系统的稳压功能通常是由整流器完成的，整流器件采用可控硅或高频开关整流器，本身
8、具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能，从而当外电发生变化时（该变化应满足系统要求），输出幅度基本不变的整流电压。净化功能由储能电池来完成，由于整流器对瞬时脉冲干扰不能消除，整流后的电压仍存在干扰脉冲。储能电池除可存储直流直能的功能外，对整流器来说就像接了一只大容器电容器，其等效电容量的大小，与储能电池容量大小成正比。由于电容两端的电压是不能突变的，即利用了电容器对脉冲的平滑特性消除了脉冲干扰，起到了净化功能，也称对干扰的屏蔽。频率的稳定则由变换器来完成，频率稳定度取决于变换器的振荡频率的稳定程度。为方便 UPS 电源系统的日常操作与维护，设计了系统工作开关，主机自检故障后的自动旁路开关，检修
9、旁路开关等开关控制。在电网电压工作正常时，给负载供电如图 1-1 所示，而且，同时给储能电池充电；当突发停电时，UPS 电源开始工作，由储能电池供给负载所需电源，维持正常的生产（如粗黑所示）；当由于生产需要，负载严重过载时，由电网电压经整流直接给负载供电（如虚线所示）。图 1-1 电网工作图当市电正常为 380/220VAC 时，直流主回路有直流电压，供给 DC-AC 交流逆变器，输出稳定的 220V 或 380V 交流电压，同时市电经整流后对电池充电。当任何时候市电欠压或突然掉电，则由电池组通过隔离二极管开关向直流回路馈送电能。从电网供电到电池供电没有切换时间。当电池能量即将耗尽时，不间断电
10、源发出声光报警，并在电池放电下限点停止逆变器工作，长鸣告警。不间断电源还有过载保护功能，当发生超载（150%负载）时，跳到旁路状态，并在负载正常时自动返回。当发生严重超载（超过 200%额定负载）时，不间断电源立即停止逆变器输出并跳到旁路状态，此时前面输入空气开关也可能跳闸。消除故障后，只要合上开关，重新开机即开始恢复工作，如图 1-2。图 1-2 工作过程1.3 UPS 的优点不间断电源的主要优点，在于它的不间断供电能力。在市电交流输入正常时，UPS 把交流电整流成直流电，然后再把直流电逆变成稳定无杂质的交流电，给后级负载使用。一旦市电交流输入异常，比如欠压了或者停电了又或者频率异常了，那么
11、 UPS 会启用备用能源蓄电池，UPS 的整流电路会关断，相应的，会把蓄电池的直流电逆变成稳定无杂质的交流电，继续给后级负载使用。这就是 UPS 不间断供电能力的由来。当然，UPS 的不间断供电时间不是无限的，这个时间受制于蓄电池自身储存能量的大小。如果发生交流停电，那么在 UPS 的蓄电池供电的宝贵时间内，您需要做的就是赶紧恢复交流电，比如启用备用交流电回路、启用油机发电，实在不行，就只能紧急存盘，保存劳动成果，等待交流电恢复正常后再继续。不间断电源现已广泛应用于：矿山、航天、工业、通讯、国防、医院、计算机业务终端、网络服务器、网络设备、数据存储设备、应急照明系统、铁路、航运、交通、电厂、变
12、电站、核电站、消防安全报警系统、无线通讯系统、程控交换机、移动通讯、太阳能储存能量转换设备、控制设备及其紧急保护系统、个人计算机等领域。二、UPS 的分类2.1 后备式 UPSUPS 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 0.2
13、5KW2KW，当市电在 170V264V 间变化时，向用户提供经调压器处理的市电；当市电超出 170V264V 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。后备式 UPS，又称非在线式 UPS，又称离线式（off line）。新标准 IEC62040-3 规定为被动后备式（passive standby）。在市电正常时，由市电通过简单稳压滤波输出供给用电设备，蓄电池处于充电状态。当停电时，逆变器工作，将电池提供的直流电转变为稳定的交流电输出给用电设备。由于平时市电正常时，逆变器是不工作的，只
14、有在市电停电蓄电池放电时才开始工作，所以这种 UPS 被称为后备式 UPS。后备式 UPS 主要具有以下特点:体积小，效率高，价格低廉，运行费用低由于在正常情况下逆变器处于非工作状态，电网电能直接供给负载，因此后备式 UPS 的电能转换效率很高。负载同上线供电系统没有真正隔离，较长的转换时间，缺少真正的静态开关，这意味着把负载转换到逆变器所需要的时间相对较长。虽然某些应用场合下这种转换时间是可以接受的(例如单独的计算机等)，但这种性能是不能满足大型或复杂的敏感型负载的要求(例如大型计算机中心，电话交换机等)，输出电压不能调整，输出频率取决于交流输入电源的频率，也不能调整。2.2 在线式 UPS
15、在线式 UPS 是指不管电网电压是否正常，负载所用的交流电压都要经过逆变电路，逆变器一直处于工作状态。所以当停电时，UPS 能马上将其存储的电能通过逆变器转化为交流电对负载进行供电，从而达到了输出电压零中断的切换目标。在线式是指不管电网电压是否正常，负载所用的交流电压都要经过逆变电路，即逆变电路始终处于工作状态，在线式 UPS 一般为双变换结构。所谓双变换是指 UPS 正常工作时，电能经过了 AC/DC、DC/AC 两次变换后再供给负载。这种 UPS 不间断电源一直使其逆变器处于工作状态，它首先通过电路将外部交流电转变为直流电，再通过高质量的逆变器将直流电转换为高质量的正弦波交流电输出给计算机
16、。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,同时对蓄电池充电管理；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。在线式 UPS 主要具有以下特点:(1)由于在线式 UPS 无论是在市电正常时，还是在市电中断由机内蓄电池向逆变器供电期间，它对负载的供电均是由 UPS 的逆变器提供。正因为如此，从根本上消除了来自市电电网的任何电压波动和干扰对负载工作的影响，真正实现了对负载的无干扰稳压供电。这显然不是任何一种抗干扰交流稳压电源所能解决的。当市电电压变化范围为 180250V 时，它的输出电压稳定范围
17、可达 220V3%，正弦波的工作频率稳定范围在 50Hz1%。(2)在线式 UPS 输出正弦波的波形失真系数最小，一般小于 3%。(3)市电中断时在线式 UPS 能真正实现对负载的不间断供电。只要机内蓄电池能向 UPS逆变器提供能量，无论市电是否中断，在线式 UPS 都是由逆变器向负载供电。因此，从市电供电到市电中断的过程中，在线式 UPS 内部并没有产生任何转换动作，其对负载供电的转换时间为零。(4)在线式 UPS 同后备式 UPS 相比，具有优良的输出电压瞬变特性。一般在 l00%负载加载或 100%负载减载时，它的输出电压变化范围为 1%左右，这种变化的持续时间一般为13 周波。(5)在
18、线式 UPS 一般采用 20kHz 以上的 PWM 技术，其噪声较小，约为 50dB。(6)在线式 UPS 的控制电路中，采用输入变压器、输出变压器及光电耦合器件等将“强电”驱动部分与“弱电”控制线路部分从电的角度隔离开来，因而电路的可靠性得到了极大的提高。这种 UPS 的故障率一般都很低。2.3 在线互动式 UPS在线互动式 UPS，又称互动式 UPS，在市电正常时直接由市电向负载供电，当市电偏低或偏高时，通过 UPS 内部稳压线路稳压后输出，当市电异常或停电时，通过转换开关转为电池逆变供电。在线互动式 UPS 是介于后备式 UPS 和在线式 UPS 工作方式之间的 UPS 设备，它集中了后
19、备式 UPS 效率高和在线式 UPS 供电质量高的优点。在线互动式 UPS，在市电正常时直接由市电向负载供电，当市电偏低或偏高时，通过UPS 内部稳压线路稳压后输出，当市电异常或停电时，通过转换开关转为电池逆变供电。在市电正常时，UPS 供给负载改良了的市电，由智能开关调节变压器抽头完成输出电压的调整，逆变器处于反向工作状态，给蓄电池组充电，起充电器的作用；当市电中断时，负载完全由蓄电池提供能量经逆变器变换后供电。这个双向变换器既可以当逆变器使用，又可作为充电器。在线互动式 UPS 主要具有以下特点:电路简单，成本低，可靠性高，效率高，效率可达 95%以上，过载能力强，在市电供电时，过载能力可
20、达 200%。在市电供电时，输出电压只是幅度有改善，输入的失真、干扰等传递给了输出端。动态性能不好，在输入电压或负载电流突变时，输出电压突变较大，恢复到新稳态所需时间长，稳压精度较差。对电网适应范围窄，如要提高精度和适应范围，则必须增加变压器抽头数。UPS 有转换时间，不适合发电机组供电和市电不稳定的环境。三、选购方法与要点3.1 选购方法根据设备的情况、用电环境以及想达到的电源保护目的，可以选择适合的 UPS；例如对内置开关电源的小功率设备一般可选用后备式 UPS，在用电环境较恶劣的地方应选用在线互动式或在线式 UPS，而对不允许有间断时间或时刻要求正弦波交流电的设备，就只能选用在线式 UP
21、S。首先要确定您的设备是多大功率的，一般来讲普通 PC 机或工控机的功率在 200W 左右，苹果机在 300W 左右，服务器在 300W 与 600W 之间，其他设备的功率数值可以参考该设备的说明书。其次应了解 UPS 的额定功率有两种表示方法：视在功率（单位VA）与实际输出功率（单位 W），由于无功功率的存在所以造成了这种差别，两者的换算关系为：视在功率*功率因数=实际输出功率。后备式、在线互动式的功率因数在 0.5 与0.7 之间，在线式的功率因数一般是 0.8。给设备配 UPS 时应以 UPS 的实际输出功率为匹配的依据，有些经销商有意或无意会混淆（VA）与（W）的区别，这点要提请用户注
22、意。根据使用环境选择可以分为工业级 UPS 和商业级 UPS，工业级 UPS 适应于环境比较恶劣的的地方，商业级 UPS 对环境的要求比较高。UPS 通常分为工频机和高频机两种。工频机由可控硅 SCR 整流器，IGBT 逆变器，旁路和工频升压隔离变压器组成。因其整流器和变压器工作频率均为工频 50Hz，顾名思义叫工频 UPS。高频机通常由 IGBT 高频整流器，电池变换器，逆变器和旁路组成，IGBT 可以通过控制加在其门极的驱动来控制 IGBT 的开通与关断，IGBT 整流器开关频率通常在几 K 到几十 KHz，甚至高达上百 KHz，相对于 50Hz 工频， 称之为高频 UPS。随着电力电子技
23、术的发展和高频功率器件不断问世。中小功率段的 UPS 产品正逐步高频化，高频 UPS 有功率密度大、体积小、重量轻的特点。但在高频 UPS 功率段向中大功率过渡推进的过程中。高频拓扑 UPS 在使用过程中暴露出一些固有缺点，并影响到 UPS 的安全使用和运行。3.2 选购要点（1）稳定性因为 UPS 是起保障作用的，因此它自身的稳定性更为重中之重。所以，当用户选购UPS 产品的时候，不管是中小型企业用户还是其他，首先必须考虑 UPS 产品的质量，产品的质量是用户选用产品的第一要则，通过质量可以决定你会选择什么品牌的产品，因为我们说品牌之所以称为品牌，是因为它被很多人验证过、认可了，这是第一。（
24、2）后备时间后备时间是很多用户在购买 UPS 产品的时候会关注比较多的一个指标。从学术角度讲，UPS 就是停电后继续为用户供电，首先这是一个物理学，停电供电只是它的功能之一，功能之二则是保证用户能够有一个干净的电源，保护用户的设备。（3）确定 UPS 的类型根据负载对输出稳定度、切换时间、输出波形要求来确定是选择在线式、在线互动式、后备式以及正弦波、方波等类型的 UPS。在线式 UPS 的输出稳定度、瞬间响应能力比另外两种强，对非线性负载的适应能力也较强。对一些较精密的设备、较重要的设备要采用在线式 UPS。在一些市电波动范围比较大的地区，避免使用互动式和后备式。如果要使用发电机配短延时 UPS，推荐用在线式UPS。（4）服务能力每个用户的网络特点、电力环境都不相同，电源保护要求也随之变化。用户在使用UPS 时可能遇到种种问题也不尽相同，用户希望自己购置的是完全适合实际需求的产品和服务，而且关心设备投资的周期、长期回报率及投资风险。而现实是，绝大多数用户缺乏这方面的专业人员，所以，优质的服务体系和主动的服务态度也成为用户选购 UPS 时必须考虑的一个重要因素。（5）附件功能为了提高系统的可靠性，建议采用 UPS 热备份系统，可以系统串联热备份或并联热备份。小容量的 UPS（1 2KVA）还可以选用冗余开关。可以选用远程监控面板，实现在远端
