摘 要：本文概述UPS的功能、原理、分类以及它在广播电视中日常使用和维护。
关键词：UPS 整流 电池储能 逆变器
1.UPS的用途
UPS （Uninterruptible PowerSupply）的全称是不间断电源系统，它是一种能为负载提供连续的不间断电能供应的系统设备。UPS广泛应用在电台和电视台的节目录制、播出、传输系统中，而随着计算机技术在广播电视中的广泛应用，UPS也成了计算机系统设备的一个组成部分。如今，越来越多的重要数据、图像、文字由计算机处理和存贮，如果在工作中间突然停电，必然导致随机存贮器中的数据和程序丢失或损坏；更严重的是，如果此时计算机的读写磁头正在工作的话，极易造成磁头或磁盘的损坏；假如这些数据是在节目录制、播出、传输中丢失的话，后果将不堪设想。
2.UPS需要具备的基本功能
1）为负载设备提供连续的不间断的交流电能供给
具体采用的技术方法是：平时由电网系统供电，在电网出现异常而突然停电的时候，能够迅速地切换到UPS内部电源供电。由于负载设备对供电稳定性的要求不同，对选用的UPS的切换速度要求也有所不同。比如，计算机内部的滤波电容放电只能维持计算机工作8～10ms 的时间，如果超过这个时间，机器就进入自检重启状态。为了避免出现这些情况，必须要求UPS能在停电后10ms以内恢复对负载的正常供电，
2）提供电压、频率稳定的，准确的交流电能供给
电网中的一些强脉冲尖峰、高能浪涌等干扰也会引起计算机等一些电器设备的误操作而带来不必要的损失；市电供应在一些特殊情况下电压也会发生较大的波动，对精确设备的工作也会造成不良的影响。因此，UPS供电系统，实际上还需要起到稳定电压、频率，过滤洁净电源环境等功能。一些UPS系统，还具备过电压，过电流安全报警，或自动保护功能。
3.UPS的主要技术指标
新型UPS中的逆变器大多采用了PWM技术，同时采用了石英晶体振荡控制逆变器的频率，通过电压负反馈电路确保输出电压的稳定。它具备开关电源的一系列特点，通过精确调整脉冲宽度，保证功率稳定输出，同时，开关在截止期间没有电流流过，故自身损耗很小，主要技术指标如下：
1）额定输出功率和最大输出功率
2）切换时间
3）输出电压稳定度，参考值 ±0.5～±2％
4）输出频率稳定度，参考值 ±0.01～±0.5%
5）输出波形纯正（正弦波输出），电压畸变小于1％，不存在潜波失真的问题
6）效率高、损耗低。参考指标高于 90％
7）故障率低、维护容易。
4.UPS电源的分类
目前，按不同层次等级的负载用电要求，共有四种类型的 UPS电源品种。
1）在线式（on－line）UPS供电系统
其单机功率：0.7kVA～1500kVA。该系统的主备供电通路都是通过逆变器向负载供电的，由于市电经过了完善的滤波及逆变转换，所以它能为负载提供高质量的、纯净的正弦波电源。并且它的抗雷击能力也是一流的。
2）准在线式UPS
其单机功率0.7kVA～20kVA。这种UPS的逆变器只有当市电电压低于150V或高于264V时才投入工作，向负载提供高质量的正弦波电源；而当电压在150～264V之间时，逆变器停止工作，UPS 向用户负载提供经铁磁谐振稳压器或经变压器抽头调压处理的一般市电电源。
3）后备（off－line）正弦波输出式UPS电源
其单机输出功率：0.25kVA～2kVA左右。当市电在170～264V范围内时，它向负载提供经变压器抽头调压处理过的一般市电电源，仅当市电电源的电压低于170V或高于264V时，逆变器才工作，蓄电池贮存的直流电逆变为正弦交流电向负载输出。
4）后备（off－line）方波输出式UPS电源
其单机输出功率：0.25kVA～1kVA。该种机型与后备正弦波机型的不同之处在于当市电电压低于165V或高于270V时向负载提供的是具有稳压特性的50Hz方波电源。该机在方波输出时，适宜接阻害性负载，如果接感性负载的话，会烧毁UPS的逆变器或对负载产生损坏。
综上所述，在线式UPS输出电源质量最高，适宜各种负载类型，但价格最贵；后备方波输出式UPS的性能最差，但价格最便宜。
5.UPS电源系统
UPS电源系统由4部分组成：整流、储能、变换和开关控制。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电能的功能外，对整流器来说就象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，检修旁路开关等开关控制。
5.1电源工作原理
1）AC-DC变换：将电网来的交流电经自耦变压器降压、全波整流、滤波变为直流电压，供给逆变电路。AC-DC输入有软启动电路，可避免开机时对电网的冲击。
2）DC-AC逆变电路：采用大功率IGBT模块全桥逆变电路，具有很大的功率富余量，在输出动态范围内输出阻抗特别小，具有快速响应特性。由于采用高频调制限流技术，及快速短路保护技术，使逆变器无论是供电电压瞬变还是负载冲击或短路，均可安全可靠地工作。
3） 控制驱动：控制驱动是完成整机功能控制的核心，它除了提供检测、保护、同步以及各种开关和显示驱动信号外，还完成SPWM正弦脉宽调制的控制，由于采用静态和动态双重电压反馈。极大地改善了逆变器的动态特性和稳定性。
5.2电源工作过程
当市电正常380Vac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220Vac交流电压，同时市电对电流充电。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。
6.UPS电源系统的使用与维护
6.1 UPS电源系统开、关机
6.1.1 第一次开机
1)按以下顺序合闸：储能电池开关→自动旁路开关→输出开关依次置于“ON"。
2)按UPS启动面板“开”键，UPS电源系统将徐徐启动，“逆变”指示灯亮，延时1分钟后，“旁路”灯熄灭，UPS转为逆变供电，完成开机。
3)经空载运行约10分钟后，按照负载功率由小到大的开机顺序启动负载。
6.1.2 日常开机
只需按UPS面板“开”键，约20分钟后，即可开启电脑或其它仪器使用。通常等UPS启动进入稳定工作后，方可打开负载设备电源开关（注：手动维护开关在UPS正常运行时，呈“OFF”状态）。
6.1.3 关机
先将电脑或其它仪器关闭，让UPS空载运行10分钟，待机内热量排出后，再按面板“关”键。
6.2 UPS电源系统使用注意事项
UPS电源系统因其智能化程度高，储能电池采用了免维护蓄电池，这虽给使用带来了许多便利，但在使用过程中还应在多方面引起注意，才能保证使用安全。
1）UPS电源主机对环境温度要求不高，5℃～40℃都能正常工作，但要求室内清洁，少尘，否则灰尘加上潮湿会引起主机工作紊乱。储能蓄电池则对温度要求较高，标准使用温度为25℃，温度范围在15℃～30℃。温度太低，会使储电池容量下降，温度每下降1℃，其容量下降1％。其放电容量会随温度升高而增加，但寿命降低。如果在高温下长期使用，温度每高10℃，电池寿命约降低一半。
2）主机中设置的参数在使用中不能随意改变。特别是对电池组的参数，会直接影响其使用寿命，但随着环境温度的改变，对浮充电压要做相应调整。通常以25℃为标准，环境温度每升高或降低1℃时，浮充电压应增加18mV（相对于12V蓄电池）。
3）在无外电靠UPS电源系统自行供电时，应避免带负载启动UPS电源，应先关断各负载，等UPS电源系统起动后再开启负载。因负载瞬间供电时会有冲击电池，多负载的冲击电流和加上所需的供电电流会造成UPS电源瞬间过载，严重时将损坏变换器。
4） UPS电源系统按使用要求功率余量不大，在使用中要避免随意增加大功率的额外设备，也不允许在满负载状态下长期运行。但工作性质决定了UPS电源系统几乎是在不间断状态下运行的，增加大功率负载，即使是在基本满载状态下工作，都会造成主机出故障，严重时将损坏变换器。
5）自备发电机的输出电压、波形、频率、幅度应满足UPS电源对输入电压的要求，另外发电机的功率要远大于UPS电源的额定功率，否则任一条件不满，将会造成UPS电源工作异常或损坏。
6）由于组合电池组电压很高，存在电击危险，因此装卸导电联接条、输出线时应用安全保障，工具应采用绝缘措施，特别是输出接点应有防触摸措施。
7）不论是在浮充工作状态还是在充电、放电检修测试状态，都要保证电压、电流符合规定要求。过高的电压或电流可能会造成电池的热失控或失水、电压、电流过小会造成电池亏电，这都会影响电池的使用寿命，前者的影响更大。
8）在任何情况下，都应防止电池短路或深度放电，因为电池的循环寿命和放电深度有关。放电深度越深、循环寿命越短。在容量试验中或是放电检修中，通常放电达到容量的30％～50％就可以了。
9）对电池应避免大电流充放电，虽说在充电时可以接受大电流，但在实际操作中应尽量避免，否则会造成电池极板膨胀变形，使得极板活性物质脱落，电池内阻增大，温升越高，严重时将造成容量下降，寿命提前终止。
7.结束语
UPS设备有使用寿命，也会出现各类故障，如果维护工作做的好可以延长它的寿命，减少故障的发生，从而充分体现它在广播电视节目录制、播出、传输中所起的安全保障作用。
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