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UPS电源工作原理科普知识
2016-5-28 19:52  国际线缆技术  查看: 125716   评论: 0

UPS电源目前在医院、学校以及大型计算机信息管理中心等范围内已经得到了广泛应用,它的出现可以有效保障应急条件下的工作效率,同时,UPS电源还可以为计算机提供高质量电源输入,这也使其在消费电子领域大受欢迎。而对新人工程师来说,扎实UPS电源的工作原理和工作过程是非常重要的,本文将就这一问题展开详细分析和知识分享。

UPS电源因为具有不间断供电和集储能、输出于一身的特点,加上其能够在电源输入的同时消除市电所带来的噪声、低电压等电源污染,因此在信息管理领域中的应用非常广泛。从原理上来看,UPS其实是一种含有储能装置,以逆变器为主要元件,稳压稳频输出的电源保护设备,其系统原理图如下图图1所示。下面我们将就其主要结构进行分别介绍。

小功率的UPS电源内部系统结构图

图1 小功率的UPS电源内部系统结构图

UPS电源内部结构

一个完整的UPS电源,其主要结构是由整流器、蓄电池、逆变器和静态开关等几部分组成,

在UPS电源的内部系统中,整流器的主要工作就是就是将交流AC转化为直流DC的装置。在这一电源系统中它有两个主要功能。第一个功能是将交流电变成直流电,经滤波后供给负载,或者供给逆变器。第二个功能是给蓄电池提供充电电压。因此,它同时又起到一个充电器的作用。

而作为另一个重要的构成部分,蓄电池则是UPS用来作为储存电能的重要装置。这一部分主要由若干个电池串联而成,其容量大小决定了其维持放电、供电的时间。其主要功能是当市电正常时,将电能转换成化学能储存在电池内部。而当市电故障时,将化学能转换成电能提供给逆变器或负载。

而如果想要将电源内部的储存电能输出,就需要用到逆变器了。在这一电源系统中,逆变器的作用是将直流电DC转化为交流电AC,它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。

最后一个重要的组成元件是静态开关,它是用两个可控硅反向并联组成的一种交流开关,其闭合和断开由逻辑控制器控制。按目前市面上常见的交流开关型号来看,可以分为转换型和并机型两种。转换型开关主要用于两路电源供电的系统,其作用是实现从一路到另一路的自动切换。并机型开关主要用于并联逆变器与市电或多台逆变器。

UPS电源工作原理

UPS电源在工作运行时,其工作情况可以分为AC-DC变换和DC-AC逆变输出两个部分。首先来看AC-DC变换的工作过程。这一工作是电源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输入通常具有软启动电路设计,可避免开机时对电网的冲击。

接下来来看DC-AC逆变电路的工作情况。通常这一部分会采用大功率IGBT模块全桥逆变电路,这样的设计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。而控制驱动部分的工作也是与AC-DC转换和DC-AC输出工作同步进行的,这一设计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。

下面我们结合市电的输入、输出过程来看一下UPS电源具体的工作运行过程。当市电正常380V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UPS电源的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,当发生超载情况时,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。

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