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           隨著播出系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)的日益普及和應(yīng)用，對(duì)供電質(zhì)量有了更高的要求：①在計(jì)算機(jī)運(yùn)行期間，電源不能中斷，否則將會(huì)導(dǎo)致隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM中數(shù)據(jù)丟失、程序破壞、磁頭損壞等難以彌補(bǔ)的損失；②電網(wǎng)上存在的干擾源（電壓浪涌、電壓下陷、常模干擾、共模干擾等）會(huì)對(duì)正在運(yùn)行的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)造成干擾和破壞，同時(shí)對(duì)電網(wǎng)也造成較大的污染，故必須除掉干擾源。因此UPS被廣泛地應(yīng)用在這樣的供電系統(tǒng)中，它能在市電波動(dòng)過大時(shí)保護(hù)計(jì)算機(jī)，還能在市電斷電的情況下繼續(xù)供電，以保證播出系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 

1 UPS的工作原理 

UPS電源一般是由常用電源和備用電源通過轉(zhuǎn)換開關(guān)組合而成，它們之間由邏輯電路進(jìn)行控制，以保證在電網(wǎng)正?；蛲ｋ姞顟B(tài)下，整個(gè)系統(tǒng)都能可靠地工作。當(dāng)市電正常時(shí)，UPS相當(dāng)于一臺(tái)交流穩(wěn)壓電源，它將市電穩(wěn)壓后再供給計(jì)算機(jī)，與此同時(shí)，它還向UPS內(nèi)蓄電池充電。當(dāng)市電突然中斷時(shí)，UPS立刻轉(zhuǎn)為逆變工作狀態(tài)，小容量的UPS一般能持續(xù)供電5～20 min，所以能保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的正常退出，使軟硬件不受損失。圖1為UPS電源原理圖。

2 UPS電源的分類與特點(diǎn) 

2.1 旋轉(zhuǎn)型UPS電源 

一般由旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)組成，主要有以下幾種： 

（1）用柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源，在電網(wǎng)停電時(shí)，用它維持供電。 

（2）用電動(dòng)發(fā)電機(jī)作為備用電源，并在發(fā)電機(jī)軸上裝一個(gè)大的慣性飛輪。這樣一方面能減少電網(wǎng)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的影響，提高了電壓的穩(wěn)定性；另一方面，電網(wǎng)停電時(shí)，利用飛輪的慣性使發(fā)電機(jī)在一段時(shí)間內(nèi)輸出的電壓和頻率基本不變，以供計(jì)算機(jī)做信息處理等應(yīng)急操作。 

（3）用直流電動(dòng)機(jī)和蓄電池組來驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)作備用電源。電網(wǎng)正常供電時(shí)，用電網(wǎng)交流電經(jīng)整流后對(duì)蓄電池組充電，在電網(wǎng)停電時(shí)蓄電池組向直流電機(jī)供電，從而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組，保證計(jì)算機(jī)連續(xù)供電。 

（4）用蓄電池和逆變器組成備用電源。當(dāng)電網(wǎng)停電時(shí)，由蓄電池經(jīng)逆變器變換成某種頻率的交流電來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)組，以保證計(jì)算機(jī)的供電。 

2.2 靜止型UPS電源 

目前微機(jī)中使用的UPS電源一般都是靜止型的，靜止型的UPS又可分為后備式和在線式兩種，在線式供電質(zhì)量?jī)?yōu)于后備式。根據(jù)蓄電池的容量大小，這種電源在停電時(shí)能維持幾分鐘至幾小時(shí)，有的可達(dá)8 h?，F(xiàn)行的UPS電源都是交流型不間斷電源系統(tǒng)，主要由整流器、充電器、逆變器和電池組等組成，按其工作方式可劃分為在線式（On-line）和后備式（Off-line），按其輸出電壓波形可分為正弦波輸出和方波輸出兩種，二者都屬于交流型UPS電源，目前在線式已基本上取代了后備式。

交流型UPS電源的功率因數(shù)低、電流失真嚴(yán)重、高次諧波干擾大，而且普遍采用BYPASS設(shè)計(jì)，因此電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，調(diào)試?yán)щy，成本上升，可靠性降低。此外交流型UPS電源難以實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行。為此，目前又出現(xiàn)了大功率直流型UPS電源，如圖2所示。該方案在節(jié)約能源、提高可靠性、降低生產(chǎn)成本等方面有一定的改進(jìn)，該電源省略了DC/AC環(huán)節(jié)和開關(guān)電源中的AC/DC環(huán)節(jié)，因而生產(chǎn)成本降低。新方案在功率因數(shù)校正方面有較大提高，功率因數(shù)從60%提高到95%，即相當(dāng)于電網(wǎng)的負(fù)荷減少了30%左右，因此輸出功率大大增加，且明顯降低了對(duì)電網(wǎng)污染，另一方面，可以簡(jiǎn)化DC/AC和AC/DC環(huán)節(jié)，不需要設(shè)計(jì)逆變器、鎖相環(huán)和穩(wěn)頻部分，還可以省去原輸入級(jí)大容量?jī)?chǔ)能電容器，在DC/DC變換中只需留下高頻小容量電容器，由于蓄電池組的耐瞬間沖擊能力強(qiáng)，故BYPASS也可以省略掉。 

新的UPS電源系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)充性與分布性，允許多臺(tái)小功率電源并聯(lián)使用，共同向一臺(tái)大容量負(fù)載供電，只需要總功率之和大于負(fù)載容量即可。因直流變換對(duì)功率因數(shù)校正影響小，故新方案容易實(shí)現(xiàn)較高的功率因數(shù)校正，減少開關(guān)電源對(duì)電網(wǎng)的干擾污染，有利于實(shí)現(xiàn)凈化電源的目標(biāo)。 

3 UPS的負(fù)載問題 

UPS輸出波形有方波和正弦波兩種類型。方波輸出的UPS帶負(fù)載能力相對(duì)較差，負(fù)載量一般為額定負(fù)載的40%～60%，而且不允許帶感性負(fù)載，負(fù)載太大有時(shí)可能損壞負(fù)載電路中的電源濾波電容；正弦波輸出的UPS帶負(fù)載能力相對(duì)較強(qiáng)，并能帶微電感性負(fù)載。一般地，UPS外殼上標(biāo)有輸出功率，有些以有功功率瓦（W)或千瓦（kW)表示，也有的用視在功率伏安(VA)或千伏安(kVA)表示。有功功率用P表示，視在功率用S表示，則有：P=Scos φ，其中cos φ為功率因數(shù)。大多數(shù)UPS的cos φ大約為0.8左右，則可得P=0.8S。 

所以，一個(gè)1 kVA的UPS表示其輸出功率為1 kVA或0.8 kW，此時(shí)，就要求UPS負(fù)載設(shè)備的有功功率總和應(yīng)小于0.8 kW，而負(fù)載一般都標(biāo)明了額定功率，所以，所有負(fù)載的額定功率之和不能超過UPS的有功功率，若滿足這樣的條件，就稱UPS輸出功率與負(fù)載耗電功率匹配。但應(yīng)注意一點(diǎn)，以上分析是負(fù)載穩(wěn)定工作時(shí)的情況，計(jì)算機(jī)的外設(shè)一般都滿足這一情況，但打印機(jī)和彩色顯示器卻例外，打印機(jī)啟動(dòng)功率是其額定功率的3～5倍，彩色顯示器由于開機(jī)消磁電路工作需要較大功率，例如一臺(tái)AR3240打印機(jī)其標(biāo)稱額定功率為220 W，則它啟動(dòng)時(shí)耗電功率可達(dá)220×5=1 100 W，所以一臺(tái)1 000 W的UPS若單獨(dú)帶一臺(tái)該打印機(jī)也是不可靠的。計(jì)算機(jī)其他外設(shè)的啟動(dòng)功率略大于額定功率，則在考慮匹配時(shí)按UPS輸出功率的0.8進(jìn)行負(fù)載匹配，例如一臺(tái)3 kVA的UPS，實(shí)際帶負(fù)載時(shí)可帶3×0.8×0.8=1.92 kW的負(fù)載。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)UPS在滿載（即功率充分匹配）情況下，市電中斷時(shí)可持續(xù)供電約5～12 min，但在半負(fù)載（即負(fù)載耗電功率時(shí)UPS輸出功率的一半）情況下，則可持續(xù)供電約10～25 min，即大約有負(fù)載減半供電時(shí)間加倍的關(guān)系。 

4 UPS電源的使用與維護(hù) 

交流型UPS有60%左右的故障是使用或管理不當(dāng)造成的。所以正確使用與維護(hù)UPS可以大大延長(zhǎng)其使用壽命，在使用與維護(hù)中應(yīng)該注意以下幾個(gè)方面： 

（1）新購的UPS電源使用前一定要對(duì)后備蓄電池組進(jìn)行均衡充電，充電12～24 h，以延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。 

（2）UPS接入電路時(shí)，應(yīng)保證所接市電的火線、零線順序符合要求，否則故障會(huì)大大增加。 

（3）UPS電源負(fù)載要求為純電阻負(fù)載或較小感性負(fù)載，即使正弦波輸出的UPS也只能帶微電感性負(fù)載。 

（4）UPS不宜由柴油發(fā)電機(jī)供電，這種發(fā)電機(jī)的頻率變化大，會(huì)影響UPS的正常運(yùn)行。 

（5）UPS不宜帶可控硅負(fù)載、橋式整流及半波整流負(fù)載。 

（6）計(jì)算機(jī)的有些外設(shè)（打印機(jī)、音箱等）并不怕突然停電，而且打印機(jī)啟動(dòng)功率又很高，所以這類外設(shè)一般不要接入UPS的輸出，可以直接接在市電中，對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以只把服務(wù)器及有關(guān)部分接入UPS，這樣可以節(jié)省投資。 

（7）不要超負(fù)荷使用UPS，應(yīng)按本文中前述的負(fù)載問題進(jìn)行連接，這樣可以保護(hù)逆變?nèi)龢O管。 

（8）開關(guān)機(jī)應(yīng)按UPS使用說明書要求操作，先開UPS，兩分鐘后再開通負(fù)載的電源開關(guān)。而且要一個(gè)一個(gè)地開，這樣可以避免負(fù)載同時(shí)啟動(dòng)時(shí)的大電流沖擊，而關(guān)機(jī)卻要按相反順序進(jìn)行。 

（9）UPS應(yīng)長(zhǎng)期處于開機(jī)狀態(tài)，盡可能減少開關(guān)機(jī)的次數(shù)。一般要求關(guān)閉UPS后至少要等6 s 才能再開啟，而且應(yīng)禁止“冷”啟動(dòng)，即把市電斷開使用UPS電源啟動(dòng)，此時(shí)啟動(dòng)電流很大會(huì)損壞UPS。 

（10）若UPS所在地經(jīng)常不斷電，則蓄電池長(zhǎng)期處于只充電不放電狀態(tài)，這會(huì)使電池老化，所以應(yīng)按3個(gè)月左右人為中斷市電，讓UPS放電一段時(shí)間，這對(duì)蓄電池有好處。若UPS使用所在地電壓低或頻繁停電，這會(huì)使UPS電池長(zhǎng)期充電不足，所以應(yīng)充分利用供電相對(duì)政黨時(shí)間（例如午夜）對(duì)電池充電。另外，盡可能不要讓蓄電池深度放電。