不间断电源如何实现持续、稳定且无间断的电力供应

UPS，即不间断电源(uninterruptible power system)，是一种关键的外部设备，旨在提供持续、稳定且无间断的电力供应。它广泛应用于为单台计算机、计算机网络系统，以及其他电力电子设备如电磁阀、压力变送器等提供稳定的电力。

UPS电源系统包含五个核心组件：主路、旁路、电池等电源输入电路，负责AC/DC转换的整流器(REC)，进行DC/AC转换的逆变器(INV)，以及切换逆变和旁路输出的电路，再加上蓄能电池。

UPS电源目前已被广泛应用于多个领域，包括应急照明、铁路、航运、交通设施、电厂、变电站、核电站、消防安全系统、无线通讯、程控交换机、移动通讯、矿山、航天、工业制造、国防安全、医院医疗设备，以及计算机业务终端、网络服务器等关键设备。此外，它还用于数据存储设备、太阳能储能转换设备、控制设备及其紧急保护系统，以及个人计算机等设备。UPS电源的工作原理可以简要概括为：首先，通过整流器将市电输入的交流电源转化为稳定的直流电源，这部分直流电源既可用于直接供给逆变器，也可进行电池充电。当市电断开时，UPS会迅速切换至电池供电模式，通过逆变器将电池中的直流电逆变为标准的交流电，从而确保负载得到绿色、稳定且持续的电力供应。这一过程中，UPS电源有效地消除了输入电源中可能存在的各种电源问题，保证了电力供应的质量和稳定性。

⒈ AC-DC转换：UPS电源首先通过自耦变压器降低电网输入的交流电压，随后经过全波整流和滤波，将其转换为稳定的直流电压。这一步骤为逆变电路提供所需的电源。此外，AC-DC输入还配备了软启动电路，旨在减少开机时对电网的冲击。

⒉ DC-AC逆变电路：该电路采用大功率IGBT模块构成全桥逆变结构，具备显著的功率冗余，确保在输出动态范围内呈现出极低的阻抗，从而实现快速响应。此外，通过采用高频调制限流技术以及高效的短路保护措施，该逆变器能够应对供电电压的瞬变、负载的冲击以及短路情况，始终保持安全稳定的工作状态。

⒊ 控制驱动：作为整机功能控制的核心，控制驱动不仅负责提供检测、保护、同步功能，还需发出各种开关和显示驱动信号。其还承担着SPWM正弦脉宽调制的控制任务，通过静态和动态双重电压反馈的运用，显著优化了逆变器的动态特性及稳定性。

为了充分发挥离线式UPS的效用并优化其所在环境的电网电能质量，我们研发了具备有源滤波功能的UPS电源。这本质上是对传统离线式UPS的改进，旨在实现不间断供电的同时，还能提供有源滤波功能，且几乎不增加硬件成本。该系统能依据电网的实际状况，在APF模式和UPS模式之间灵活切换。

UPS，即不间断电源设备，是一种能够持续供应高品质电源、有效保护精密仪器的电源设备。其全名为Uninterruptible Power System，不仅具备稳定电压的功能，还类似于稳压器。从应用原理上讲，UPS以逆变器为核心元件，通过储能装置实现稳压稳频输出。它主要由整流器、蓄电池、逆变器和静态开关等几部分组成。

整流器作为UPS的关键组件，负责将交流电(AC)高效转化为直流电(DC)，并经滤波后供给负载或逆变器。同时，它还为蓄电池提供充电电压，发挥充电器的作用。蓄电池则负责储存电能，其容量决定了UPS的放电时间。在市电正常时，蓄电池将电能转化为化学能储存;市电故障时，则将化学能转化为电能供逆变器或负载使用。

逆变器是UPS中的另一核心部件，它将直流电(DC)高效转化为交流电(AC)，由逆变桥、控制逻辑和滤波电路共同组成。而静态开关，又称静止开关，是一种无触点开关，通过两个可控硅(SCR)反向并联实现交流开关功能。它由逻辑控制器控制闭合和断开，分为转换型和并机型两种，分别用于两路电源供电系统和并联逆变器与市电或多台逆变器的场景。

此外，电气变换也是UPS中的重要环节。它涉及将交流电转化为直流电的整流变换，确保电源的稳定性和兼容性。

互动式UPS具有逆变器与充电器合二为一的设计，这种创新结构使得其能够实现分段稳压的功能。在市电正常时，它通过市电直接供电，简单高效;而当市电出现故障时，UPS能迅速切换至电池供电模式，确保电力供应的稳定性。虽然其切换时间相对较长，但电力转换效率却相对较高，非常适合那些对电力需求高且希望节约成本的用户。

在正常情况下，互动式UPS的逆变电路始终保持工作状态。一旦主路市电出现故障或异常，系统会迅速且自动地进行无间断切换，转入电池逆变工作模式。此时，电池将逆变出符合用户需求的三相四线交流电源，以保障负载的持续供电。而一旦市电恢复正常，系统同样会实现自动无间断地恢复至正常工作模式，确保电力供应的稳定与高效。

静态旁路工作模式旁路工作模式分为两种：一种能自动恢复至正常工作状态，另一种则需人工介入才能切换回正常工作模式。在逆变器过载、延时时间结束，或逆变器遭受大负载冲击等特定情境下，系统会自动且无间断地切换至静态旁路电源，以确保负载的持续供电。一旦UPS恢复正常，系统亦会相应地自动恢复至正常的供电模式。

然而，在某些情况下，例如用户关机、主路市电掉电(或出现异常)且电池储能耗尽，或发生严重故障等，逆变器将关闭，系统将停留在旁路工作模式。此时，若要恢复到正常工作模式，用户需要重新启动设备。

当需要对UPS电源及电池等进行全面检修，或设备出现故障需要进行维修时，可以通过操作维护开关Q3BP，将负载转向维修旁路进行直接供电。这种模式允许在不断电的情况下对UPS进行维护。在维修过程中，需要断开UPS内部的主路、旁路输入电源以及电池输入和输出开关，以确保UPS内部处于无电状态，同时负载仍能维持供电。

此外，我们还有专为UPS电源设计的滤波器，旨在解决其谐波问题。该滤波器能有效滤除UPS电源产生的谐波，将谐波电流畸变率降低至5%~10%。同时，它还能提升系统的可靠性，减轻重负荷时的负荷率，减小视在电流，抑制谐波畸变，降低暂态过电压，以及减小电压电流的变化率，从而确保用电的稳定性。此外，UPS电源专用滤波器还有助于节能。它不仅能提高功率因数，减少视在电流，还能显著降低高次谐波畸变，从而减少高次谐波的损耗。UPS不间断电源在市电断电后，能够继续提供电能，确保用电设备的不间断运行。这一功能主要依赖于其内部的蓄电池。当市电异常或断电时，蓄电池通过逆变器将化学能高效转化为交流电能，为负载提供稳定电源，从而保障用电设备的持续运行，不受停电影响。

总的来说，UPS系统旨在确保不间断供电，并具备三大核心功能：稳压、滤波以及不间断供电。在市电正常供应时，它发挥稳压器和滤波器的作用，有效消除或降低市电的干扰，从而确保设备稳定运行。而当市电中断时，UPS能够迅速将直流供电转化为优质的交流电，为负载提供持续电力。这种市电供电到电池供电的切换过程通常是零时间，确保负载设备在无感知的情况下保持运行，真正实现了不间断供电。