不间断电源

不间断电源(UPS)是一种在输入电源或主电源发生故障时向负载提供应急电源的电气设备。UPS与辅助或应急电源系统或备用发电机的不同之处在于，它将通过提供存储在电池、超级电容器或飞轮中的能量来提供近乎瞬时的输入电源中断保护。大多数不间断电源的电池运行时间相对较短（仅几分钟），但足以启动备用电源或正确关闭受保护设备。它是一种持续供电系统。

不间断电源通常用于保护计算机、数据中心、电信设备或其他电气设备等硬件，在这些设备中，意外的电源中断可能会导致伤害、死亡、严重的业务中断或数据丢失。UPS单元的大小范围从设计用于保护没有视频xxx器的单台计算机（大约200伏安额定值）的单元到为整个数据中心或建筑物供电的大型单元。世界上xxx的UPS，即46兆瓦电池储能系统(BESS)，位于阿拉斯加州费尔班克斯，在停电期间为整个城市和附近的农村社区供电。

任何不间断电源的主要作用是在输入电源发生故障时提供短期电源。但是，大多数UPS设备也能够在不同程度上纠正常见的公用电源问题：

1. 电压尖峰或持续过压
2. 输入电压瞬间或持续降低
3. 电压暂降
4. 噪声，定义为高频瞬变或振荡，通常由附近的设备注入线路
5. 电源频率不稳定
6. 谐波失真，定义为偏离线路上预期的理想正弦波形

一些UPS设备制造商根据他们解决的与电源相关的问题的数量对其产品进行分类。

不间断电源单元也可能带来电能质量问题。为防止这种情况，选择UPS时不仅要考虑容量，还要考虑所供电设备所需的电能质量。

现代不间断电源系统的三大类是在线、在线互动和待机：

• 在线UPS采用“双转换”方法，接受交流输入，整流为直流，通过可充电电池（或电池组），然后逆变回120V/230V交流，为受保护设备供电。
• 在线互动式UPS将逆变器保持在线状态，并在断电时将电池的直流电流路径从正常充电模式重定向到供电电流。
• 在备用（“离线”）系统中，负载直接由输入电源供电，并且仅在公用电源发生故障时才调用备用电源电路。

大多数低于1千伏安(1kVA)的UPS属于在线互动式或备用式，通常价格较低。

对于大型动力装置，有时会使用动态不间断电源(DUPS)。同步电动机/交流发电机通过扼流圈连接到电源上。能量储存在飞轮中。当主电源出现故障时，只要飞轮的能量没有耗尽，涡流调节就会保持负载上的功率。DUPS有时与柴油发电机组合或集成，柴油发电机在短暂延迟后启动，形成柴油旋转式不间断电源(DRUPS)。

Hydrogenics公司开发了一种燃料电池UPS，它使用氢气和燃料电池作为电源，有可能在狭小的空间内提供较长的运行时间。

离线/备用UPS仅提供最基本的功能，提供浪涌保护和备用电池。受保护的设备通常直接连接到输入的市电。当输入电压低于或高于预定水平时，UPS将打开其内部DC-AC逆变器电路，该电路由内部蓄电池供电。然后，UPS以机械方式将连接的设备切换到其DC-AC逆变器输出。切换时间可能长达25毫秒，具体取决于备用UPS检测失去的市电电压所需的时间。UPS旨在为某些设备（例如个人计算机）供电，而不会对该设备造成任何令人反感的电压下降或掉电。

在线互动式UPS在操作上与备用UPS相似，但增加了一个多抽头可变电压自耦变压器。这是一种特殊类型的变压器，可以增加或减少通电线圈，从而增加或减少磁场和变压器的输出电压。这也可以通过与自耦变压器不同的降压-升压变压器来执行，因为前者可以接线以提供电流隔离。

这种类型的UPS能够承受持续的欠压欠压和过压浪涌，而不会消耗有限的备用电池电量。相反，它通过自动选择自耦变压器上的不同功率抽头来进行补偿。根据设计，更换自耦变压器抽头可能会导致非常短暂的输出功率中断，这可能会导致配备断电警报的UPS暂时“啁啾”。

这甚至在最便宜的UPS中也很流行，因为它利用了已经包含的组件。用于在线路电压和电池电压之间转换的主50/60Hz变压器需要提供两种略有不同的匝数比：一个用于将电池输出电压（通常为12V的倍数）转换为线路电压，另一个用于转换将线电压调到稍高的电池充电电压（例如14V的倍数）。这两种电压之间的差异是因为为电池充电需要一个增量电压（为12V电池充电时需要高达13-14V）。此外，由于该侧的电流较低，因此更容易在变压器的线路电压侧进行切换。

为了获得降压/升压功能，只需要两个独立的开关，以便交流输入可以连接到两个初级抽头之一，而负载连接到另一个，从而使用主变压器的初级绕组作为自耦变压器。电池仍然可以在“降压”过压时充电，但在“提升”欠压时，变压器输出太低而无法为电池充电。

自耦变压器可以设计为涵盖各种不同的输入电压，但这需要更多的抽头并增加了复杂性以及UPS的费用。对于120V电源，自耦变压器通常仅覆盖大约90V到140V的范围，然后如果电压远高于或低于该范围，则切换到电池。

在低压条件下，UPS将使用比正常设备更多的电流，因此它可能需要比正常设备更高的电流电路。例如，要在120V下为1000W设备供电，UPS将消耗8.33A。如果发生掉电且电压降至100V，UPS将消耗10A以进行补偿。这也可以反向工作，因此在过压条件下，UPS需要的电流更少。

在在线UPS中，电池始终连接到逆变器，因此不需要电源转换开关。当发生功率损耗时，整流器简单地退出电路，电池保持功率稳定不变。当电源恢复时，整流器恢复承载大部分负载并开始为电池充电，但充电电流可能会受到限制，以防止大功率整流器损坏电池。在线UPS的主要优势在于它能够在输入的公用电源和敏感的电子设备之间提供“电气防火墙”。

在线UPS非常适合需要电气隔离的环境或对电源波动非常敏感的设备。虽然它曾经是为10kW或更大的超大型装置保留的，但现在技术的进步已经允许它作为一种普通的消费设备提供，提供500W或更少。当电力环境“嘈杂”、公用电力骤降、停电和其他异常情况频繁发生时，需要保护敏感的IT设备负载时，或者需要使用扩展运行的备用发电机运行时，可能需要在线UPS。

在线式UPS的基本技术与备用或在线互动式UPS相同。然而，它通常成本更高，因为它具有更大电流的AC-DC电池充电器/整流器，并且整流器和逆变器设计为通过改进的冷却系统连续运行。由于整流器直接驱动逆变器，即使在正常交流电流供电时，它也被称为双转换UPS。

在线UPS通常有一个静态转换开关(STS)以提高可靠性。