一、交流不间断电源（UPS）常用技术参数

1、设备运行条件

①环境温度：0~40℃。

②相对湿度：≤95％(25℃，无凝露)。

2、输入指标

①额定电压：220／380V_AC(主输入电源为三相三线，旁路输入电源为三相四线)。

②额定频率：50Hz。

③输入电压允许变动范围：-15％~+10％。

④输入频率允许变动范围：±5％。

⑤功率因数：>0.8(满负荷)。

⑥电压谐波失真度：≤5％。

⑦功率软启动：10~15s内爬升到额定功率。

3、整流器输出指标

①额定电压：按产品技术条件。

②稳压精度：土1％。

③电压可调范围：(2.00×n~2.40×n)Vdc

               n一单体电池只数。

4、逆变器输入指标

电压范围：(1170×n~2.40×n)Vdc。

                 n一单体电池只数。

5、逆变器输出指标

（1）额定电压：220／380V(三相四线)。

（2）输出电压可调范围：±5％。

（3）额定频率：50Hz。

（4）稳压精度：稳态：≤±1％。

                瞬态：≤±5％。

（5）瞬态电压恢复时间：≤50ms。

（6）频率精度：土0.1％(内同步)。

（7）频率同步范围：±0.5，±1，±1.5，±2Hz(可调)。

（8）频率调节速率：0.1~l1Hz／s。

（9）电压波形失真度：单谐波：≤3％；

总谐波：≤5％。

（10）三相输出电压不平衡度：<±1％(平衡负载)；

<±3％(50％不平衡负载)；

                                              <±5％(100％不平衡负载)

（11）三相输出电压相位偏移：<±1°(平衡负载)；

<±3°(不平衡负载)。

（12）过载能力：10min(125％额定电流)；

10s(150％额定电流)。

（13）限流：100％~110％额定电流可调。

（14）负载功率因数：0.8(滞后)。

6、噪声：≤60~70dB(A)(距离设备lm处)

7、效率：≥90％(满载时)

8、静态开关指标

①过载能力：l00ms(10倍额定电流)；

②转换时间：≤lms。

9、蓄电池

①阀控式密封铅酸蓄电池：每台UPS各接一组；

②浮充电压允差：1％；

③浮充电压：2.23~2.27V／单体；

④均充电压：2．3—2．4V／单体；

⑤放电终止电压：1.67~ 1.7V／单体；

⑥寿命：浮充运行情况下不低于10年(25℃)。

10、电磁干扰：符合GB9254或CISPR22标准要求

11、防雷要求

UPS输入端应提供可靠的雷击浪涌保护装置，在下列模拟雷电波发生时，保护装置应起保护作用，使得设备不被损坏：电压脉冲10／700μs，5kV；电流脉冲8／20μs，20kA。

12、UPS应具有遥控、遥信、遥测功能，具有电池监测及保护系统

通信内容包括：输入电源故障、整流器故障、逆变器故障、工作方式(整流器、逆变器、旁路)、同步方式(内同步、外同步)、直流电压低、直流电压高。

    UPS的所有告警信号应通过继电器干节点引至UPS的端子板上。

二、UPS配置与计算

（一）UPS蓄电池容量计算

蓄电池必须在一段时间内供电给逆变器，并且在额定负载下，其电压不应下降到逆变器所能允许的最低电压以下。由于蓄电池的实际可供使用容量与放电电流大小、蓄电池工作环境温度、蓄电池存储时间的长短、负载种类和特性(电阻性、电容性、电感性)等因素密切相关，只有在充分考虑这些因素之后，才能正确选择和确定蓄电池可供使用容量与蓄电池标称容量的比率。

蓄电池的最大放电电流可由下式求得：

                

其中：S——UPS电源的标称输出功率；

COSφ声——负载的功率因数，一般取为0.8；

η——逆变器的效率，一般也取为0.8；

Ei——蓄电池放电终了电压。

可以先求出所需蓄电池的最大放电电流，再根据负载的性质以及UPS电源要求蓄电池应该提供的放电时间来求得蓄电池的容量。

为了说明这个问题，不妨举一个例子：

一台负载功率因数PF=0.8，效率η为80％的1kVAUPS，在要求后备时间为8小时的情况下，应选多大容量的电池多少只?(已知电池额定电压为12V×7=84V)

首先求放电电流Ia，按照正确的算法是以UPS关机前一瞬间电池的终点电压为标准来求，意思是说：在终点电压的时候，电池仍应给出100％的负载容量，终点电压一般取1．75V／单元，12V电池是6个单元相串联，故终点电压为1.75×6=10.5V

这时放电电流

求得蓄电池放电电流后，选择蓄电池容量可根据设计的放电时长和环境温度确定。

还有一种情况，即只有1h放电数据时，如何确定1h以上的电池容量，下图给出了修正曲线，可供参考。根据该修正曲线可得出1h以上电池容量的近似值。

    C_n=knC_l

式中：C_n一可供n小时放电的电池总容量(Ah)；

    n一规定的放电小时数；

    k一修正系数；

    C_l一根据放电数据表求出的1h电池容量(Ah)。

（二）交流不间断电源(UPS)设备选择

采用交流不间断电源设备时，其容量应按最大负荷功率确定。备用设备的配置，应根据通信负荷的重要性确定。主要应考虑以下方面：

1、UPS电源的型号选择

UPS电源的型号选择，应根据实际情况确定。档次配高了，成本增加，档次配低了，不能满足使用要求。要得到一个合适的性价比，必须对各种性能的UPS进行比较。下面对各种型号的UPS功能再进一步叙述：

(1)在线式正弦波输出UPS电源的主要特点

由于在线式UPS电源无论是在市电供电正常时，还是在市电供电中断由机内蓄电池向逆变器供电期间，它对负载(微型计算机)的供电均是由UPS电源的逆变器提供的。正因为如此，这就从根本上完全消除了来自市电电网的任何电压波动和干扰对负载工作的影响，真正实现了对负载的无干扰稳压供电。当外界市电电压变化范围为180~250V时，一般它的输出电压稳定范围可达220V±3％，正弦波的工作频率稳定度为50Hz±1％。  

在线式UPS电源输出的正弦波的波形失真系数最小。目前，一般市售产品的波形失真系数均在<3％的范围内。

当市电供电中断时，在线式UPS电源能实现对负载的真正的不间断供电。这是由于只要机内蓄电池能向UPS电源逆变器提供能量，当市电供电中断时，在线式UPS电源如同市电供电正常时一样，它都是由逆变器向负载供电，在UPS电源内部并没有产生任何转换动作。所以，在从市电供电到市电中断的过程中，UPS电源对负载供电的转换时间为零。

在线式UPS电源同后备式UPS电源相比，具有优良的输出电压瞬变特性。一般在100％加载或100％负载减载时，瞬态稳压精度≤±5％，恢复时间小于50ms。

在线式UPS电源一般都采用20kHz以上的PWM脉冲宽度调制技术工作，所以，其噪音都比较小。一般噪音都小于50dB左右。

在线式UPS电源的控制线路设计中，由于采用了输入变压器、输出变压器及光电耦合器件等技术手段，将“强电”驱动部分与“弱电”控制线路部分从电的角度隔离开来，因而线路工作的可靠性得到了极大的提高。这种UPS电源的故障率一般都很低。

(2)后备式正弦波输出UPS电源的主要特点

由于在后备式正弦波输出UPS电源的线路设计中采用了抗干扰式分级调压稳压技术，因而，当市电供电正常以及外界市电电压在180～250V之间变化时，它都能向微型计算机提供抗电网高频干扰的稳压电源，它的电压稳定度一般在220V±5％左右。然而，后备式UPS电源仅仅在由蓄电池供电的时间内(一般为15min)，才有可能向负载提供高质量的无干扰的正弦波交流电。

后备式正弦波输出的UPS电源的正弦波波形失真系数可以达到<5％左右。一般说来，

后备式不间断电源的负载过轻时，其正弦波的波形失真系数要有所增大。因此，一般希望将UPS电源的负载用到其额定值的30％以上。    ‘

后备式正弦波UPS电源在它的控制线路中采用50Hz市电同步技术，因而它在一定程度上解决了当UPS电源在市电供电——逆变器供电之间进行相互转换时出现的交流电同步转换问题。目前，市售产品的转换时间大约为4ms左右。也就是说，当这类UPS电源在从市电供电向逆变器供电进行转换时，对负载而言，它大约有4ms左右的中断供电(主要来源于继电器的转换时间)，但其中断时间小于微型计算机所允许的10ms要求。

后备式正弦波输出的UPS电源处于由市电供电时，由于市电是直接通过抗干扰滤波器对负载供电的，因此噪音较小。但当UPS电源处于逆变器工作时，由于其PWM脉宽调制频率一般为8kHz左右，因此噪音偏大。一般噪音平均为55dB左右。

在后备式正弦波输出UPS电源的产品说明书中，一般没有给出输出电压瞬变特性指标。

(3)后备式方波输出UPS电源特点

后备式方波输出UPS电源一般也采用了抗干扰式分级调压稳压技术，因而在外界市电电压在180~250V之间变化时，它仍能向微型计算机提供抗网干扰的稳压电源，它的电压稳度在220V±5％左右。和后备式正弦波输出UPS电源不同，在市电中断时，这种UPS电源向负载提供的交流电是方波而不是正弦波。一般其方波电压输出的有效值的稳定度仍可达220V土5％的要求。

后备式方波输出UPS电源的逆变器的方波脉冲宽度和峰值是负载电流的函数：UPS电源的负载越重，方波脉冲的宽度越宽，而方波脉冲的峰值越小。当UPS电源空载时，方波脉冲的宽度最窄，方波的峰值最大(311V左右)。因此，这种UPS电源在从市电供电刚转换到逆变器供电的瞬间，负载会承受到相当严峻的电压冲击。同时，由于方波输出中包含有大量的高次谐波分量，所以相对于正弦波输出的UPS电源而言，负载的整流滤波电容将要承受较大的容性电流冲击。

由于后备式方波输出UPS电源造价较低，在线路设计上没有使用50Hz市电同步技术，因此在进行市电供电——逆变器供电转换过程中，有可能出现瞬时的交流电短路问题，有时甚至可能使负载在转换瞬间承受到接近于电源电压2倍的电压冲击。另外，由于在方波输出时，在它的正、负方波电压脉冲之间有可能出现近5ms的零电压期间，如果再加上继电器的4ms的转换时间，在最坏情况下，方波输出的UPS电源在市电供电——逆变器供电转换过程中，可能出现9ms的供电中断时间。也就是说，这种类型UPS电源的转换时间的长短带有很大的偶然性，其变化范围为4-9ms之间。因此，这种电源的供电中断时间的长短是个变量，而且它不是用户所能控制的。

后备式方波输出UPS电源不管是处于市电供电还是逆变器供电状态，它的50Hz市电和脉宽调制方波脉冲的工作频率都是50Hz，所以这种UPS电源的噪音较小．

后备式方波输出UPS电源的产品说明书中，没有给出输出电压瞬变特性这一技术指标。产品说明中明确指出：它的负载只能连接微容性或纯电阻性设备，不能同其他性质的负载(特别是可控硅)相连。否则，轻则产品的技术性能得不到保证，重则有损坏UPS电源本身的危险。

后备式方波输出UPS电源不能进行频繁的关闭和启动操作。一般要求在关闭UPS电源后，至少要等待6s左右后才能再开启UPS电源。否则，UPS电源可能处于“启动失败”的状态，即UPS电源处于既无市电输出又无逆变器输出的不正常状态。

2、负载容量、负载功率因数和UPS的波峰因数选择

选购UPS时，首先要知道负载的总容量，同时我们还要考虑负载的功率因数，才能确定UPS的标准功率容量。UPS额定容量一般是在考虑负载功率因数为0.8的情况下制定的，UPS负载中有计算机负载，而计算机负载内部电源大都是采用开关式电源，在这种开关电源负载下，实际功率是各瞬时电压值与瞬时电流值乘积之平均。因此，瞬时功率(峰值功率)很高，但平均实际功率都很小，故一般UPS在开关电源作负载时，功率因数只能达到0.6~0.65左右，而市场上的各种UPS负载功率因数指标为0.8，若按此指标选购的UPS电源来带动开关电源负载，势必造成UPS损坏。因此，在选择UPS的容量时，一定要考虑功率因数(或波峰因数)。由于负载的功率因数很难计算，故在UPS技术规范上，要求UPS有波峰因数比这个极其重要的指标，波峰因数越高，UPS电源承受非线性电流的能力越强。一般波峰因数比应大于3：1。

3、电池后备时间选择

在UPS中，大量使用蓄电池作为储存电能的装置，在中小型UPS中被广泛使用的是密封式铅酸电池，它的价格比较贵，一般约占UPS总售价的1/4—1/3左右。根据有关资料统计，由于蓄电池故障而引起的UPS电源不能正常工作的比例占40％以上，因此我们在选择UPS时，一定要清楚UPS内部所配蓄电池的情况，如满载工作时间、半载工作时间、蓄电池电压、容量、生产厂家、使用寿命、质量保证等。

—般情况下，在选择电池后备时间时，通常选取满载工作时间为10min、15min或30min即可，而长延时UPS则由于大容量蓄电池价格昂贵，一般仅在一些停电时间较长的场合选用，此时最好选择有外接大容量蓄电池功能的UPS电源，以确保在市电停电后能长时间供电。

4、集中与分散供电方案选择

如果有多台负载需要UPS电源，那么是用一台大功率UPS集中供电，还是由多台小功率救供电?若负载比较集中，为便于管理，一般是用一台大功率UPS电源集中供电；如果要增加可靠性，还可考虑用两台大功率UPS电源双机冗余并联供电；若负载比较分散，且各负载之间比较独立，对供电质量要求较高，要互不干扰，此时可考虑用多台小功率UPS电源分散供电。

5．大中型UPS静态开关的选择

UPS的主备用倒换、旁路倒换、运行测试倒换等动作都是通过控制开关来实现的。这些开关从动作特点上分为动态开关和静态开关。

动态开关为有触点开关，由接触器和断路器等电磁器件构成，靠机械动作完成转换，动态开关转换过程会有几十毫秒的瞬时供电中断，故不能应用于对UPS要求较高的场合。

静态开关为无触点开关，有时也成为固态继电器，由晶闸管开关器件构成。由于快速晶闸管的接通时间为微秒级，同小型继电器毫秒级的转换时间相比，它只是小型继电器的千分之一左右。以在线式UPS电源做为主电源为负载设备供电时，UPS电源中的逆变器要长时间为负荷载设备提供高质量供电。而市电或柴油发电机组作为备用电源，只有逆变器发生故障时才通过检测控制电路，驱动UPS电源输出端的静态开关使负载切换到市电供电。当两台或两台以上的UPS电源以并联输出方式为负载设备供电时，同样是通过各自输出端的静态开关为负载供电。如并联供电中的某台UPS发生故障时其输出端的静态开关将断开，以避免影响其他UPS和负载设备的正常工作。所以静态开关的质量、切换性能的优劣以及在UPS电源整机中的工作环境（主要指散热）是否能满足其要求，将直接影响UPS 的可靠性。所以静态开关是UPS 电源中的重要部件。

大多数UPS电源的静态开关是由两个反向并联的晶闸管组成的，如图所示。其工作原理较为简单，当其输人端为正弦波电压正半周时，晶闸管VS1的栅极触发脉冲使VS1正向导通向负载R 提供正半周供电。

 

当输人端电压为负半周时，晶闸管VS2承受正向阳极电压，VS1在反向阳极电压下关断，VS2的栅极触发脉冲到来时，VS2正向导通，负载R上流过与正半周相反的电流。

UPS电源中逆变器输出静态开关与旁路静态开关的并联工作方式如图所示。当逆变器正常工作时，通过静态开关S1为负载R供电，逆变器因故障退出供电时，静态开关Sl关断，旁路静态开关S2导通继续为负载供电。这种静态开关与其检测控制电路相配合使用，可使大中型UPS电源的逆变与旁路切换时间达到1ms甚至更短。一般大中型UPS电源为了在主机检修时不中断对负载的供电而设置了检修旁路动态开关。UPS电源逆变器输出静态开关、自动旁路静态开关和检修旁路动态开关的连接方式如图所示。UPS电源正常工作时逆变器的输出静态开关S1导通为负载供电。

 

当检修时先将逆变供电方式转为自动旁路供电。这种切换方式是UPS电源所必有的功能，所以切换时间极短而且可靠。切换到自动旁路后市电通过静态开关S2为负载供电，此时可将检修旁路动态开关s闭合与自动旁路静态开关S2并联为负载供电。由于S与S2并联在同一相市电上，所以其输出必然同频率、同相位、同幅度。而后将自动旁路开关L断开改为由检修旁路动态开关S供电，UPS主机已完全退出供电，便可对UPS各部分进行维护检修。当恢复逆变器供电时，可将自动旁路开关S2投人工作，而后把检修旁路开关S断开，最后将自动旁路供电状态切换为逆变器供电。也有一些UPS电源在切换控制电路的时序上做了过渡设计，允许UPS电源由逆变器供电状态直接切换到检修旁路供电。以上所介绍的静态开关的切换条件必须是在逆变器的频率及相位跟踪市电功能正常的情况下进行切换。即静态开关的不间断切换必须满足3个条件

（1）必须频率同步，一般允许误差≤±2％，

（2）备用电源的电压幅，必须与逆变用输出电压幅度相差很小，一般允许误差≤±1％，

（3）备用电源的相位与逆变电输出电压的相位差必须在7.2φ以内，即误差不超过0.4ms。

当UPS的逆变器输出电压V1与备用市电v之间存在频率和相位不同步的情况时进行相互切换，无论对负载或UPS电源都有可能造成故障。对负载将会造成输人电压波形瞬间异常或供电瞬间中断等故障。相位不同步时的电压波形如图所示。如果UPS电源的负载输人电路是有源功率因数补偿电路，在图所示的电压波形下切换时刻为T₀时，负载输入端电压将会产生畸变。负载输入电压波形的失真必然导致输入电流波形的失真。

如果UPS电源的负载输人端是整流非线性负载，在图 (a)所示的两个不同步电压波形的T₁时刻切换时，将会使整流滤波电路中的储能滤波电容在半个周期内无脉冲电流补充能量，使滤波电路直流输出电压降低而影响负载的正常工作。由于在半个周期内无充电电流，滤波电容两端电压较低，因此必然会造成下半个周期电容充电脉冲电流峰值增大，充电时间增加。峰值电流的增加无论对UPS电源的逆变器、静态开关或负载的整流二极管都会造成较大的电流冲击。在上述不同步状态下切换时，整流非线性负载的输人电压、电流和滤波电容C两端的电压波形见图。图中T₁时刻为不同步波形的切换点，T₀—T₁时间内的电压波V_in及电流波I_in为切换前UPS 逆变状态下的输出，也是整流非线性负载的输人波形。由于相位不同步切换，使切换点电压达不到最大值而使滤波电容C的电压V_c继续下降，直到切换完毕的下半个周期滤波电容C才再次得到补充充电，所以会产生很大的充电峰值电流I_M。图中滤波电容C充放电电压V_c曲线上阴影部分是由于不同步切换而失去的能量。

 

在交流备用电源电压与UPS逆变器输出电压存在较大的相位差切换时，将会在主用和备用电源之间产生较大的瞬时环流。逆变器输出侧的静态开关中的两个晶闸管只有在电流为零时才能被驱动导通或关断。当主、备电源输出电压相位差φ较大时，在切换的瞬间同样会使电流波产生相位差φ。因此将会使逆变器输出侧的静态开关的关断时间向后推迟了一个相位，此时已经切换到备用电源供电，因此备用电源的输出电流在相位差φ对应的时间内，通过尚未关断的静态开关向逆变器输出端反灌而形成瞬时较大的环流，甚至会损坏静态开关。所以在实际使用中对UPS 电源规定了与备用电源切换时的最大允许相位差。

大、中型UPS静态开关一般使用电子式静态转换开关。依靠这种先进技术，可以对负载实现转换时间为零的不间断供电。常用的控制系统将三相UPS逆变器的输出电压经送到负载，与此同时，三相50H ；交流旁路电源经三相静态开关（由三组反向并联的晶闸管组成）也可送到负载。正常工作时，只有逆变器供电通道或交流旁路电源通道之中的一路电源向负载供电。只有当UPS 需要执行由交流旁路电源供电至逆变器供电切换操作时，才会出现短暂的（约几毫秒～几十毫秒）两路交流电源在时间上重叠向负载供电的情况。为保证逆变器及静态开关的安全运行，UPS 的控制系统必须满足下述的基本工作条件：

(1)由UPS逆变器所产生的50Hz正弦波电源应随时保持与市电50HZ交流旁路电源的同频率、同相位、同幅度和较小正弦波失真度的关系。因为只有在这样的条件下才有可能使UPS在执行由逆变器供电至市电交流旁路供电切换操作时，实现上述两种交流电源间不存在任何瞬态电压差或是在瞬态电压差足够小的条件下执行安全切换操作要求。为此必须在UPS的系统控制中引人“锁相同步”。

(2)UPS的控制电路应具有分别执行同步切换和非同步切换的能力，以确保UPS 能在具有不同供电质量的交流旁路电源系统中正常运行。

5、三相UPS中性线的截面选择

由于非线性负载，因而流过中线的电流不为零，即使在三相负载完全平衡时中线电流也可达三相电流的1.8倍，负载功率因数越小，倍数越大。因此在UPS电源中，其中线截面不得小于相线截面。

对用户而言，在选择UPS时应考虑这一点，并在安装UPS时决不可施放中线截面小于相线截面的三相四线电缆(包括UPS进线电缆及负荷电缆)，如已经放好，则应另加一根中线，并接在原中线上，否则将造成中线发热甚至烧掉电缆的危险，引起严重后果。