一、UPS的概况
1、UPS的概念
在欧美国家把Uninteruptible Power System的英文字首简称为UPS，即我们所说的不间断电源系统，依照字面上的解释即为电力系统停止供电时，在极短的时间内取代原有的电力设备，继续供电给负载系统使用。依据日本JEC（日本电器工会规格审察会标准规格）－2431的定义：一种交流电源系统由逆变装置，能量储存装置及开关切换装置组合而成，当交流输入电源停电时，可确保负载供电的连续性。又因其交流输出为固定电压，固定频率的特性，及为定电压定频率（Constant Voltage Constant Frequency）所以在日本也有人简称为CVCF。
其工作原理：首先在正常时利用整流装置将交流输入整流成直流电力，然后一路对蓄电池充电，一路籍以将直流电力供给逆变器，逆变器将直流电力转换成稳定的交流电力输出经静态开关装置供给负载使用。当输入电力中断时，由储存在蓄电池内的直流电力供应逆变器工作转换成交流电力供负载使用。待市电完成供电准备后，才停止由蓄电池输出转换。
UPS是信息技术领域中一个重要组成部分，它是一种集电力技术、控制技术和信号检测及通讯技术于一身的高科技电源设备，被广泛应用于计算机及网络系统、电信／移动通讯及各种自动生产流水线等多个应用领域。计算机技术迅猛发展，局域网及其应用越来越普及，但人们对局域网的供电系统和电源配置尚未引起足够的重视。据有关部门调查表明，局域网最容易发生的问题往往是由于电源停电以及电源异常造成的各种故障。在局域网中，配置UPS 的主要目的是用来为局域网中各类用电设备提供稳定可靠和高品质的电力供应。它主要体现在以下三个方面：
（1）为各类用电设备提供后备电源，以防止突然断电给局域网造成损害，影响正常运行；
（2）可以消除供电系统中产生的诸如浪涌、谐波干扰、频率漂移、波形断续、电压过高或过低等现象，改善电源质量，使局域网中各类设备的电子元部件免受破坏性损害；
（3）UPS还可以抑制电网中其他用电设备产生的诸如高频信号等杂波，以免除因杂波造成数据传输失效等故障，提高网络的可靠性。
2、UPS的发展及应用
简单地讲，高端技术下移、智能化、网络化、高频化和高可靠、高可用是整体趋势。高端技术下移即将原来高端大功率产品才具有的功能移植到小功率产品上，使得低端用户也能享受到更优越的高端产品功能。智能化UPS能实时监视UPS的输入、输出电压，输入、输出频率，输出电流，电池电压，UPS主机温度等运行参数，在UPS故障或电池供电规定时间后将计算机中的数据自动存档，退出并关闭系统，能通过传呼、E－mail等方式通知系统管理人员等。对于网络化智能UPS还必须配置相应的网卡，将UPS管理纳入网络管理系统中来。
监控软件管理的内容更丰富，功能更强大，人机界面更友好，并开始推出适用于特殊应用环境的UPS产品。对于高频技术的采用也是趋势之一，在恰当的频率下，整流器和逆变器的能量损耗大幅度下降，效率达到了很高水平，提高了系统效率。高可靠、高可用也越来越成为领导厂商的“主攻点”，尤其对高可用的追求，并联冗余系统也非常时髦，它不但可以进行扩容升级，最为重要的是大大提高了系统的可靠性和可用性。
UPS系统与Internet技术的紧密结合，使其增加整个信息系统的易用性比以往任何时候都更有意义。虽然传统技术如电话拨号、SNMP 、Telnet等已实现了对UPS的远程和集中监控，但这些技术通常要求特定的设备配置和操作技能。随着Internet的普及，使用浏览器监控UPS将成为UPS监控技术的主流。由于未来网络的广泛化和全球化，必然带来网络的复杂化，多种形式的网络系统将连接在一起。作为网络系统的一部分，要求UPS能够实现在各种网络平台上的监控，而且随着Internet、Intranet和电子商务的高速发展，用户对网络可用性的要求会越来越高，使UPS从对网络关键设备的保护延伸至对整个网络路径的保护。因此，监控软件除了要提供完善的监控保护功能，还必须支持主流操作系统、跨平台操作并具有即插即用的功能；支持主流数据库及应用软件；与主流服务器管理工具集成；与主流网络管理系统集成。
二、UPS的组成概要
    依UPS内部构造可分为：电池组、充电器、逆变器及静态开关。
1、电池组
    UPS所用的电池种类相当多，其差别在于极板材质、构造及电解液成份的不同，目前广泛UPS采用的为铅酸免加水电池，其优点在于重量轻、寿命长。电池容量单位为安培/小时（Ah），数值越大则表示电池的容量越大，一般UPS标准放电时间在满载状态下最长不超过15分钟，若使用者欲延长放电时间则需另外加长效型充电电路来使用，由于电池为UPS市电中断后的电力来源，故其电池的品质及可靠度是不容忽视的，所以电池的品牌亦是选择UPS的指标，最好能尽量选世界知名品牌。
2、充电器
    电池充电器经由变压器与市电隔离，对电池充电及提供逆变器电力，此电源需有足够的容量，但又必需有一定限流装置电路来保护电池的寿命，一般而言，对已耗尽电力的电池进行充电，将花费其放电时间常数的 8～10倍才能回充至额定压的80％，故标准型小容量在线式每放一次电需8小时以上的充电时间才能恢复电力。
3、静态开关
    静态开关可由两个单向可控硅组成，以可控硅的高速开关特性来补偿输出继电器触点跳接时间，使AC与INV转换时，转换时间小于5ms，因为继电器的跳接时间不能满足UPS负载的要求（电脑允许断电的最短时间小于6ms）。
4、逆变器
逆变器是一种电力转换电路，它所担任的工作是将直流电源转换成一般的交流电，在UPS领域内利用整流器将交流电力整流成直流电力，然后再经逆变器转换成交流电力，即所谓的AC-DC-AC，使输出电源更为纯净，其具备如下功能：
（1）反转：将整流器及电池组所供应的直流电源换成交流电源，波形失真小于5％。
（2）稳定：保持交流输出电压再负载能接受之范围内（2％），频率漂移则0.5％。
（3）限制：本身具有过电流感，当超载时用于保护自身和负载。
三、UPS的作用和特点
1、UPS的作用
  （1）市电中断的情况下，能利用自身所带的蓄电池通过逆变电路将直流电转换为220V交流电给计算机及网络系统供电，保证计算机及网络系统能正常运转。
  （2）对市电有稳压作用，能在电网电压波动时稳定电压。
  （3）能抑制电网的电力谐波干扰、电压瞬间跌落、高压浪涌、电压波形畸变、电磁干扰等电力污染，为计算机及其它设备提供电压稳定、波形纯正的电力供给，保证计算机及网络系统的正常工作和数据不受干扰。
2、UPS的特点
 （1）高可靠性
    系统应具有能提供365×24连续提供高质量的UPS逆变电源的供电能力。这就意味着，在UPS供电系统的运行中，既不允许出现任何瞬间供电中断／停电事故，也不允许出现由普通的市电经交流旁路直接向用户负载供电的情况。为此，要求UPS供电系统应满足如下要求：
——允许在UPS逆变电源连续供电的条件下，执行不停电的维护和检修操作。
——万一在用户设备端出现短路故障时，应将故障的影响缩小到尽可能小的范围。
 （2）高抗干扰性
    UPS供电系统能使互联网设备获得高“可利用率”，并可为其创造优良的运行环境。大量的运行实践表明：电源干扰问题是造成互联网设备的“可利用率”下降的重要原因之一。在此需说明的是：电源干扰不仅来源于普通的市电电网，它还来源于设计不完善的UPS本身及用户的互联网设备本身。这是因为配置在IDC和MDC机房内的服务器、磁盘阵列机和交换机等均内置有开关电源，这种整流滤波型非线性负载会向UPS供电系统反射3～23次低次谐波干扰，可能带来降低话音质量的恶果。实践证明，过大和过频地出现电源干扰，轻者会导致互联网的传输速率下降，网络服务器的数据丢包率增大等隐性故障，从而导致互联网设备被迫进入“降额使用”状态，严重时会导致网络瘫痪。
    由此可见，高速信息网络技术的迅猛发展，对UPS 供电系统所能提供的电源质量提出更为严格的要求。
  （3）具有防雷击、抗高能浪涌的功能
    雷击、闪电及电网上的高能浪涌严重威胁UPS系统和计算机网络的安全。如无相应的保护措施，将造成UPS系统及计算机网络的硬件和软件的损坏。UPS应具有这方面的保护电路，其指标应符合国家及国际安规标准。
  （4）过载能力强
    由于计算机等负载属于整流型负载，在启动时往往有较大的瞬态冲击电流，如果UPS的过载能力弱，有可能造成严重后果导致系统不能正常安全运行。
  （5）智能化监控
在UPS和计算机/网络之间建立起双向通信监控管理功能。利用监控软件监控管理UPS的运行、操作。当市电中断或UPS电池低电位时，监控软件可做到将计算机中的数据自动安全存盘、系统安全关机然后关闭UPS，避免因电力突然中断而造成操作系统的损坏和数据资料的损失，以实现数据的完整性保护。
四、UPS的分类
1、按工作方式分
  （1）后备式（OFF-LINE或STAND-BY）UPS
    当市电正常时由市电给负载设备供电，并给蓄电池浮动充电。当市电电压波动超过规定值时时启动逆变电路将电池的直流电转换为稳定的交流电输出，给负载供电。后备式UPS平时由于是由市电直接给负载供电，所以无法消除市电电网上存在的浪涌、尖峰、频率漂移等电气污染，而且容量比较小。但是它的技术简单，成本较低，价格相对低廉，用于许多对电压稳定性要求不高的场合。
（2）在线式（ON-LINE）UPS
在线式UPS一直使其逆变器处于工作状态，市电正常时它是首先通过电路将市电交流电转换为直流电，再通过逆变器将直流电转换为正弦波交流电给负载供电，在供电情况下还能对输出进行稳压及防止电磁干扰，而且还通过充电电路给蓄电池浮动充电。当停电时，则使用电池的直流电，所以逆变器不存在切换时间，所以适用于对电源有较高要求的场合。
（3）在线互动式（HYBRID）UPS
这是一种智能化的UPS，除具有在线式UPS的功能外，还可以自动侦测市电的电压，可以提供高精度的正弦波交流电输出。在线互动式UPS 还具有与计算机进行通讯的功能，有的还可以连接互联网，可以通过网络对UPS 进行管理，而且可以根据计算机及网络系统的工作状况自动调整UPS本身的工作状况和输出状况，并且在UPS 出现故障时，可以通知计算机系统，启动冗余的备用电源，所以称之为智能型UPS。一般用于网络系统中的服务器、路由器和大型骨干网的交换机以及部分工作站等对电源要求较高的场合。它将大大提高计算机系统的可靠性。
2、按输入输出分
（1）单相输入单相输出（单进单出）
应用于10KVA 以下，后备式、在线交互式、在线式等小容量；
（2）三相输入单相输出（三进单出）
应用于10KVA以上在线式；
（3）三相输入三相输出（三进三出）
  应用于20KVA以上在线式大容量。
3、按功能分
    可分为普通UPS、工业UPS、电力专用UPS、通信专用UPS。
五、UPS的选择
1、UPS选择的原则
一个典型的局域网通常拥有服务器、网络交换机、路由器、网管工作站、数据存储器、PC、打印机以及其他各种终端设备。由于局域网的节点数量多，而且各个节点可能分散在不同的地点，这样，就会有位于不同地点的多台UPS需要维护，因此，在局域网中使用的UPS有其自身的特点，在选型和配置时必须加以注意。通常，局域网的中心机房应采用10～20kVA中等容量的UPS集中供电方式，并采用双机热备份或并联供电，确保供电安全可靠。而对于局域网中众多的无法集中设置的PC、路由器、打印机等设备，应采用分散式的在现场设置小容量UPS提供电力保障，且应首选对电网没有污染的在线式UPS装置。这是因为后备式或互动式UPS都属于低端产品，其可靠性和故障率等技术性能都不如在线式UPS；另外在遇到比较恶劣的电网环境时，基本上无法抑制电网干扰传至网络设备，容易影响局域网正常工作。
（1）UPS容量的计算
UPS系统负载容量得计算，与一般的电力设备相同，其计算公式如下：
 三相电路   P≈1.732×E×I             （1）
 单相电路   P= E×I                    （2）
                              E(V):线间电压
                              I(V):线路电流
                              P(VA):视在容量
UPS容量计算必须具备的条件：
①负载表
    在计算UPS容量时，可从负载表中的负载种类、电压、变电流、利用公式（1）、（2）求出个别负载容量，再进行累加所得和，即为额定负载总和。
②瞬间启动电流值
    UPS系统会因受负载瞬间启动电流的影响，而进入过载保护状态，此时若无市电，UPS会切离输出，导致负载停电，故于UPS容量设定上应将瞬间启动电流列入考虑。
                       pb+ps
 Pr≥─────                （3）
      1.2～1.5
Ps(VA):UPS系统容量
Pb(VB):已运转中的容量
Pr(VI):瞬间启动容量
③暂态电压变压动值
    为避免瞬间投入重载导致暂态变动过大而影响负载供电，故一般将负载急剧动值设定为50％                          ps
                             Pr≥───             （4）
                                  0.5
④高谐波电流值
    电脑系统因都是容性负载（因其电源为高频交换式电源供应器），其负载电流非正弦波，故在UPS容量考虑上应注意是否有剩余。
          一般经验值  A.三相负载  Ps≥1.2～1.4Pr     （5）
                      B.单相负载  Ps≥1.3～2.0Pr     （6）
    未来预备增加容量依客户未来负载的增加容量进行考量，依（1）～（6）式进行计算取其较高者，再加上未来预备增加容量即为系统容量。
（2）蓄电池容量的计算
①负载一定时，容量的计算公式：
                P×T                 C(Ah):电池容量
           C=─────              Vb(V):截止电压（LOW DC关机电压）
             Bf×pF×Vb              Pf:   机器效益（0.8）
                                     P(W): 负载容量
                                     Bf:   电池放率（0.6）
                                     T(H): 电池放电时间
②电池的充电时间一般应在16小时以上才能全部充饱。
2、选择UPS的注意事项
（1）查看实际负载的容量，负载对电源的技术要求；
（2）查看需要摆放设备的进出电源线是否符合要求；
（3）考虑设备工作环境能否达标；
（4）场地能否按放得下设备，并有没有安全可靠的接地点。
六、UPS的保养和维护
1、预防保养
使用UPS目的，在于市电处于不佳的情形下可以确保负载正常工作，所以必须确实执行点检作业，其内容包括：
（1）保持冷却排风之进、出气口通畅；
（2）避免将UPS置于湿度极高和阳光直接照射的场所；
（3）避免将UPS置于温度过高的场所；
（4）每一个月对电池长时间充电一次，充电时间不少于12小时，高温地区每二月对电池长时间充电一次，充电时间不少于12小时；
（5）一般电感性负载（电吹风、电热器、激光打印机、雪柜等）勿连接于UPS上，若无法避免且又必须连接UPS，应在系统评估时一并将其启动电流列入考虑（一般性马达、压缩机等感性负载，其启动电流约为额定电流的六倍）。
2、日常检查
     （1）UPS的日常检查，是指每日实行的检查，由保养维修人员巡回检查执行，利用保养人员的感官，确定机器异常之有无；
     （2）UPS的日常检查，所实施的内容有：
      a.周围环境之确定，室温、灰尘及水滴等状况；
      b.确定仪表的指示，记录仪表板之指示值；
      c.显示灯号之确定，显示是否正常。
     （3）做UPS的日常检查项目表