UPS( Uninterruptible Power Supply）不间断电源

（Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy）

UPS( Uninterruptible Power Supply）， 即不间断电源，是一种含有储能装置，以整流器、逆变器为主要组成部分的稳压稳频的交流电源。主要利用电池等储能装置在停电时给计算机/服务器、存储设备、 网络设备等计算机、通信网络系统或工业控制系统、需要持续运转的工业设备等提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的 UPS就是一台交流式电稳压器，同时它还向储能装置如电池组充电；当市电中断（ 事故停电 ）时，UPS 立即将储能装置（如电池组或飞轮储能系统）的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS 设备通常对电压过大和电压太低都提供保护。

UPS 作为保护性的电源设备，它的性能参数具有重要意义，应是我们选购时的考虑重点。市电电压输入范围宽，则表明对市电的利用能力强（减少电池放电）。输出电 压、频率范围小，则表明对市电调整能力强，输出稳定。波形畸变率用以衡量输出电压波形的稳定性，而电压稳定度则说明当UPS突然由零负载加到满负载时，输 出电压的稳定性。

还有UPS效率、输入功率因数、输入谐波电流含量以及逆变与旁路转换时间等都是表征UPS性能的重要参数，决定了对负载的保护能力和对市电的利用率。性能越好，保护能力也越强，总的来说，后备式UPS对负载的保护最差，但效率最高；在线互动式略优之，在线式则几乎可以解决所有的常见电力问题。当然成本也随着性能的增强而上升。因此用户在选购UPS时，应根据负载对电力的要求程度及负载的重要性不同，而选取不同类型的UPS。

UPS具有以下几项基本功能：

1. 电网电压正常时，市电电压通过UPS稳压后供应给负载使用，性能好的UPS本身就是良好的交流稳压器，同时改善电源质量；同时它还对机内的电池进行充电，储存后备能量。

2. 电网电压异常时（欠压、过压、掉电、干扰等）UPS的逆变器将电池的直流电能转换为交流电能维持对负载的供电。

3. UPS在电网供电和电池供电之间自行切换，确保对负载的不间断供电。而且可以根据设备的精密程度来选择可承受的切换时间。

UPS已从60 年代的旋转发电机发展至今天的具有智能化程度的静止式全电子化电路，并且还在继续发展。主流的UPS厂商有APC、山特等，都提供各种级别的UPS满足不同用户群的需要。

目前，UPS一般均指静止式UPS，按其工作方式分类可分为后备式、在线互动式及在线式三大类。

1. 后备式UPS：在市电正常时直接由市电向负载供电，当市电超出其工作范围或停电时，通过转换开关转为电池逆变供电。其特点是：结构简单，体积小，成本低，但输入电压范围窄，输出电压稳定精度差，有切换时间，且输出波形一般为方波。

2. 在线互动式UPS：在市电正常时直接由市电向负载供电，当市电偏低或偏高时，通过UPS内部稳压线路稳压后输出，当市电异常或停电时，通过转换开关转为电池逆变供电。其特点是：有较宽的输入电压范围，噪音低，体积小等特点，但同样存在切换时间。

3.在线式UPS在 市电正常时，由市电进行整流提供直流电压给逆变器工作，由逆变器向负载提供交流电，在市电异常时，逆变器由电池提供能量，逆变器始终处于工作状态，保证无 间断输出。其特点是，有极宽的输入电压范围，无切换时间且输出电压稳定精度高，特别适合对电源要求较高的场合，但是成本较高。目前，功率大于3KVA的 UPS几乎都是在线式UPS。

UPS 按照输出容量大小划分:小容量3KVA以下、中小容量3KVA~10KVA、中大容量10KVA以上。UPS按输入/输出方式可分为三类：单相输入/单相 输出、三相输入/单相输出、三相输入/三相输出。对于用户来说，三相供电其市电配电和负载配电容易，每一相都承当一部分负载电流，因而中、大功率UPS多 采用三相输入/单相输出或三相输入/三相输出的供电方式。

3.多方面分析UPS

从原理上来说，UPS是一种集数字和模拟电路，自动控制逆变器与免维护贮能装置于一体的电力电子设备；

从功能上来说，UPS可以在市电出现异常时，有效地净化市电；还可以在市电突然中断时持续一定时间给电脑等设备供电，使你能有充裕的时间应付；

从用途上来说，随着信息化社会的来临，UPS广泛地应用于从信息采集、传送、处理、储存到应用的各个环节，其重要性是随着信息应用重要性的日益提高而增加的。

从基本应用原理上讲，UPS是一种含有储能装置，以逆变器为主要元件，稳压稳频输出的电源保护设备。主要由整流器、蓄电池、逆变器和静态开关等几部分组成。

根据设备的情况、用电环境以及想达到的电源保护目的，可以选择适合的UPS；例如对内置开关电源的小功率设备一般可选用后备式UPS，在用电环境较恶劣的地方应选用在线互动式或在线式UPS，而对不允许有间断时间或时刻要求正弦波交流电的设备，就只能选用在线式UPS。

当代电源根据不同情况提供了四种解决方案：

PC系统电源解决方案；

商用桌面电源解决方案；

经济型小型系统解决方案；

关键设备与网络中心解决方案。

现在不少ISP(网络服务提供商）为保证自己服务器上的信息能随时被外界访问，都使用UPS来持续向服务器供电。UPS供电系统由主机和蓄电池两部分组成，这两部分价格不但昂贵，而且对使用环境特别讲究。如果用户不能正确使用和维护UPS，不但不能使UPS有效地发挥作用，严重时可能会缩短其使用寿命。

每 台计算机都有可能因电源电压不稳定或者由于其他原因引起计算机在使用过程中突然断电。对于一般计算机来说，这种突然断电可能是再平常不过的事情了，但如果 对那些存放重要信息的计算机来说，可能就会给用户带来不可估量的损失。因此从保护的实用价值角度出发，用户应该只对那些少数的重要计算机进行电源保护，以 便让UPS保障物有所值。

如 果选购UPS是为了保护存放重要信息的计算机，那么必须确保UPS能提供额定值正常范围的保护电压，这样在市电出现停电的时刻，UPS能瞬间完成切换到后 备电源的过程，使计算机在短时断电时仍能顺畅运行，不会出现数据丢失和系统关闭的现象。在市电电源中断时间超长的情况下，UPS可以启动电源管理软件安全 关闭计算机系统，保证数据的完整性。这样UPS不仅保护计算机的硬件，也保护了硬件内的数据。如果选购的UPS是为了保护网络服务器，那么选购的UPS除了要具有防浪涌电压功能外，还应具有防止数据线浪涌的功能，以确保UPS在市电电源停电时可在满载条件下至少运行5min以上，从而避免网络交换设备受到市电的干扰。另外，适配服务器的UPS最好还要有智能电池管理功能。

在 许多人看来，要充分发挥UPS的功效就应该让UPS一直在额定功率状态下运行。这样虽然正确，但是如果UPS长期满载运行可能会大大缩短其使用寿命。 UPS使用的原则应该是让UPS尽量用于关键设备，而不是把根本就没有必要进行电源保护的设备都连接到UPS上，这样只能额外加重UPS的运行负担,缩短 其使用寿命。正确的做法是适度控制好UPS的负载率，保证UPS的负载量不超过其额定功率的85%。当然也没有必要让UPS过分低载运行。

后 备式UPS平时处于蓄电池浮充状态，在停电时逆变器切换到工作状态，将电池提供的直流电转变为稳定的交流电输出，不过这种UPS存在一个切换时间的问题， 不适合用在对电源敏感的设备保护上。因为尽管这种UPS切换时间很短，但是对电源敏感的设备，例如一些控制精度非常高的设备来说，不但要求电源电压要持 续，而且还必须稳定，一旦电源有微小的波动，其工作状态就能发生很大的变化。

为 了确保UPS的使用安全，还必须注意UPS配电柜使用的开关，因为如果接UPS的配电柜采用普通的老式闸刀开关，这种开关在接通或者断开电源的时候会有拉 弧的现象，这种现象会产生突发尖端电流，从而对市电电源产生额外的干扰。如果配电柜采用的是新式空气开关，就可以利用空气开关的消弧功能来避免拉弧现象， 从而确保市电电源的稳定性。另外旧式开关由于采用的是熔断式保险丝，在电流响应方面比较迟钝，这样一旦遇到短路或者其他特殊情况时，就不能及时切断电源。

服 务器是网络中的核心，网络中所有重要的信息全部存放在其中，一旦服务器发生意外，整个网络可能就处于瘫痪状态。为了能及时对服务器的任何异常作出响应，这 就要求与服务器相连接的UPS具有智能管理功能，例如对服务器的供电能进行自动管理和调整，或者说当电源遇到突发故障时，UPS能自动关闭服务器的操作系统并关闭其电源。另外UPS的智能功能还包括将服务器的有关信息通过网络传递给操作系统或网络管理员，以便服务器管理人员能实时地进行远程控制和管理。

对 于电源柜内的铅酸蓄电池，用户能做哪些维护工作呢?其实，对蓄电池所做的维护工作最重要的就是让蓄电池在合适的环境中工作。因为蓄电池对工作环境的温度有 较高要求,温度适宜可以让蓄电池发挥出最佳潜能，而且还会延长蓄电池的使用寿命。为此，尽可能地让蓄电池的工作环境温度保持在25℃左右，如果温度过高会 缩短蓄电池使用寿命；温度太低，UPS达不到标称的延时。另外在组装蓄电池时，要千万注意不能将容量不同、出厂品牌不同的电池混合使用，这样会让UPS的 实际使用效果大打折扣。

不 同容量的UPS在价格上相差是很大的，如果选择的UPS容量低于负载功率，那么UPS就不能正常对这些设备提供电源保护；相反，如果选择的UPS容量明显 高于负载设备功率，UPS使用容量必然只能达到需要保护的设备的功率，那么，功率高的那一部分所花费的资金就浪费了。因此用户在选择UPS时最好先把需要 保护的设备的功率计算一下，然后再选择一个容量至少和负载要求一样大的UPS。当然，如果用户需要保护的设备在将来可能会增加的话，可以在现有基础之上适 当考虑一些余量。

由 于电感性负载在接通电源或者断开电源的一瞬间，会产生振荡电流，这种电流的峰值将远远大于UPS所能承受的电流值，这种振荡电流很容易引起UPS的瞬时超 载，如果超载的次数很多，将会大大缩短UPS的使用寿命，因此建议不要把一些不重要的电感性负载，例如把电冰箱或者空调之类的家用电器连接到UPS上。

为了检验选购的UPS是否符合实际需要，在选购UPS之后，还必须通过现场测试来确认一下所选的UPS是否与实际需要相符。测试时主要检查的内容包括对UPS的启动检查、报警和自动关机检查、电池供电/充电时间检查、市电/电池切换点检查等。检测UPS能否对计算机提供断电保护简单的方法就是突然拔掉UPS的电源插头，如果计算机能继续正常运行，则认为UPS能胜任保护工作。

· 初期的不间断电源装置是旋转型的，它是采用柴油发电机（以下简称“油机”）一电动机一发电机组来实现电能的。变换在正常情况下，市电供给电动机，电动机去 带动发电机，把发电机发出的电供给负载。电源系统中的飞轮惯性很大，它是一个贮能装置，当市电发生断电时，电动机就停止运行，这时靠飞轮的惯性使发电机继 续发电，同时立即起动油机供电，从而使负载不断电。这种不间断电源装置运行稳定可靠、维护简单，方便但笨重，效率低噪声大，操作控制也不灵活。

由 于电力半导体器件的发展，特别是可控硅制造工艺的不断改进，质量不断提高，价格逐步降低，便开展对静止型不间断电源装置的研制。于是在60年代初，出现了 用可控硅制成的静止型不间断电源装置，它以可控硅组成电能变换电路，用蓄电池作为贮能元件，当市电发生断电时，由蓄电池代替整流器向逆变器供电，从而使负 载不断电。它与旋转型电源装置相比，没有电动机、发电机和飞轮之类的旋转体，因此具有重量轻、效率高、噪声小、操作控制灵活等优点。但它过载能力差，系统 结构也比较复杂，维护技术要求高。从60年代到70年代，这种不间断电源装置发展得很快，使用也很广泛。它采用了波形叠加技术，主电路采用可控硅。由于可 控硅不能自关断，因此逆变器需要换向电路，同时逆变器输出的电压需要进行滤波，而换向电路和交流滤波电路都是出电感和电容所组成。它们的出现不但增大了体 积，而且惯性大，使电源装置输出的动态性能变差，同时由于大电流可控硅频繁地工作，使电网波形变差干扰其他用户。

· 到了80年代，就利用自关断的巨型功率晶体管（UR）来制作成实用的静止型不间断电源装置，这样既省去了换向电路，简化了主回路，减小了体积，提高了效 率，改善了动态性能，也提高了可靠性。但由于功率晶体管是一种少数载流子工作的半导体器件，它要求的驱动电流较大，对器件各参数的选择也要求严格，随后又 发展到利用自关断的功率场效应晶体管。

· (MosFET）来制作成实用的静止型不间断电源装置。功率场效应晶体管是多数载流子工作的器件，它采用电压驱动。因此没有存储时间，从关断到开通的速度很快。所需的驱动功率也小，所以用功率晶体管和功率场效应晶体管制作成的静止型不问断电源装置，目前使用得很广泛。

· 到了90年代，就利用绝缘栅双极晶体管（IGBT）来制作成实用的静止型不间断电源装置，绝缘栅双极晶体管是一种由双极晶体管和功率场效应晶体管的组合器 件，既具有功率场效应晶体管的栅极电压可控的特性和快速开关的特性，又具有双极晶体管的大电流处理能力和低饱和压降的特点，因此用它制成的不间断电源装置 具有广阔的发展前途。不间断电源（UPS）是推进信息化和工业自动化的重要保证，伴随中国工业自动化和竞争力的提升，欧、美、日占据全球80%UPS需求 量的格局将改变。由于工业动力用UPS市场长期被少数外资企业占据，利润率明显高于信息领域，因此，能够突破工业动力市场、实现进口替代的UPS内资生产企业值得重点关注，如科华恒盛（002335）、科士达（002518）等。

目前中国工业动力用UPS的需求量仅占总需求量的10%左右，未来5-10年工业动力用UPS市场潜力巨大。据中国电子商会电源专业委员会编制的《中国UPS电源行业研究与市场调查报告》数据显示，2008年国内工业动力用UPS市场需求额为143亿元左右，2003-2008年的复合增长率为16%，预计到2011年市场规模可达208亿元。

与工业动力市场不同，现在中小功率的低端离线式和在线互动式产品中国已实现进口替代，突破了外资企业的技术壁垒，形成了中国企业与国际厂商齐头并进的局面。因此，中小功率领域的竞争日趋激烈，产品使用寿命与价格已经有明显下降，超额利润空间逐渐被压缩。

50KVA- 100KVA的大功率产品及100KVA以上的超大功率产品市场被Emerson、APC-MGE、Eaton等国外大厂垄断的局面已经被打破，以科华恒 盛为代表的国内高端UPS厂商市场占有率节节攀高，有望扭转局面，由于技术已经实现突破，竞争也愈发激烈。因此，大功率及超大功率产品市场才是UPS行业 未来的盈利黄金领域。此类产品多属于工业动力应用范畴，我们判断工业动力UPS行业将是一个具备持续增长潜力的行业，并且在国内工业化推进的背景下有望快 速发展，先期突破市场壁垒的企业值得重点关注。

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