不间断电源(UPS)是将蓄电池(多为铅酸免维护蓄电池)与主机相连接,通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。它主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其他电力电子设备如电磁阀、压力变送器等提供稳定、不间断的电力供应,保证这些设备仪器的不间断运行,防止计算机数据丢失、电话通信网络中断或仪器失去控制。不间断电源广泛应用于:矿山、航天、工业、通讯、国防、、计算机业务终端、网络服务器、网络设备、数据存储设备、应急照明系统、铁路、航运、交通、电厂、变电站、核电站、消防安全报警系统、无线通讯系统、程控交换机、移动通讯、太阳能储存能量转换设备、控制设备及其紧急保护系统、个人计算机等领域。
SB1是总停开关,按下SB1导致接触器线圈KM1断电,这将导致线圈KM2通电,线圈KM3断电。主电路中因主触头KM1,KM3断电.KM2通电,转子上施加了反转转矩,导致电动机M快速降速。当电动机快速降速至速度继电器KS的额定转速时将断开,电动机停转。本控制线路中,共有四个回路:A——1——2——3——B——CA——1——4——5——6——B——CA——1——7——8——9——B——CA——1——10——11——12——B——C程序所示为根据逐行回路转换法得到的初步转换梯形图,该图直接将四个回路转换为一个四行的梯形图,但初步转换梯形图还须根据梯形图若干绘制原则进行合理修改。
系统组成
典型的UPS系统框图如图1所示,它的基本结构是一套将交流电变为直流电的整流器和充电器,以及把直流电再变为交流电的逆变器,电池在交流电正常供电时贮存能量且维持在一个正常的充电电压上,一旦市电供电中断时,蓄电池立即对逆变器供电以保证UPS电源交流输出电压。下面几种简图示意了UPS的各种工作情况(以在线式UPS电源为例)。
(1)市电在UPS所允许的范围内正常供电时,如图2所示,粗线描绘了电源能量的流向。
(2)主电源故障即市电被切断后,电源将瞬间改由逆变器提供能量如图3所示。
(3)当所带负载过大或电源内逆变器出现故障时,UPS将打开旁路由主电源直接供电,如图4所示。
连接方式
(1)单台UPS电源能够供给全部负载,连接图如系统的原理图,连接方法较简单。
(2)总负载功率需要二台或更多台UPS电源供给,如图5所示,这种连接方式称作并联无备份方式。
(3)二台或二台以上UPS电源其总容比负载总容量要多,但该系统比负载总容量必须多一台UPS电源的容量,任何一台UPS电源故障时,其余仍能供给全部负载,如图6所示。这种连接方式称作并联有备份方式。
(4)整个UPS电源系统出现故障后,市电将UPS电源脱开,直接接通负载,且不影响UPS电源系统的维修,这种线路设计如图7所示。
有人认为把R3的阻值减小,Ib就可以变大,大于0.2mA时,蜂鸣器就可以正常工作。但是蜂鸣器的压降很难获知,而且有些蜂鸣器的压降可能变动,这样一来基极电阻阻值就很难选择,阻值选择太大就会驱动失败,选择太小,损耗又变大。d电路也会出现同样的问题,所以不建议选用图二的这两种电路。这两个电路,电路的驱动信号为3.3VTTL电平,常出现在3.3V的MCU电路设计中,如果不注意就很容易就设计出这两种电路,而这两种电路都是错误的。
当UPS电源系统无故障时,维修开关打开,输入开关、输出开关闭合;当UPS电源系统故障时,维修开关闭合,输入开关、输出开关打开。这样,保证了用电负载的正常工作,而又不影响对UPS电源系统故障的在线维修。
随着计算机应用系统对电源的要求越来越高UPS日益受到重视,并逐渐发展成为一种具有稳压、稳频、滤波、抗电磁和射频干扰、防电压冲浪等功能的电力保护系统。尤其是在电网的线路及供电质量不太高、抗干扰的技术落后,同时计算机系统对电源的要求又比较高的情况下,UPS的作用就显得更加明显。
UPS的保护作用首先表现在对市电电源进行稳压,UPS的输入电压范围比较宽,一般情况是从170V到250V,而输出电源的质量是相当高的,后备式的UPS输出电压在5%~8%,输出频率稳定在1Hz;如图1,在线式UPS输出电压稳定在3%以内,输出频率稳定在0.5Hz。在市电正常时,UPS电源相当于交流市电稳压器;同时市电对蓄电池进行充电,此时也相当于充电器。在市电突然掉电的情况下,UPS自动切换到蓄电池供电,使计算机维持正常工作,保护软硬件不受损害。
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4.信号输出引脚:作用是将集成电路的输出信号引出,电路图中一般在输出引脚旁标注“OUT”字符。其输出引脚的外电路特征是:通过电容、电阻、变压器等耦合元件与后续电路的输入端连接或者直接驱动扬声器、发光二极管、指示表头等负载,如下图所示:跟集成电路输入信号引脚类似,有些集成电路具有较多的信号输出引脚,如下图所示:除上述4种引脚外,集成电路引脚还有外接电阻、电容、电感、晶体等元器件的引脚,还有接自举、消振、负反馈、退藕等保证工作的引脚,还有接有静噪、控制等附件功能引脚。
UPS根据新标准IEC(电工委员会)按其结构和运行原理分为以下3类:
(1)被动后备式UPS电源
指逆变器并联连接在市电与负载之间仅简单地作为备用电源使用。此种UPS电源,在市电正常时,负载完全而且是直接地市电供电,逆变器不做任何电能变换,蓄电池由独立的充电器供电;当市电不正常时,负载完全由逆变器提供电能。 [5]
被动后备式UPS具有结构简单、价格最廉等优点,运用于某些非重要的负载使用,如家用计算机等。但市电断电时,继电器将逆变器切换至负载,切换时间较长,一般需几个毫秒的间断,所以稍微重要的计算机设备不应选用被动后备式UPS电源。 [5]
(2)在线互动式UPS电源
指逆变器并联连接在市电与负载之间,起后备电源作用,同时逆变器作为充电器给蓄电池充电。通过逆变器的可逆运行方式,与市电相互作用,因此被称为互动式。此种UPS电源,在市电正常时,负载由经改良后的市电供电,同时逆变器作为充电器给蓄电池充电,此时逆变器起AC/DC变换器的作用;而当市电故障时,负载完全由逆变器供电,此时,逆变器起DC/AC变换器的作用。 [5]
在线互动式UPS具有结构较简单、实施方便、且易于并联、便于维护和维修、效率高、运行费用低、整机可靠性高等优点,性能满足某些负载要求,特别适用于网络中某些计算机设备采用分布式供电的系统。此种电源缺点是稳压性能不高,尤其动态响应速度低,其次抗干扰能力不强,电路会产生谐波干扰和调制干扰。
(3)双变换式UPS电源
指逆变器串联连接在交流输入与负载之间,电源通过逆变器连续地向负载供电。此种UPS电源其供电方式如下:市电正常时,市电经过整流器、逆变器向负载供电;市电不正常时,由蓄电器经逆变器向负载供电。
双变换式UPS是UPS电源的主品,具有性能好、电压稳定度与频率稳定度高、功能强、具有热备份连接和并联冗余联结的功能等优点,其不足之处是当容量少于10kVA以下,其整机效率不高,一般在85%左右。