UPS电源技术及应用

1.对UPS电源技术进行了系统介绍，条例清晰。

2.对常见品牌的UPS电源做了实例剖析，使读者可掌握典型UPS的技术参数与基本结构、电路工作原理及常见故障检修。

 

 

《UPS电源技术及应用》主要介绍UPS各部分电路的工作原理以及典型设备的操作使用与常见故障检修。本书共分为10章：第1章介绍了UPS的功能、性能指标、基本结构形式及其发展趋势；第2章至第5章讨论了UPS常用电力电子器件、功率变换电路、控制技术以及其他主要电路；第6章介绍了蓄电池及其管理系统；第7章介绍了UPS的选型、安装、使用及维护；第8章至第10章进行了典型UPS实例剖析。UPS的生产厂家及其品牌很多，UPS实例剖析部分本着按类选取的原则，既有小功率UPS，又有中、大型UPS；既有后备式UPS，又有在线式UPS。这些实例是从较多的UPS产品中选取的，通过UPS实例剖析，读者可掌握典型UPS的技术参数与基本结构、电路工作原理及常见故障检修。

本书在编写过程中力争做到注重内容的先进性与实用性，理论联系实际，图文并茂、通俗易懂，便于教学与自学。本书即可作为UPS维护与管理人员的参考图书，也可作为高等学校电气工程及其自动化、通信工程、工业自动化、机电一体化等相关专业的专业课教材。

 

第1章  绪论1

1.1UPS的定义与作用1

1.1.1UPS的定义1

1.1.2UPS的作用1

1.2UPS的分类3

1.2.1后备式UPS3

1.2.2在线式UPS4

1.2.3互动式UPS6

1.3UPS的性能指标7

1.3.1输入指标7

1.3.2输出指标8

1.3.3电池指标10

1.3.4其他指标11

1.4UPS的发展趋势14

1.4.1高频化14

1.4.2绿色化15

1.4.3智能化15

习题与思考题16

第2章  常用电力电子器件17

2.1电力二极管18

2.1.1工作原理18

2.1.2伏安特性19

2.1.3主要参数19

2.1.4主要类型20

2.1.5检测方法21

2.2晶闸管22

2.2.1工作原理22

2.2.2伏安特性23

2.2.3主要参数24

2.2.4派生器件25

2.2.5检测方法27

2.2.6触发电路28

2.3功率场效应晶体管42

2.3.1工作原理42

2.3.2主要特性44

2.3.3主要参数45

2.3.4检测方法46

2.3.5驱动电路47

2.3.6保护电路54

2.4绝缘栅双极晶体管55

2.4.1工作原理55

2.4.2基本特性56

2.4.3擎住效应58

2.4.4主要参数58

2.4.5安全工作区59

2.4.6检测方法60

2.4.7驱动电路60

2.4.8保护电路62

2.5智能功率模块63

2.5.1基本原理64

2.5.2主要类型65

2.5.3技术参数65

2.6宽禁带半导体功率器件67

2.6.1基本原理67

2.6.2主要类型69

2.6.3SiC宽禁带半导体功率器件69

2.6.4GaN宽禁带半导体功率器件70

习题与思考题71

第3章  常用功率变换电路72

3.1整流电路72

3.1.1单相整流电路72

3.1.2三相整流电路77

3.1.3同步整流电路79

3.2直流变换电路84

3.2.1非隔离型变换电路84

3.2.2单端直流变换电路94

3.2.3双端直流变换电路102

3.3逆变电路111

3.3.1单相逆变电路112

3.3.2三相逆变电路114

3.3.3新型逆变电路119

习题与思考题125

第4章  UPS控制技术126

4.1逆变脉宽调制技术126

4.1.1单脉冲PWM126

4.1.2多脉冲PWM128

4.1.3正弦脉冲PWM128

4.1.4空间电压矢量PWM133

4.2UPS逆变器控制技术136

4.2.1单相逆变控制技术136

4.2.2三相逆变控制技术138

4.2.3同步锁相控制技术138

4.3UPS并联冗余技术144

4.3.1UPS并联冗余基本原理144

4.3.2UPS并联冗余控制策略147

4.3.3UPS并联均流控制方法150

习题与思考题153

第5章  UPS其他主要电路154

5.1功率因数校正电路154

5.1.1功率因数的定义154

5.1.2功率因数校正方法155

5.1.3典型功率因数校正电路157

5.2转换开关162

5.2.1转换开关的安全转换条件162

5.2.2转换开关的种类163

5.2.3检测与控制电路163

5.3保护电路166

5.3.1过流保护电路166

5.3.2过、欠压保护电路167

5.3.3过温保护电路170

5.3.4蓄电池过压、欠压保护171

5.4辅助电源173

5.4.1串联线性调整型稳压电源173

5.4.2小功率开关稳压电源174

习题与思考题177

第6章  蓄电池及其管理系统179

6.1铅蓄电池技术基础179

6.1.1铅蓄电池基本结构179

6.1.2铅蓄电池工作原理181

6.1.3阀控铅蓄电池密封原理184

6.1.4主要技术指标与性能185

6.1.5充电控制技术186

6.1.6放电控制技术189

6.2铅蓄电池常见失效模式190

6.2.1硫化191

6.2.2失水193

6.2.3正极板栅腐蚀194

6.2.4内部短路195

6.2.5热失控195

6.2.6早期容量损失196

6.2.7负极板栅及汇流排腐蚀197

6.2.8引起失效模式的因素197

6.3铅蓄电池使用与维护198

6.3.1电池的安装198

6.3.2日常维护198

6.3.3剩余容量的测量201

6.4蓄电池充电电路202

6.4.1恒压式充电电路202

6.4.2先恒流后恒压式充电电路203

6.4.3采用智能芯片的充电控制器210

6.5锂离子电池214

6.5.1分类与命名214

6.5.2结构与工作原理216

6.5.3基本性能218

6.5.4使用与维护219

6.6锂离子电池管理系统220

6.6.1MCU控制电路220

6.6.2电压采集电路221

6.6.3电流采样电路223

6.6.4温度采样电路224

6.6.5充放电MOSFET控制电路224

6.6.6电源电路225

6.6.7RS232和RS485接口电路226

6.6.8均衡电路227

习题与思考题228

第7章  UPS选型、安装、使用与维护230

7.1UPS的选型与安装230

7.1.1UPS的选型230

7.1.2UPS的安装231

7.2UPS的使用238

7.2.1UPS使用方法238

7.2.2UPS应用技巧239

7.2.3UPS日常维护240

7.3UPS故障分析241

7.3.1故障检修方法241

7.3.2UPS常见故障243

7.3.3UPS人为故障245

习题与思考题247

第8章  科华UPS实例剖析248

8.1科华KR11系列小型UPS248

8.1.1性能参数248

8.1.2技术特点249

8.1.3工作原理250

8.1.4使用维护252

8.2科华KR33系列中型UPS253

8.2.1性能参数254

8.2.2技术特点255

8.2.3工作原理255

8.2.4运行模式256

8.3科华KR33系列大型UPS257

8.3.1性能参数257

8.3.2技术特点258

8.3.3工作原理260

8.3.4运行模式263

8.3.5常见故障263

8.3.6故障实例263

8.4科华FR-UK33系列大型UPS264

8.4.1性能参数264

8.4.2技术特点266

8.4.3工作原理267

8.4.4运行模式270

8.4.5故障实例270

8.5科华MR系列模块化UPS270

8.5.1技术特点270

8.5.2工作原理272

8.5.3常见故障273

习题与思考题274

第9章  科士达UPS实例剖析275

9.1YDC系列塔式UPS275

9.1.1性能参数275

9.1.2技术特点276

9.1.3工作原理277

9.1.4运行模式278

9.1.5常见故障281

9.2YMK-T系列塔式UPS281

9.2.1性能参数281

9.2.2技术特点282

9.2.3工作原理283

9.2.4运行模式284

9.2.5常见故障284

9.3YMK系列模块化UPS285

9.3.1性能参数285

9.3.2技术特点287

9.3.3工作原理287

9.3.4运行模式289

9.3.5常见故障291

习题与思考题292

第10章  其他品牌UPS实例剖析293

10.1山特TG系列UPS293

10.1.1技术参数293

10.1.2工作原理294

10.1.3常见故障301

10.2山特M2052L UPS302

10.2.1技术参数302

10.2.2工作原理302

10.2.3常见故障318

10.3TDY-3kV·A机架式UPS319

10.3.1基本工作原理319

10.3.2功率主电路321

10.3.3控制单元电路324

10.3.4其他主要电路327

10.4CASTLE-C10KS UPS332

10.4.1系统简介332

10.4.2基本结构334

10.4.3操作使用335

10.4.4工作原理341

10.4.5维护维修345

习题与思考题353

参考文献355

 

随着信息技术的不断发展和计算机的日益普及，一般的高新技术产品和设备对供电质量提出了越来越严格的要求。如计算机、工业自动化过程控制系统、医用控制系统、数据通信处理系统、航空管理系统和精密测量系统等均要求交流电网对其提供稳压、稳频、无浪涌和无尖锋干扰的优质交流电。这是因为当供电的突然中断或供电质量严重超出设备（系统）的标准要求时，轻者造成数据丢失、系统运行异常和生产不合格产品，重者则会造成系统瘫痪或造成难以估量的损失。然而普通电网供电时，因受自然界的风、雨、雷电等自然灾害的影响以及受某些用户负载、人为因素或其他意外事故的影响，势必造成所提供的交流电不能完全满足负载要求。为了保证负载供电的连续性，为负载提供符合要求的优质电源，满足一些重要负载对供电电源提出的严格要求，从20世纪60年代开始出现了一种新型的交流不间断电源系统（UPS——uninterruptible power system/uninterruptible power supply），与那些昂贵的设备相比，配置UPS的费用相对较低，为保护关键设备配置UPS是非常值得的。尤其是近年来，UPS技术得到了迅速发展，在通信、电力、军工、航空、航天和现代化办公等领域已成为必不可少的电源设备。

UPS是一种涉及数字与模拟电路、电力电子电路、化学电源、数字通信以及计算机控制技术等多学科的技术密集型电子产品。本书共分为10章来讨论UPS电源技术及应用。第1章介绍了UPS的功能、性能指标、基本结构形式及其发展趋势；第2章至第5章讨论了UPS常用电力电子器件、功率变换电路、控制技术以及UPS其他主要电路；第6章介绍了蓄电池及其管理系统；第7章介绍了UPS的选型、安装、使用与维护；第8章至第10章进行了典型UPS实例剖析。UPS的生产厂家及其品牌很多，UPS实例剖析部分本着按类选取的原则，既有小功率UPS，又有中、大型UPS；既有后备式UPS，又有在线式UPS。这些实例是从编者维修和教学实践过程中接触较多的UPS产品中选取的，通过UPS实例剖析，读者可掌握典型UPS的技术参数与基本结构、电路工作原理及常见故障检修方法。

本书由薛竞翔（中电莱斯信息系统有限公司）主编，郭彦申、杨贵恒、张颖超和黄徐祎副主编，参加编写的还有李琳骏、从明、胡翊珊、向成宣、张红涛、刘桃生、何养育、郑真福、张飞、李龙、宋思洪、刘鹏、龚利红、曹均灿、张瑞伟、阮喻、钟进、甘剑锋、文武松、聂金铜、詹天文、张迁、陈美伊、游家兴、孙翔、成春晟、时良振和戴中晔等。另外，在本书编写过程中，陈四雄、张黎鸿（科华恒盛股份有限公司），鲁卫东、郑钟鹏（深圳科士达科技股份有限公司）、楼志强（双登集团股份有限公司）、吴兰珍、李光兰、温中珍、杨楚渝、温廷文、杨胜、杨沙沙、杨洪、汪二亮、杨蕾、邓红梅、杨昆明和杨新等提供了大量的产品资料并参与了部分文字整理工作，在此表示衷心的感谢！

由于UPS涉及的知识面广，相关技术发展迅猛，再加之编者的水平和经验有限，书中难免存在不足之处，恳请广大读者批评指正。

编者

2021年