作者：周志敏、纪爱华 编著
出版社：化学工业出版社
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快速掌握UPS工程应用及故障处理试读：
前言
随着电子信息技术和自动化控制技术的高速发展，数据/控制中心需要良好的供电系统来保证服务器、交换机、场地设备及辅助用电设备安全运行，为保证供电质量，要求数据/控制中心有独立的配电系统，双电源互投系统与UPS（Uninterruptible Power Supply）组成的供电系统。UPS作为—种重要可靠的电源，已从最初的提供后备电源的单一功能，发展到今天提供后备电源及改善供电质量的双重功能，在保护数据/控制中心用电系统数据、改善供电质量、防止停电和电网污染等对供用电系统造成的各类危害等方面起着很重要的作用。
进入21世纪以来，UPS技术的发展更是日新月异，广泛应用于互联网、工业控制、航天、军事、电信、工控、信息产业、办公自动化、金融、电视传输等行业，各行业数据/控制中心的建立对UPS供电系统设计提出了更新更高的要求。在UPS供电系统设计中，需要通过优化UPS供电系统的可靠性、可用性，对UPS供电系统进行最有效的管理，以构建—个绿色的UPS供电系统。
本书以UPS供电系统工程设计和工程应用及故障处理实例为核心，在写作上尽量做到有针对性和实用性，力求做到理论和工程应用相结合，使得从事UPS供电系统的工程设计、应用、维护与维修的工程技术人员从中获益，读者可以以此为“桥梁”，系统、全面地了解和掌握UPS供电系统的工程设计和最新应用技术。
本书由周志敏、纪爱华编著，周纪海、纪达奇、刘建秀、顾发娥、纪达安、纪和平、刘淑芬、陈爱华等同志为本书编写提供了帮助，本书在写作过程中无论从资料的收集和技术信息交流上都得到了国内外的专业学者和同行及UPS制造商的大力支持，在此表示衷心感谢。
由于编著者水平有限，书中难免有不当之处，敬请读者批评指正。编著者第1章 UPS基础知识1.1 UPS结构及分类1.1.1 UPS定义及特点（1）UPS定义及功能
UPS的英文全称是Uninterruptible Power Supply，意为不间断电源系统，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压、恒频的不间断电源。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就是一台交流市电稳压器，同时它还向UPS内的蓄电池充电；当市电中断（事故停电）时，UPS立即将蓄电池的电能通过逆变转换向负载提供交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏，UPS是一种能为负载提供连续电能的供电系统。
UPS作为保护性电源设备，它的性能参数具有重要意义，是选购时考虑的重点。UPS的电压输入范围宽表明对市电的利用能力强（减少蓄电池放电），UPS的输出电压、频率范围小，则表明对市电调整能力强、输出稳定。UPS输出电压的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，其输出电压的稳定性。UPS效率、功率因数、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。UPS的性能越好，保护能力也越强，因此在选择UPS时，应根据负载对电力的要求程度及负载的重要性不同，而选取不同性能的UPS。（2）UPS的特点
①电源可靠性高。由于UPS为负载提供了主、备两套供电系统，而且备用电源和主电源通过静态开关进行切换。由于切换时间极短且主、备电源始终保持锁相同步，故停电时从负载侧看来，电源没有丝毫的中断。这就为负载连续、可靠地运行提供了强有力的保障。当市电供电中断时，在线正弦波输出式UPS对负载供电的转换时间为零，后备式UPS在市电供电与逆变器供电之间有一定的转换时间，且负载在转换瞬间要承受较高的电压冲击并有可能出现瞬间的交流短路现象，因此在使用时一定要注意这一点。
②电源供电质量高。对负载能实现稳压、稳频供电，在市电电压变化范围为180～250V时输出电压稳定范围为220V±5％。由于采用了微处理器控制的负反馈电路，UPS的输出电压稳定度较高，可达±0.5％～±2％。同时又由于UPS利用石英晶体振荡来控制逆变器的频率，故输出频率稳定，稳定度可达±0.01～±0.5％；电压失真度小（电压畸变小于1％时，不存在潜波失真的问题）。
③效率高，损耗低。UPS中的逆变器采用了PWM（脉冲宽度调制）技术，因此它具有开关电源的一系列优点。通过精确调整脉冲宽度，可保证功率稳定输出。同时，开关管在截止期间没有电流流过，故自身损耗小，其工作效率可达90％以上。
④噪声比较小，波形失真系数小，一般小于3％。
⑤故障率低，维护容易。由于采用了微处理器监控技术和先进的绝缘栅双极晶体管IGBT、正弦波脉冲宽度调制技术SPWM等，使UPS已达到了极高的可靠性水平。对于大型UPS来讲，其单机的年均无故障工作时间（MTBF）超过20万小时。如果采用双总线输出的多机“冗余”型UPS供电系统，其MTBF甚至可达100万小时数量级。1.1.2 UPS主要参数及可靠性指标（1）UPS主要参数
1）输入电压可变范围
标准将UPS输入电压可变范围分为三类：Ⅰ类为±25％，Ⅱ类为±20％，Ⅲ类为10％～15％。输入电压可变范围越宽，则负载由蓄电池逆变供电的机会越少，可以有效地延长蓄电池的使用寿命。但后备式及互动式UPS的电路拓扑决定它的输入电压范围不可能很宽，否则其输出电压稳定精度将很差。在线式UPS如果要求输入电压范围宽，则将导致成本增高。
2）输入功率因数
标准将UPS输入功率因数分为三类：Ⅰ类为≥0.95，Ⅱ类为≥0.90，Ⅲ类为≥0.85。输入功率因数PF太低是供电电网不容许的，输入功率因数低，意味着输入无功功率大，输入谐波电流将污染电网，以脉动的断续方式向电网索取电流，这种脉动电流在外电网电路阻抗上形成脉动电压叠加在电网电压的正弦波上，造成电压失真，使由同一电网供电的变压器、电动机等产生附加谐波损耗、过热、加速绝缘老化；高次谐波对通信线路、测量仪器产生辐射干扰；影响电表计算精度。
UPS输入功率因数低，一般有两个原因，一个是UPS本身不产生谐波电流，但UPS本身没有功率因数校正功能，而UPS负载一般是整流/容性的非线性负载，尽管这种UPS带阻性（即线性）负载时输入功率因数高，但这不是实际工作情况。互动式或后备式UPS会将负载的低功率因数传递给UPS的输入端，从而污染电网。另外，传统在线式UPS在双变换的第一级整流时，采用可控硅整流（或者二极管整流桥）加滤波电路。整流管的一端是交流，另一端是直流，整流管只在交流电压瞬间值高于另一端直流时才工作。UPS向市电吸收脉冲电流而非正弦电流。虽然可以在输入端加滤波电感以平滑电流，但对单相UPS一般也只能将功率因数PF做到0.8左右，三相一般为0.9，此时输入滤波电感很笨重（因为是工频），每提高一个百分点将是非常困难。
3）输入电流谐波
标准将UPS输入电流谐波分为三类：Ⅰ类为<5％，Ⅱ类为<15％，Ⅲ类为<25％。输入电流谐波成分THD是指输入电流中非基次电流占总电流的百分比，谐波成分越少UPS的性能越优。功率因数PF与电流谐波THD的关系为： （1-1）
4）输入频率范围
标准规定为：输入频率范围为50Hz±4％；在要求的输入频率范围内，负载由市电经变换后供电，当频率超出范围时由蓄电池逆变供电。因此输入频率范围越宽则启用蓄电池工作的机会越少，可以延长蓄电池的寿命。
5）频率跟踪范围及速率
标准规定UPS频率跟踪范围为50Hz±4％可调；频率跟踪速率≤1Hz/s。从UPS的性能考虑，频率跟踪范围（同步锁相范围）越宽越好，因为转换开关只有跟踪（同步）时才能顺利转换。否则，UPS因为旁路与逆变不同步存在环流而容易损坏，或者存在较长的转换时间。频率跟踪速率主要是为了保证输出频率瞬变不太大，变化平稳。如果将UPS的频率跟踪范围设计成1～3Hz可调或可选，用户可以根据需要选择。在超出这个范围但小于±5Hz，则由蓄电池逆变供电，这样增强了灵活性。
6）输出电压稳压精度
标准将UPS输出电压稳压精度分为三类，Ⅰ类为±1％，Ⅱ类为±3％，Ⅲ类为±5％。UPS的稳压精度包括在输入电压全范围和负载从空载到满载范围，输出电压稳压精度与电路拓扑及控制方式有关，一般来说，后备式UPS最差，甚至大于±15％。互动式UPS一般为±5％。
如果UPS稳压精度高，则计算机设备内的开关电源承受的应力变化小，可靠性就会提高。采用双变换在线式电路拓扑及运用DSP技术，稳压精度可以大为提高，可以达到≤1％。
衡量UPS的一个主要指标就是输出电压稳定度，一般用户需要的电压稳定度为±5％，有许多UPS可以达到±2％，±1％。要保证电压的稳定性，可以采用交流稳压技术中的电压补偿原理，如串并联调整式UPS中的逆变器1对UPS输入端进行功率因数补偿，并抑制输入电流谐波，并与逆变器2完成对输入电压补偿。当输入电压高于输出电压额定值时，逆变器2吸收功率，反极性补偿输入输出电压的差值；当输入电压低于输出电压额定值时，逆变器1输出功率，正极性补偿输入输出电压的差值，由逆变器2与逆变器1共同完成对输出电压差值的补偿，随时监测输出电压，以保证输出电压的稳定，并对输出电压波形失真和输出电流谐波成分进行补偿。
7）输出频率稳定度
标准规定UPS的输出频率精度≤±0.5Hz。所谓输出频率精度，是在蓄电池逆变时的精度，因目前逆变时的频率一般是由晶振分频而得，故绝大部分UPS的输出频度精度都可达到≤±0.5Hz。当市电异常或逆变器异常时，不论是由市电切换到逆变器，还是由逆变器切换到市电，都要求这种切换要“平滑”，而要做到这一点，就必须采用同频同相（一般相位差不大于3°）电源。因此，锁相是必需的，一般输入电压的频率适应范围是50Hz±5％（或±6％）。
而传统在线式UPS的说明书则表明输出电压频率稳定度为±1％甚至0.5％以下，实际上不论是在线互动式还是传统在线式UPS，一般对输入电压频率稳定的要求大都是50Hz±5％。如果市频率变化超过这个值，此两种UPS都改变到蓄电池供电状态，这时输出电压的频率稳定度都很高。当然，在线互动式UPS输出频率在50Hz±5％内变化，而传统在线式UPS的输出电压频率同样在50Hz±5％范围内随市电变化。因为一般传统在线式UPS都有锁相环节，在市电频率在50Hz±5％的变化范围中，UPS输出电压的频率与市电同频率同相位，换言之，传统在线式UPS的输出频率在市电正常时也是随市电的变化而变的。
8）输出波形失真度
标准将UPS输出波形失真度为三类，Ⅰ类为≤2％，Ⅱ类为≤3％，Ⅲ类为≤5％（线性负载）。波形失真度是谐波成分与谐波、基波之和的百分比，该指标越小越好。以前的国内标准规定为≤5％（大功率）或≤10％（小功率）。现在的规定已经提高。后备式及互动式对该指标改善甚微，DSP控制的在线式UPS能有效地降低波形失真度。
9）动态电压瞬变范围及瞬变响应恢复时间
标准规定UPS在逆变工作方式时，线性负载电流从零到额定电流变化时，输出电压的变化量为±5％，恢复时间分别为Ⅰ类≤20ms，Ⅱ类为≤40ms，Ⅲ类为≤60ms。该指标一直有争论，信息产业部电工业产品质检中心也认为定义不严格，为此，可把输出电压超出稳压精度范围的持续时间作为瞬变响应恢复时间，如取稳压精度为5％，则电压从209V开始降低的时间作为瞬变响应恢复时间，这样取不同等级的稳压精度，则该时间也不一致。对于单个波头的缺陷，可以不作要求，但可以作为内控要求提出。
10）输出功率因数
标准规定UPS的输出功率因数≤0.8，这个指标是对负载的限制，也是对UPS带负载能力的衡量。以前的标准GB/T 14715—1993《信息技术设备用不间断电源通用技术条件》中称为“负载功率因数”，规定为0.8。而在GB 7260—1987《不间断电源设备》中规定“负载功率因数为0.7～0.9（滞后），额定为0.9”。
因以前UPS的主要负载不是整流容性的非线性负载，对于目前的计算机、服务器等设备来说，若输入功率因数为0.8，此类负载既需要无功功率，也需要有功功率，如果UPS提供不了这种功率需求，则负载或UPS无法正常工作。为验证这个指标，一般采用带阻性负载来验证这个“负载能力”指标，至于提供无功功率的能力，是由输出电流峰值系数及输出电压失真度来保证。
11）过载能力
标准将UPS的过载能力分为三类，Ⅰ类为10min，Ⅱ类为1min，Ⅲ类为30s（过载125％）。过载能力一般是指在正常工作方式时的过载，Ⅰ类为10min是主要针对大功率UPS，中小功率UPS一般采用Ⅱ类和Ⅲ类。部分品牌UPS的过载能力在125％/1min的基础上增加到150％/30s，为此在标准之外又增加了150％的过载，是考虑了计算机等浪涌冲击性大的负载。另外，UPS在正常工作方式时若发生输出短路，UPS应该作关机保护。
12）输出电流峰值系数
标准规定UPS的输出电流峰值系数：≥3:1。这也是一个衡量UPS负载能力的指标，越大越好。峰值系数是峰值与有效值之比。正弦波的峰值系数为1.414，计算机、服务器等整流容性负载的电流峰值系数在2.5～3.0之间。
13）蓄电池组智能管理功能
标准规定：UPS应具有定期对蓄电池组进行自动浮充、均充转换，蓄电池组自动温度补偿及蓄电池组放电记录功能。蓄电池是UPS重要组成部分，也是UPS中的薄弱环节。UPS出现的故障很大比例是蓄电池故障或由蓄电池引起的。UPS中的蓄电池绝大部分采用阀控密封式铅酸蓄电池，其寿命及放电容量与温度有很大的关系。对均充及间隙充电等是否能提高蓄电池寿命的问题上，蓄电池厂家与UPS厂家也有不同看法。很多蓄电池厂家认为阀控密封式铅酸蓄电池不需要均充。先限流后恒压的充电方式在UPS中较为广泛采用，根据温度来调节充电电压的高低。根据负载大小及蓄电池容量判定蓄电池的剩余工作时间很重要。另外，一般需要有高压告警、低压关机等功能，以提高UPS的可用性。
14）绝缘电阻
标准规定测试UPS的绝缘电阻在输入端、输出端对地进行，标准里没有规定对输入端与输出端绝缘电阻的要求，也就是说，不一定要采用变压器进行电气隔离。在机房中，隔离变压器能隔离零线和相线，但是不能隔离地线。如果UPS具有零线、相线接反检测及零地电压高告警性能，则可以满足网络用户等要求。
15）切换时间
标准将UPS的市电与蓄电池间的切换时间分为三类，Ⅰ类为0ms，Ⅱ类为<4ms，Ⅲ类为<4ms。电路拓扑结构不同，则市电与蓄电池切换时间不同。一般在线式UPS因市电及蓄电池都变换为一个中间直流电压（行业内称UPS母线电压），而这个中间直流电压都有比较大的电解电容，因此在线式UPS的市电与蓄电池间切换时间为0。而后备式或互动式是通过继电器进行切换，通常存在几个毫秒的切换时间，市电与蓄电池间的切换，只要市电不正常时就会发生。
标准将UPS的逆变与旁路的切换时间分为三类，Ⅰ类分为1ms，Ⅱ类分为<4ms，Ⅲ类分为<4ms。在线式UPS一般在开机瞬间、过载、过温、整流逆变回路故障造成输出电压不正常时，UPS会切换到旁路供电。应该说这个转换发生的概率小于因市电不良而切换的概率。这个切换对于小功率UPS，一般采用继电器便能完全满足要求，但在大功率中因大继电器动作时间长，一般采用SCR实现。
16）转换效率和工作温度
效率是UPS的一项主要指标，UPS效率低，一方面增加了运行时的耗电量，使环境温度升高，从而影响别的设备运行；另一方面也增加了在高温下的元件故障率。因此，可以采用几种方法来改善转换效率和降低工作温度。首先，对于大功率UPS可采取降低输入谐波电流的方法，主要是采用12相或24相脉冲整流方案。对小功率UPS则可采用附加功率因数校正电路或采用PWM整流的方法，使输入端功率因数达到0.95～0.99。此外，可以采用微处理器和高速数字信号处理器DSP构成全数控型UPS，使所用元件数量大为减少，从而提高可靠性，减少故障，降低对工作温度的要求。
17）发电机兼容性
后备式和互动式UPS产品需要输入电源的频率和相位非常稳定，电源频率必须稳定，是因为逆变器必须跟踪电源频率，以校准电压和电流，这样系统输出频率才能与输入频率相同，除非UPS通过蓄电池运行。
后备式和互动式UPS由备用发动机供电时，比较典型的运行问题是当启动发电机上的其他负载时，发电机的输出频率将发生很大变化，从而导致后备式UPS或互动式UPS通过蓄电池放电。该问题在天然气发电机组上尤为明显。蓄电池反复充放电，很可能导致蓄电池的过放电，将大大缩短蓄电池寿命。另一个潜在问题是UPS负载加载时，发电机输出会不稳定，也就是说UPS负载的突加，会导致发电机电压和频率跌落，从而导致UPS进入蓄电池放电的运行状态。当发电机输出稳定后，UPS恢复到正常状态，如果发电机输出电压再次下降时，UPS将再次进入蓄电池放电状态。
对于双变换UPS则不会出现上述问题，双变换UPS调整输入电源，而且可以容许电源频率出现较大变化，同时继续提供稳定的输出频率，而无需使用蓄电池供电。而且，双变换UPS已经开发出减少输出电流畸变的技术，极大地提高UPS与发电机的兼容性，使负载规格选择更为准确。双变换UPS容量与发电机的容量配比可以达到1.25～1.5:1，不会发生运行问题。（2）UPS可靠性指标
可靠性是指硬件系统多长时间不出故障，而可用性则指的是在规定时间内其正常供电的百分比。它不但包括了硬件因数，而且也包含了人的因素，见式（1-2）。 （1-2）
式中：A是可用性，其值是一个百分比；MTBF是表明供电系统可靠性的平均无故障时间，单位为h；MTTR是表明供电系统可维修性的平均修复时间，单位为h。
如果系统的平均无故障时间MTBF=∞，MTTR就可忽略不计，可实现100％可用性目标；如果故障后的修复时间MTTR=0，那么供电系统的可用性也可以是100％。
当然，在单机工作的情况下实现100％的可用性是困难的。MTBF不可能是无穷大，但由于各种原因的限制，采用一些切实可行的措施来提高可靠性和可用性是可能的。比如采用可靠性高的系统，双机冗余系统，N+X模块冗余系统等。
硬件系统是决定UPS运行是否可靠的关键性因素，要考察的内容包括生产厂商的技术水平和成熟程度，生产能力和工艺水平；所选用的元件的品种和质量；电路的先进性和成熟程度等。在目前各种型号的UPS都能满足使用要求的情况下，确切地评论水平高低和性能优劣是很难的，也是无益的，但是电路结构的不断改进必然给UPS带来新的性能，例如SANTAK、APC、LEUMS、Exide、Delta等公司推出的互动式电路结构，尽管各家的电路形式仍有差别，电路成熟程度不一，但是它们有一个共同点，即都使用了交流调压电路中的功率补偿原理，这对提高效率降低逆变器工作强度，从而提高整机运行的可靠性是绝对有好处的。
1）器件选用
选用性能更强容量更大的功率器件，提高控制和驱动电路的集成化程度，例如选用大功率高性能的IGBT，高集成度和控制功能更强的专用组件，采用微处理器控制技术，数字化调节技术（代替电位器之类的器件），减少电路之间的转插件等。
2）模块化设计
把电路中与一种功能有关的各电路集中在一个单独的模块或电路板，可以很方便地插拔更换，或者以冗余方式热插拔，这对提高各环节的可靠性和提高UPS整机的利用率（大幅度降低维修时间MTTR）是有效的。
3）冗余配置
采用并联技术，并使并联输出的总容量大于负载容量，使得当一台或几台UPS发生故障时，其他UPS可以继续向负载供电，且其输出容量仍然满足负载的要求。这是一种提高系统可靠性的有效措施，一级冗余就可把平均无故障时间MTBF提高近一个数量级，有的品牌UPS在关键器件和部件上采用冗余设计，其可靠性将得到进一步的提高。UPS并联运行是一项难度较高的技术，它要求并联UPS的输出电压同压、同频、同相、均流，当前很多品牌的UPS在这方面都达到较高的水平，只用一块并机板就可以把多台UPS简单地并联起来。
4）在线式UPS的后备运行
UPS最根本的功能是在市电故障时继续维持对负载供电，后备式和在线互动式UPS是当市电存在时UPS逆变器不工作或者轻载工作，因此它们的输出能力和可靠性极高。而在线式UPS的逆变器始终承担100％的负载功率强度，这对逆变器可靠运行是不利的。IMV和CHLORIDE都曾提出了在线式UPS的后备运行设想和技术，即在电网电压条件好的地方，UPS本身又在其输入输出部分配置了功能很强的抗干扰电路的情况下，在输入电压处在某一范围内时（可设置），通过智能开关把UPS设置在后备运行方式，逆变器空载运行，这样一来，在线式UPS的输入功率因数，输入电流谐波、效率，输出能力等各项指标存在的问题就迎刃而解了。在电网条件好、而对UPS可靠性要求极高的场合，这种措施未尝不是一种现实可行的设计思想。
5）新的电路结构
UPS技术以日新月异的速度发展着，新的电路结构往往会带来意想不到的效果，美国APCSilconUPS把交流稳压器的电压补偿技术成功地用到了双逆变在线式UPS中，采用高频开关调制技术取代了一般交流稳压器中的电压补偿器件，在两个逆变器联合作用下，既保留了双逆变在线式UPS的全部功能和高输出电压质量，又完成了电压补偿调节功能，使得双逆变在线式UPS的很多关键指标得到改善，输入功率团数为0.99，输入电流谐波降低至3％，效率高达97％，输出电流峰值系数、浪涌系数和输出功率因数都不再对负载提出限制，使UPS的输出能力向真实的电网能力靠近了一步。
6）安全认证
安全认证是各国按照自己国家的安全标准，并借鉴了国际通行的标准，由专门机构经过严格的检验认定后对具体型号产品颁发的安全证书。我国的安全认证为“CCEE”认证，即通常所说的“长城”认证，它是由中国电工产品委员会授权有资格的安全实验室在对产品进行严格的安全检查和测试合格的基础上，并对厂家的生产条件和安全保证措施等进行实地审查合格后颁发的电工产品认证合格证书，对产品安全起到检查监督作用。经过认证的产品可保证在安全性能方面设计合理，器件选择可靠，测试手段有保证，质量保证体系完善。它是产品得以安全使用的基本保证。UPS是与计算机紧密相连的产品，与计算机同属于信息技术类设备，其性能直接关系到使用者的生命财产安全，所以安全指标是一个强制指标，除了需要满足常规的技术指标外，必须通过“CCEE”认证。
7）UPS防雷
UPS为其他设备提供不间断的、净化的电源，安装在重要设备的前端，所以当雷电直击到低压电源线或在电缆上产生感应雷电时，电源导线上的过流过压经过配电系统，首先冲击UPS，而UPS的稳压范围一般单相在160～260V，三相在320～460V之间。要防止瞬间10～20kV的雷电冲击波的过压幅值是不可能的，这是UPS遭雷击损坏的主要原因。未安装防雷器件的UPS包括早期生产和目前部分小功率的UPS，其不具备防雷功能，只能对市电网过电压或很小的杂散电流起着电源净化的保护作用。当雷击来临时，UPS本身首先被击坏。内部安装有防雷器件的UPS分为两种类型：
①装有不符合标准的防雷器件的UPS。这类UPS生产厂家为了节省成本，只是装一组小功率的金属氧化锌压敏电阻MOV，只能对很小的感应雷电有一定的防护作用。
②根据国际IEC801-5的标准，在UPS输入端加装了标准避雷模块，抑制吸收电源供电线路输入端的雷电电压及电流的强浪涌（冲击电流为20kA冲击电压为6kV，波形为8/20μs），是否可以完善地保护UPS自身，并达到保护其他设备电源的免遭雷电的侵害的目的。根据长期测定的统计资料表明，直击雷电在一般低压架空线路产生的过压幅值高达100kV，电信线路高达40～60kV。感应雷电过压幅值在无屏蔽架空线上最高达20kV，无屏蔽地下电缆可达10kV，即使装有符合IEC801-5标准防雷器件的UPS，假如其电源线路前端（配电室、房、柜、箱）没有加装有效的高能量防雷器件，这类UPS同样会遭受雷击。在智能化UPS中，遥控用通信线路的RS-232或RS-485接口，有的没有装抑制浪涌器件，有的仅装小功率浪涌抑制器件，而无法防止感应雷击。
雷电损害电子设备分为三种类型：直击雷、感应雷和雷电反击都有可能对UPS造成损害，因此要做好UPS的防雷，必须严格遵守综合防雷的原则。完善设备所在建筑物外部防雷系统，根据我国标准GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》，安装接闪器（避雷针、网、带、高层建筑的均压环），引下线及防雷地网设施。做好线路防雷，在配电室的电源进线总配电屏上安装并联式电源专用高能量避雷器，构成第一级衰减。
做好机房接地，根据我国GB 50174—2008《电子信息系统机房设计规范》，交流、直流工作地、保护地、防雷接地宜共用一组接地装置，其接地电阻按其中最小值要求确定，如必须分设接地，则必须在两地之间加装等电位共地联结器。
在机房配电柜的断路器后，安装适当容量的并联式低压电源避雷器，或在UPS专用配电屏上，安装适当容量的串联式低压电源避雷器，构成第二级衰减。对于有信号或通信接口的UPS，为防止雷电波从信号或通信线引入，必须在信号或通信接口处加装相应的信号避雷器。
机房布线要求不能沿外墙敷设，以防止雷击时墙内钢筋瞬间传导强雷电流时，磁场感应机房内线路，把设备击坏。避雷器应选用质量可靠，性能优良，能量匹配恰当的避雷器，做好UPS前端输入电源的防雷是UPS防雷的关键，防雷电是技术性较强的一门专业知识，应在专业人员的指导下，进行避雷器的选型和安装。1.2 UPS分类及高频机与工频机比较1.2.1 UPS分类1.2.1.1 按电路主结构分类（1）后备式UPS
后备式UPS是指UPS在市电电压、频率不超过设计范围时，直接用市电向负载供电，在市电电压、频率超过设计范围时，采用逆变器供电，一般输出电压范围为220V±10％或15％。后备式UPS直接把输入线和输出线相连。当主电源出故障时切换到逆变器供电，在线路电压降到停机临界点时才进行电源保护。这种输入和输出直接相连结构，不能对峰值电压和噪声提供根本上的保护。一些后备式UPS制造商还增加了电涌抑制和线路调节电路。后备式UPS由一组蓄电池，DC/AC、电压检测回路和转换开关组成。从AC切换到备用蓄电池供电大约有7ms的延迟时间。
后备式UPS的工作原理是：当市电正常供电时，市电经滤波回路及突破吸收回路过滤杂波后，直接供给负载，与此同时有一回路经充电回路对蓄电池组充电。此时若市电的电压不稳定，则输出电压和市电一样不稳定；此时若市电发生异常，则转换开关切换到逆变器，由逆变器提供稳定的电力供给负载。后备式UPS因存在转换时间，对于某些设备会造成停机，并且大部分后备式UPS产品的输出波形为阶梯波。
后备式UPS的拓扑结构如图1-1所示。正常运行情况下，交流市电直接为负载供电。充电器或四象限变流器将交流电转换为直流电向蓄电池充电。逆变器用于将蓄电池提供的直流电转换成交流电，当市电故障时为负载供电。逆变器通常运行于待机模式。如果市电超过规定范围，UPS检测到电源故障，切换继电器动作，输出逆变器启动逆变器将蓄电池提供的直流电转换成交流电，向负载供电。该拓扑结构被称为“单变换”，因为在任何时候，电源只能转换一次（交流转换为直流或直流转换为交流）。正常运行情况下，少量交流电转换为直流电，保持对蓄电池供电。图1-1 后备式UPS拓扑结构图
后备式UPS仅适合于只需要实施断电保护的计算机工作站，虽然大多数的生产商都提供了追加保护，如内置浪涌抑制器件，能对一些峰值电压和切换瞬变提供适当的保护，但不能进行完全意义上的隔离保护。内置的“降压和升压”电路能补偿较高或较低的输入电压，但不提供任何有效的输入电源调节。后备式UPS的性能特点是：
①当市电存在时，效率高，可达98％以上。
②当市电存在时，输入功率因数和输入电流谐波取决于负载电流，UPS本身不产生附加输入功率因数和谐波电流失真。
③当市电存在时，输出能力强，对负载电流波峰系数、浪涌电流系数、输出功率因数、过载等没有严格地限制。
④市电掉电时，输出有转换时间，一般可做到4ms左右。
⑤当市电存在时，输出电压稳定精度差，整机要靠附加滤波电路提高UPS双向抗干扰功能。
⑥电路简单，成本低，可靠性高。
⑦由于输出有转换开关，受切换电流能力和动作时间的限制，UPS输出功率做大有一定困难，当前后备式UPS多在2kVA以下。（2）在线式UPS
在线式UPS电源在市电正常供电时，首先将市电交流电源变成直流电源，然后进行脉宽调制、滤波，再将直流电源逆变为交流电源向负载供电。一旦市电中断，立即转换由蓄电池经逆变向负载供电。因此，对于在线式UPS而言，在正常情况下，无论有无市电，它总是由UPS的逆变器对负载供电，这样就避免了所有由市电电网电压波动及干扰带来的影响。显而易见，在线式UPS的供电质量明显优于后备式UPS，因为它输出的是经稳频、稳压交流电，且在由市电供电转换到蓄电池供电时，其转换时间为零。当UPS发生故障、过载或过热时才会转为由旁路给负载供电。在线式UPS的特点：
①输出的电力经过UPS的处理，输出电源品质高。
②无转换时间。
③结构复杂，成本较高。
④保护性能好，对市电噪音以及浪涌的抑制能力最强。
在线式UPS在市电正常供电时，市电经滤波回路及突破吸收回路后，分为两个回路同时工作，其一是经由充电回路对蓄电池组充电；另一回路经整流器，作为逆变器的输入，再经过逆变器的转换给负载供电。此时若市电发生异常，逆变器的输入则改由蓄电池组来供电，逆变器持续提供电力没有中断。由此可知，在线式UPS输出的电能完全由变流器提供，因此不论市电的电力品质如何，其输出波形与市电相同，均为正弦波。
在线式UPS也得益于蓄电池吸收瞬变电压的能力，这意味着在线式UPS系统具有电涌保护功能。多数制造商额外提供峰值电压保护来补充这个功能。变压器能进一步隔离输出部分，并提供一个稳定的正弦波电流，对于保护设备是非常理想的。但在线式UPS有一个缺点，即蓄电池工作在浮充电状态，这使蓄电池维护工作增加。
1）双变换在线式UPS
在线式UPS无论市电正常供电时，还是在市电中断时，它对负载的供电均是由UPS的逆变器提供。即市电正常时为：交流电—整流—逆变器方式向负载供电。一旦市电中断，就立即转为由蓄电池—逆变器方式向负载提供交流电源。
在线式UPS结构如图1-2所示，整流器将输入交流电转换为直流电，向UPS的内部直流总线供电，输出逆变器将直流变换为交流，输出稳压、稳频的交流电向负载供电。正常运行期间，与直流总线连接的蓄电池采用浮充充电。双变换在线式UPS的优点如下：图1-2 在线式UPS结构图
①负载与输入交流电完全隔离。
②负载始终由逆变器供电，而逆变器始终由内部直流总线供电。当输入电源故障时，输出电压不会出现切换跌落，因为逆变器一直是通过直流输入运行。在输入市电的电压和频率方式变化时，双变换UPS不会因此受到影响，因为整流器仅会向直流总线提供直流电。
③逆变器通常配备有可以提供另外一根中性线的隔离变压器，可以实现电气绝缘，并为负载提供共模噪声保护。
④双变换UPS内置双输入接线结构，即分别具有整流器输入和旁路电路输入接线端子。双变换UPS可用于双总线电源系统，在所有运行模式下，该系统内的双变换UPS与指定的参考源同步：市电、蓄电池或备用发电机运行模式。
⑤输入电源线出现故障，将导致UPS进入蓄电池供电模式，此时UPS整流器将防止电流由直流总线向前级的输入端反灌。
在线式UPS的上述特点使它比较适合于用外加蓄电池或加装优质发电机组的方法构成长时间不间断供电的系统。在线式UPS输出多为正弦波，电压和频率比较稳定，所以它多被用在供电质量要求很高的场所。双变换在线式UPS的全部负载功率都由逆变器供出，UPS的功率余量有限，输出能力不理想，所以对负载提出限制条件，例如输出电流峰值系数（一般只达到3:1）、过载能力、输出功率因数（一般为0.8）、输出有功功率小于标定的kVA数等。该电路应付冲击性负载的能力差。
在线式UPS的整流电路对电网形成电流谐波干扰，输入功率因数低，经滤波后，最小的谐波电流成分在10％左右，而输入功率因数只有0.8左右，如果采用功率因数校正技术，则可把输入功率因数提高到接近1，输入电流谐波成分也会大幅度降低。
在市电存在时，由于两个变换器（整流器和逆变器）都承担100％的负载功率，所以整机效率低，10kVA以下的UPS为80％左右，50kVA的可达85％～90％，100kVA以上的可达90％～92％。
2）双逆变电压补偿在线式UPS
双逆变电压补偿技术也称为Delta技术，是目前国际上最先进的技术，它成功地将交流稳压技术中的电压补偿原理运用到UPS的主电路中。当市电正常时，两组逆变器只对输入电压与输出电压的差值进行调整和补偿，逆变器承担的最大功率仅为输出功率的20％，所以功率强度很小，功率裕量大，这就增强了UPS的输出能力和过载能力，不再对负载电流波峰系数予以限制，可从容地应对付冲击性负载，也不再对负载功率因数进行限制，输出有功功率可以等于标定的kVA值。
双逆变电压补偿在线式UPS产品应被称为在线互式动UPS，即串联变压器和输出逆变器与输入市电进行互动，从而调整输出电压。有些产品具有小型的输入逆变器/充电器（有时又称为“delta”逆变器），用以调整输入电压。小型逆变器一般与直流总线连接，直流总线为输出（主）逆变器提供电能转换的通道，输出逆变器会对输入功率因数进行校正，断电时将蓄电池的能量逆变为交流输出提供给负载。
具有功率因数校正功能的在线互动式三相UPS结构图，如图1-3所示。与后备式产品和一般的互动式产品相比，这些产品改善了电源的调控性能，提高了输出的电源质量。但同时也产生了一些不利因素，如有源功率调节会使效率降低。实际上，在UPS带非线性负载（一般为计算机负载）时，其效率一般都低于双变换UPS产品。图1-3 具有功率因数校正功能的在线互动式三相UPS结构图
在正常模式下（标准输入电源波形，UPS负载为线性负载），输入隔离开关、市电输入静态开关和输出隔离开关为闭合，市电直接向负载供电。输入逆变器（delta变换器）用作充电器，对蓄电池系统进行浮充充电。在上述理想（非现实）状态下，主逆变器是不工作的。当UPS输入电压出现异常情况时，delta变换器产生相应的电压，通过降压/升压变压器与输入电压相叠加（相加或相减），从而调整输出电压，保证输出的稳定。这种调控原理与电子电压调节器类似。当输入电压超出可调控范围时，主逆变器开始工作，将蓄电池提供的直流电逆变为交流输出，这时须将市电输入静态开关断开，防止电源向输入侧反灌，其作用与后备式UPS类似。
在线互动式UPS的逆变器只要一运行，无论是用于电压校正逆变器/充电器（Delta变换器），还是对谐波电流和功率因数进行校正的主逆变器，都会发生额外损耗，将降低设备效率。总而言之，Delta技术的运用不仅弥补了传统在线式UPS的不足，还使得UPS的许多主要指标有了新的突破。双逆变电压补偿在线式UPS的性能特点如下：
①因为主逆变器随时监视控制输出电压，并通过Delta变换器参与主回路电压的调整，所以不管市电有无，都可以向负载提供高质量的电源，例如输出电压稳定度、频率稳定度、输出电压动态响应、波形失真等指标，都是比较高的。
②市电断电时，输出电压不受响应，没有转换时间。并且，当负载电流发生畸变时，也由主逆变器调整补偿掉，所以是典型的在线工作方式。
③Delta变换器同时完成了对输入端的功率因数校正功能，使输入功率因数等于1，输入谐波电流降到3％以下。
④在市电存在时，Delta变换器和主逆变器只对输入电压与输出电压的差值进行调整和补偿，逆变器承担的最大功率（当输入电压处于上限和下限时）仅为输出功率的20％（相当于输入电压变化范围），所以功率强度很小（1/5），功率余量大，这就大大增强了UPS的输出能力，与双逆变在线式相比，过载能力增强（200％，1min），不再对负载电流波峰系数予以限制，可从容地对付冲击性负载，不再对负载功率因数进行限制，输出有功功率可以等于标定的kVA值。
3）在线交互式UPS
在线交互式UPS是基于在线式UPS发展起来的一种新技术，其蓄电池、逆变器和输出始终处于连通状态。在市电供电状态下，逆变器反相工作，为蓄电池充电；市电异常时，转换开关断开，由蓄电池为逆变器供电。该UPS的逆变器和输出总是处于连通状态，对电源起到滤波及削波作用，具有优越的电源保护功能。在线交互式UPS具有稳压精密、运行稳定、智能化和安全保护等特点。
在线交互式UPS拓扑结构如图1-4所示，该结构与后备式UPS产品类似，不同之处是在市电电源和负载之间按照串联结构加入了变压器或电感器。该电感器使UPS逆变器可以与输入电源“交互”，并对连接至负载的输出电源进行调节。也就是说在输入电压较高和较低状况下，“降压和升压”电路能够进行相应的调节。图1-4 在线性交互式UPS拓扑结构图
在线交互式UPS产品的一个不足之处在于，如果不由蓄电池供电，将无法完全使重要负载与输入电源间实现隔离。频率出现干扰和电源质量较差，将直接影响到重要负载。若不实施电气隔离，共模噪声也将直接影响到负载的正常工作。
与后备式UPS相同，在线交互式UPS产品价格较低，而效率高。原因是，它仅在输入电源异常时向重要负载供电。与后备式UPS相比，在线交互式UPS设备由于其串联电感器以及电源调节功能，在效率方面有所损耗。另外，当UPS转换为蓄电池供电时，通常会出现（但可测）电压跌落。
由于在线交互式UPS的逆变器始终处于工作状态，与后备式UPS相比来说，转换时间非常短，其交流输出电压稳定性好，不过充电器由双向变换器组成，不宜作长延时的UPS使用。
在线交互式UPS是介于后备式UPS和在线式UPS工作方式之间的UPS，它集中了后备式UPS效率高和在线式UPS供电质量高的优点。在线交互式UPS的逆变器一直处于工作状态，具有双向功能：在市电正常时，UPS的逆变器处于反向工作状态，给蓄电池组充电，起充电器的作用；在市电异常时，逆变器立刻转入逆变工作状态，将蓄电池组的直流电压转换为交流正弦波电压并输出。在线交互式UPS也有转换时间，但比后备式UPS短，保护功能较强。另外，它还采用了铁磁谐波变压器，在市电供电时具有较好的稳压功能。在线交互式UPS的性能特点是：
①当市电存在时，效率高，可达98％以上。
②当市电存在时，输入功率因数和输入电流谐波成分取决于负载电流，UPS本身不产生附加输入功率因数和谐波电流失真。
③当市电存在时，输出能力强，对负载电流峰值系数、浪涌电流系数、输出功率因数、过载等没有严格地限制。
④市电掉电时，因为输入开关存在开断时间，至使UPS输出仍有转换时间，但比后备式UPS要小。
⑤市电存在时，输出电压稳定精度差，因为逆变器直接接在输出端，并且处在热备份状况，对输出电压尖峰干扰有滤波作用。
⑥电路更简单，成本低，可靠性高。
⑦逆变器同时有充电功能，省掉了后备式UPS的附加充电器，其充电能力要比附加充电器强的多，当要求长延时供电时，无须再增加机外充电设备。
由于逆变器与输出直接接在一起，所以输出功率可提高到5～10kVA。为了进一步改善在线交互式UPS的功能，可在输入开关和智能调压之间串接一个电感，目的在于当市电掉电时，逆变器可立即向负载供电，因为串联电感对逆变输出反馈到电网的电流有很强的抑制作用，避免了输入开关未断开时短路逆变器输出的危险，这样做可以使在线交互式UPS的转换时间减小到零，使其完全具备双逆变在线式UPS的转换功能，同时还增加了整个UPS的抗干扰能力。但是，这样做却带来了降低UPS输入功率因数的不良后果。
在线交互式UPS集中了后备式效率高和在线式供电质量高的优点，其工作过程是市电经过交流稳压器（电网电压调节器）送到变压器B的端口“1”，其功能是将电压稳定度调整到5％，变压器端口“2”接双向变换器，进一步将稳压度调整到2％，然后输出到负载端口“3”。端口“1”和端口“2”是同时工作的，变压器具有抗干和隔离功能。这种UPS省去了输入变压器和单独的整流充电环节，因此降低了造价。在线交互式UPS的出现，使得后备式UPS和在线式UPS有机地结合在一起，能充分发挥两者的优势，是一种较好的变换电路。
在线互动式UPS也被称为3端口式UPS电源，使用的是工频变压器。从能量传递的角度来考虑，其变压器存在3个能量流动的端口：端口1连接市电输入，端口2通过双向变换器与蓄电池相连，端口3输出，市电供电时，交流电经端口1流入变压器，在稳压电路的控制下选择合适的变压器抽头接入，同时在端口2的双向变换器的作用下借助蓄电池的能量转换共同调节端口3上的输出电压，以此来达到比较好的稳压效果。市电掉电时，蓄电池通过双向变换器经端口2给变压器供电，维持端口3上的交流输出。在线交互式UPS在变压器抽头切换的过程中，双向变换器作为逆变器方式工作，蓄电池供电，因此能实现输出电压的不间断，同样在由市电供电到蓄电池供电的切换过程中也能做到没有转换时间。1.2.1.2 按后备时间分类（1）标准机
配备有内置蓄电池组的UPS称为标准机，由于受体积和重量的限制，标准机仅局限于中、小功率的UPS。标准机一般配置小容量的蓄电池，所以后备时间不长。现行的标准机大多采用7Ah（安时）/12V的蓄电池。功率越大，它所用蓄电池的节数也越多，如1kVA的在线式UPS用3只7Ah/12V的蓄电池，3kVA的用8只蓄电池，6kVA的用20只蓄电池。其实蓄电池的使用只数取决于蓄电池的规格和UPS的充电电压。因为大功率UPS的充电电压比小功率UPS的充电电压要高，因此对于同一规格的蓄电池，大功率UPS所使用的蓄电池的只数就要比小功率UPS多。（2）长效机
需外接蓄电池组的UPS称为长效机，长效机的容量从几百VA到几十kVA可供选择。在实际应用中长效机有着很大的机动性，用户可以根据所需后备时间的长短来确定采用何种容量的蓄电池。UPS的后备时间与蓄电池容量的关系可以根据下式来确定： （1-3） 式中，C为蓄电池容量，单位为Ah；P为UPS的额定功率，单位为VA；P为UPS的功率因数；V为蓄电池组的直流端电压，为单节蓄电池额F定电压与蓄电池节数的乘积；η为逆变器的效率，为0.86；C为蓄电1池的放电速率，该值可以根据UPS所需后备时间t的长短在蓄电池的放电曲线图上查得，例如当t=1h，C=0.55；t=2h，C=0.35；t=4h，11C=0.20；t=8h，C=0.11。111.2.1.3 按输入输出方式分类
根据输入输出方式，可分为单相输入/单相输出UPS、三相输入/单相输出UPS和三相输入/三相输出UPS。小功率UPS都采用单相输入/单相输出方式，而中、大功率UPS多采用三相输入/单相输出和三相输入/三相输出方式。对于用户来说，采用三相供电时，市电配电和负载配电比较容易，每一相都承载1/3的负载电流。1.2.1.4 按输出波形分类
按输出波形，可分为输出波形为正弦波的UPS和输出波形为方波的UPS。方波输出的UPS带负载能力差（负载量仅为额定负载的40％～60％），不适合带感性负载，因为感性负载会使方波产生瞬态尖波，从而影响UPS和负载。如所带的负载过大，方波输出电压中包含的三次谐波成分将使流入负载中的容性电流增大，严重时会损坏负载的滤波电容。
正弦波输出的UPS的输出电压波形畸变度与负载量之间的关系没有方波输出UPS那样明显，带负载能力相对较强，并能带一定容量的电感性负载。1.2.1.5 按输出容量分类
按输出容量，可分为微型UPS（输出功率小于或等于1kVA）、小型UPS（输出功率大于1kVA而小于或等于5kVA）、中型UPS（输出功率大于5kVA而小于或等于30kVA）以及大型UPS（输出功率大于30kVA而小于或等于100kVA）。1.2.2 高频机与工频机比较（1）高频机与工频机的特点
UPS按设计电路工作频率分为工频机和高频机，工频机和高频机的结构特点如下：
①工频机：工频机是以传统的模拟电路原理来设计，UPS内部电气器件（如变压器、电感、电容器等）都较大，一般在带载较大运行时存在较小噪声，但在恶劣的电网环境条件中耐抗性能较强，可靠性及稳定性均比高频机高。
②高频机：利用高频开关技术，逆变器的逆变频率一般在20kHz以上。但在恶劣的电网及环境条件下耐受能力差，较适用于电网比较稳定及灰尘较少、温/湿度合适的环境。
UPS发展的方向是高频化、小型化、智能化和绿色化，因为小型化可以节省投资、提高效率、节约空间等。小型化的前提是高频化，只有高频化才可实现小型化。小型化的第一个目标就是取消输入/输出隔离变压器。以前由于技术、器件和材料的原因，给UPS加入了输入/输出隔离变压器，使得产品笨重、性能差、耗能大和价格贵。后来由于新器件的问世，在1980年由美国IPM公司首先推出的新方案成功地取消了输入隔离变压器，近几年又由于技术的进一步发展和成熟，推出了半桥逆变器变换方案，又成功地取消了输出隔离变压器，使UPS的性能又有了很大程度的提高，这就是人们所说的高频机，它进一步使UPS缩小了体积、改善了性能、减轻了重量、提高了效率、降低了成本和提高了可靠性。（2）高频机与工频机比较
就高频机与工频机比较而言：高频机尺寸小、重量轻、运行效率高（运行成本低）、噪声低，适合于办公场所，性价比高（同等功率下，价格低），对空间、环境影响小，相对而言，高频UPS易受负载启动引起的冲击（SPIKE）和暂态响应（TRANSIENT）影响。由于工频机的变压器把市电与负载隔离，对市电恶劣的环境下，工频机比高频机能提供更安全和可靠的保护。在某些场合，如要求UPS有隔离的应用，工频机是较好的选择。两者的选择要根据用户的不同、安装环境、负载情况等条件权衡考虑。
高频机不带隔离变压器，其输出零线存在高频电流，主要来自市电电网的谐波干扰、UPS整流器和高频逆变器脉动电流、负载的谐波干扰等，其干扰电压不仅数值高而且难以消除。而工频机的输出地电压低，而且不存在高频分量，对于计算机网络的通信安全来讲，更加重要。
高频机的输出没有变压器隔离，如果逆变功率器件发生短路，则直流母线（DCBUS）上的高直流电压直接加到负载上，这是安全隐患，而工频机则不存在此问题。高频机与工频机性能比较的指标见表1-1。表1-1 高频机与工频机性能比较的指标
从以上的比对中可以清晰地看出工频机在很多的方面优于高频机，对于可靠性要求较高的一些重要、关键部位的电源保护方案还应以工频机为首选。工频机的特点是简单，存在的问题是：
①输入输出变压器尺寸大。
②用于消除高次谐波的输出滤波器尺寸大。
③变压器和电感产生音频噪声。
④对负载和市电变化的动态响应性能较差。
⑤效率低。
⑥输入无功率因数校正，对电网污染较严重。
⑦成本高，特别对于小容量机型，无法与高频机相比。
目前，世界知名UPS厂商在技术选型和将来发展趋势上都是以高频为绝对主力方向，30kVA及以下的UPS都以高频机为主，这与高频机负载动态响应速度快，能量密度高，体积小，噪声小，价格低（特别是小机）有很大关系，特别是高频机可以做到输入有源功率因数校正，真正代表将来绿色电源的发展趋势。（3）电路结构
工频机与高频机的概念主要是对整流部分而言，工频机是可控整流，传统技术最好可做到12相整流；而高频机的整流是二极管不控整流+IGBT的高频直流升压环节。对逆变器而言都是IGBT的SPWM高频逆变工作方式（除早期的可控硅逆变工作模式UPS，目前已经淘汰）。另外，工频机的输出变压器必不可少，由于其整流逆变等环节均为降压环节，因此在输出侧必须有升压变压器作为电压的调整。而高频机由于具有DC/DC升压环节，其输出侧不必要加升压环节（升压变压器），对于需要加装隔离变压器的现场，高频机也可按照要求加装隔离变压器选件，其作用也由原来的必要配置转变为可选配置。UPS的电气结构之所以发生了更新变化，主要是由于元器件的发展，IGBT作为UPS的主要功率元件技术更加成熟，无论从容量、结构、或是可靠性都大大地提高了，加之UPS数字化程度不断深入促成了新一代大中型UPS的主流结构由原来的工频机转向高频机（正如当年晶闸管逆变器被大功率晶体管GTR取代，之后又被IGBT逆变器取代一样）。UPS电气结构的更新最直接的效果就是UPS主机体积的缩小，重量的下降，而更重要的是电气性能的提高。
早期大中型UPS主回路结构采用可控硅整流将输入的交流电整为直流，蓄电池直接配置在直流母线上，当输入市电正常时，靠整流晶闸管的调节对蓄电池充电，同时为GTR或IGBT结构的桥式逆变器供电，逆变器将直流逆变为交流，最后经过输出变压器的升压及滤波，提供纯正的交流输出。从其结构中可以看出，从整流（从交流变为直流）到逆变（在从直流变为交流）的过程中，每个环节都是降压环节，在此种结构的UPS中，必须在输出侧加入升压变压器，将逆变输出的较低的稳定的交流电压升为负载所需的220/380V电压。
目前较为先进的UPS主回路结构采用不控整流加升压环节，将交流输入通过整流桥全波整流为直流后，采用IGBT元件组成的DC/DC电路升压到一个较高的恒定直流电压，并将其作为直流母线，为蓄电池充电及为逆变器提供电能。由于直流母线电压足够高，经过IGBT高频逆变调整后，可直接得到负载所需的稳定的交流电压，完全可以省掉输出升压变压器。
在上述的两种UPS结构中，后者在所有功率环节均采用了IGBT技术，因此此种结构的UPS由于数字技术的引入，大大提高了IGBT元件的开关频率，与前者相比，在以下方面具有显著的优势：
①可控硅整流的最大缺点就是对电网的干扰问题，由于输入斩波产生的回馈污染，通常只能采用附加的输入功率因数补偿环节，如有源滤波器等。不但增加了UPS的成本，同时效果也不理想，无形中又增加了一个故障点。而新型的全IGBT整流可轻易地将功率因数提高到接近1，从根本上解决了对电网干扰的问题。
②由于从前的UPS采用GTR作为逆变输出功率元件，因此其开关特性较差，即使采用了IGBT元件，由于控制上没有相应的改善，其开关频率也较低，因此输出波形不很平滑，或需要变压器等大电感元件平波。而目前基于数字化控制的UPS，逆变输出的开关频率非常高，因此输出波形平滑，无须较大的电感元件，更可省掉变压器。
③在充电环节上，全IGBT技术的UPS具有更明显的优势。早期UPS采用蓄电池直接配置直流母线的方法，蓄电池的充电电压只能通过晶闸管整流控制，只能做到恒压限流的传统充电方式，而且充电参数几乎不可改变。实际上，UPS蓄电池的配置是灵活多样的，对不同容量的蓄电池采取同样的充电参数显然会对蓄电池的使用寿命不利。而采用全IGBT技术的UPS，在直流母线上引出的直流电经过IGBT斩波控制，可实现对蓄电池的精确充电，并可通过数字化控制细化参数设置，做到为每种配置的蓄电池指定最适合的充电方案，达到延长寿命的目的。
④变压器在全IGBT技术的UPS中，作为可选配置器件。其功能也主要是适应现场特殊电力状况，例如为三相角形输入时，采用输入角/星变压器可使应用于UPS在三相角形输入；再如现场要求UPS必须为单相输出，且功率数较高时（一般容量大于20kVA时，UPS很少有单相输出的标准形式，都采用三相输出形式），可采用三相输入/单相输出的变压器，提供供电形式转换，满足用电要求。还有一些用电场合要求输入与输出的全隔离，可在UPS输出侧配置隔离变压器，可有效抑制共模噪声。但需要注意的是，采用可控整流的UPS虽然标准配置有变压器，但其隔离效果不一定完善，主要是隔离变压器的位置应加在UPS旁路输出与逆变输出的公共输出侧才可完全做到输入与输
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