不斷電系統

**不斷電系統**（或稱 **UPS**，即 **Uninterruptible Power Supply**）是在電網異常（如停電、欠壓、干擾或浪湧（湧浪電流））的情況下不間斷的為電器負載裝置提供後備交流電源，維持電器正常運作的裝置。通常情況下不斷電系統被用於維持電腦（尤其是伺服器）或交換機等關鍵性商用裝置或精密儀器的不間斷執行，防止電腦資料遺失，電話通信網路中斷或儀器失去控制。

在北美，資料中心所使用的大型 UPS 主要為三相 480V，與市電三相 208V 不同。歐洲資料中心則採用與市電相同的三相 400V。

## 電網異常

使用不斷電系統是為了應對電網可能出現的以下情況：

1. 停電（電網停止工作，無電壓輸出）
2. 壓降（亦稱下陷，電網電壓低於標稱電壓 15%-20%，時間可能持續數秒）
3. 電涌（亦稱浪涌、突波，電網電壓瞬間高於標稱電壓 10% 以上，時間持續數秒）
4. 持續欠壓
5. 持續過壓
6. 線噪（因線路封鎖差而引入的射頻或電磁干擾）
7. 頻率漂移（發電機不穩定造成的電網頻率偏差）
8. 開關瞬態（亦稱暫態，由電氣裝置開關或放電造成的電壓偏差，有時可高達 20000 伏，但是持續時間極短，僅數奈秒）
9. 諧波（電網中由非線性特性的電氣裝置產生的對交流電正弦波形的干擾）

## 不斷電系統的發展

### 飛輪式不斷電系統

在使用電池的時代之前，不斷電系統曾經使用飛輪和內燃機為負載提供電能供應，這種不斷電系統被稱為**飛輪式**或**旋轉式**不斷電系統。飛輪式不斷電系統由整流器、直流電動機、飛輪、柴油機（或汽油機）及發電機等組成。在電網供電的情況下，由整流器提供的直流電驅動電動機帶動飛輪旋轉，並且帶發電機為負載供電。由於飛輪的慣性作用，發電機轉速可以保持均衡，此時不斷電系統起過濾電網干擾的作用。當電網斷電後，飛輪繼續帶動發電機的轉子旋轉，同時啟動柴油機帶動發電機發電，替代原有電網為負載供電。

由於飛輪式不斷電系統使用內燃機提供電力，會產生較大的噪音同時體積也較大，因此目前一般僅被用於應急情況和一些自然狀況惡劣的場合，通常情況下不斷電系統會使用蓄電池來提供電力。

### 蓄電池式不斷電系統

自二十世紀六十年代美國奇異公司研究生產不斷電系統以來，不斷電系統一直在被改進，但是其基本原理沒有重大變化。

現代的不斷電系統由電池組、逆變器和控制電路組成，一端連接電網另一端連接電器負載。在電網電壓正常的情況下，不斷電系統利用電網電源為自身充電，在電網出現異常的時候，不斷電系統將儲存於電池中的電能釋放，供負載使用。它按工作方式通常分為**線上式**和**後備式**（亦稱為**離線式**）兩種；按輸出波形可分為**正弦型**、**近似正弦型**（用階梯方波來擬合正弦波）等。

## 不斷電系統的工作原理

### 後備式

後備式又稱為離線式不斷電系統（Off-Line UPS），它只是「備援」性質的 UPS，市電直接供電給用電裝置也為電池充電（Normal Mode），一旦市電供電品質不穩或停電了，市電的迴路會自動切斷，電池的直流電會被轉換成交流電接手供電的任務（Battery Mode），直到市電恢復正常，「UPS 只有在市電停電了才會介入供電」，不過從直流電轉換的交流電是方波，只限於供電給電容型負載，如電腦和監視器。若 Inverter (「逆變器」) 為正弦波逆變器，則可供電給電感性負載，如：馬達、電風扇。

### 線上交錯式

線上交錯式又稱為線上互動式或線上互動式（Line-Interactive UPS），基本運作方式和離線式一樣，不同之處在於線上交錯式雖不像線上式全程介入供電，但隨時都在監視市電的供電狀況，本身具備升壓和減壓補償電路，在市電的供電狀況不理想時，即時校正，減少不必要的「Battery Mode」切換，延長電池壽命。

### 線上式

線上式不斷電系統（On-Line UPS）的運作模式為「市電和用電裝置是隔離的，市電不會直接供電給用電裝置」，而是到了 UPS 就被轉換成直流電，再兵分兩路，一路為電池充電，另一路則轉回交流電，供電給用電裝置，市電供電品質不穩或停電時，電池從充電轉為供電，直到市電恢復正常才轉回充電，「UPS 在用電的整個過程是全程介入的」。其優點是輸出的波型和市電一樣是正弦波，而且純淨無雜訊，不受市電不穩定的影響，可供電給「電感型負載」，例如電風扇，只要在 UPS 輸出功率足夠的前題下，可以供電給任何使用市電的裝置。

## 參考文獻

**IEC 62040**

* EN 62040-1-1:2006 Uninterruptible power systems (UPS) — Part 1-1: General and safety requirements for UPS used in operator access areas
* EN 62040-1-2:2003 Uninterruptible power systems (UPS) - Part 1-2: General and safety requirements for UPS used in restricted access locations
* EN 62040-2:2006 Uninterruptible power systems (UPS)- Part 2: Electromagnetic compatibility (EMC) requirements
* EN 62040-3:2001 Uninterruptible power systems (UPS) - Part 3: Method of specifying the performance and test requirements
* EN 62040-3:2011 Uninterruptible power systems (UPS) - Part 3: Method of specifying the performance and test requirements

**中華人民共和國國家標準**

* GB 7260.1-2008 不斷電系統裝置：1-1 操作人員觸及區使用的 UPS 的一般規定和安全要求
* GB 7260.4-2008 不斷電系統裝置：1-2 限制觸及區使用的 UPS 的一般規定和安全要求
* GB 7260.2-2009 不斷電系統裝置：2 電磁相容性要求
* GB/T 7260.3-2003 不斷電系統裝置：3 確定效能的方法和試驗要求

## 參見

* 電源切換開關

## 外部鏈結

* Scott Siddens, UPS on the front line, Plant Engineering, February 2007, （原始內容存檔於 2009-11-09）
* Cottuli, Carol, Comparison of Static and Rotary UPS (PDF), Schneider Electric, 2011 [April 7, 2012], White Paper 92 rev. 2, （原始內容 (PDF) 存檔於 2016-08-04）
* Rasmussen, Neil, The Different Types of UPS Systems (PDF), Schneider Electric, 2011 [April 7, 2012], White Paper 1 rev. 7, （原始內容 (PDF) 存檔於 2016-03-03）
* VanDee, Dawn, Rounding Up Rotary UPS Features, EC&M (Penton Business Media), March 1, 1999 [April 7, 2012], （原始內容存檔於 2020-11-30）
* UPS Basics. Eaton Corporation. 2012 [2014-01-08]. （原始內容存檔於 2020-07-07）.
* The Different Type of UPS Systems Available, （原始內容存檔於 2015-05-30）