顾名思义，双变换UPS需要进行两次电力变换。即市电交流输入电源首先经整流器变换为直流电，然后再经逆变器变换为交流电。与此同时，整流器/充电机或独立的蓄电池充电机给蓄电池充电。整流器的输入电源交流输入1和充电机的输入电源交流输入2也可以采用同一电源。
在正常方式下，由整流器/逆变器的组合为负载供电。
当市电交流输入电源的指标超出预定的容限时，UPS转入储能方式，即由蓄电池/逆变器组合为负载供电，供电时间间隔为蓄电池的储能时间，或供电到市电输入电源恢复到UPS的设计容限为止，再转入正常方式。
在整流器/逆变器故障时，或UPS瞬时或连续过载时，UPS将转入旁路工作方式，即负载临时由旁路电源（交流输入3）供电。为了确保不间断的转换，逆变器的输出和交流输入3必须同步。此外，如果输入和输出电压不同，在旁路电路（交流输入3）中必须安装变压器。
UPS的逆变器必须与旁路电源同步以保证不间断地进行负载转换。
通常还有一个专用于维修的“维修旁路”。
双变换UPS的负载始终由逆变器连续供电，无论逆变器是由整流器供电还是由蓄电池供电。UPS的输出电压和输出频率均不依赖于市电输入电压和频率。输出波形在正常方式下和储能方式下均为正弦波。由于整流器和逆变器使负载与市电电源隔离，抑制了市电的各种干扰，可以保护浪涌/尖峰、线路噪声、欠压、过压、雷电、频率变化、电压失真、电压谐波、电源中断等市电电源的干扰。双变换UPS的输入电源的电压允许的变动范围很宽，输出电压的静态和瞬态精度很高。交流输入电源故障时，可瞬时从正常方式转换到储能方式，转换过程中输出电源无中断，或者说转换时间为零。但是UPS故障时，从正常方式转换至旁路方式的转换时间为1～4ms。
双变换UPS的整流器和逆变器所进行的整流和逆变两次变换的功率是100%的负载功率，因为变换过程中的能量损耗与所变换的次数、变换的功率成正比，所以双变换UPS系统效率较低。
性能分类代码为：VFI–SS-111。
双变换UPS常常被称为“在线UPS”，其本来的意思是“负载总是由逆变器供电，不管市电交流输入电源的情况如何”。但术语“在线”（online）也表示“在市电上（onthemains）”，为了避免定义的混淆，IEC62040明确提出不再使用术语“在线UPS”，而使用术语“双变换UPS”。
典型双变换UPS系统的简化电路图。系统由输入断路器、输入滤波器、整流器/充电机、逆变器、输出变压器、输出接触器、蓄电池断路器、蓄电池、旁路输入熔断器、静态旁路开关/旁路接触器等所组成。
系统有三种工作方式，即正常方式、蓄电池方式和旁路方式。UPS总是工作于其中一种工作方式。
（1）正常方式
在正常方式下，整流器输入断路器闭合，蓄电池断路器闭合，逆变器输出接触器闭合。
市电给整流器/充电机供电，整流器将市电交流电变换为直流电，供给逆变器，逆变器将直流电变换为交流电，供给负载。整流器还为蓄电池提供充电电流。经过滤波和整流-逆变两级电力变换，输出与旁路电源同步的高质量交流电源。市电电源的干扰被完全隔离。
（2）蓄电池方式（储能方式）
当UPS工作在正常方式时，如果市电中断或市电的指标超出规定的指标，UPS将自动转换到蓄电池方式。在蓄电池方式下，蓄电池断路器闭合，逆变器输出接触器闭合。蓄电池供给逆变器直流电，逆变器继续运行，不间断地为负载供电。UPS系统在蓄电池方式下运行的时间取决于蓄电池的容量和负载的大小。当蓄电池放电即将终止时，如果旁路电源可用，则转换到旁路电源供电。如果此时旁路电源不可用，则UPS系统给出“即将关机”的警告，大约在运行约2分钟后负载就会断电。如果市电电源恢复到规定的指标，UPS将自动转换到正常方式。返回正常方式不是瞬时完成的，整流器承担的负载功率是逐渐增加的，直到达到正常方式的状况。
（3）旁路方式
在正常方式下，如果UPS检测到过载、负载故障或UPS内部故障，将自动转换到旁路方式。在旁路方式下，逆变器输出接触器断开，旁路电源（市电）经熔断器、静态开关直接为负载供电。从正常方式转换到旁路方式的过程是先接通静态开关，然后接通与静态开关并联的接触器，接触器一旦接通，静态开关就自然关断。所以，在旁路方式运行时，是通过旁路接触器供电的，静态开关只是短时接通。因此，转换到旁路方式供电的过程即迅速又可靠。从正常方式转换到旁路方式也可以手动实现。如果从正常方式转换到旁路方式不是手动完成的而是因故障转换的，则UPS将会自动试图返回正常方式以确认自动转换到旁路方式的原因，一般在1分钟内转回3次，当第4次被转换到旁路时，即认为故障确实存在，UPS将锁定到旁路方式，并告警。
