UPS基础知识培训资料ppt课件.ppt

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1、w UPS电源的 基础知识 UPS简介 目录目录 UPS的基础知识 UPS的定义 UPS的主要作用 UPS的分类和拓扑结构 UPS的基本组成 UPS的基本运行原理 单机 并机 正常运行方式 电池后备运行方式 旁路运行方式 维修运行方式 UPS的基本技术指标 page 2 UPS的基础知识 wUPS的定义 UPS是英文Uninterruptable Power Supply的缩写 中文译 为 不间断电源 它是能够实现两路电源之间不间断地相互切换的电气装置 从严格意义上讲 UPS不是一种电源 它不是依靠能量形式 的转换来提供电能 它只是提供一种两路电源之间无间断 切换的机会 这才是UPS的主要设计

2、思想 UPS的价格之所以昂贵 就是贵在这种不间断切换的特点上 page 3 wUPS的定义 UPS是电力电子技术的产品 以电力为对象 以电子技术为手段实现控制的技术称为电力电子技术 它的主要任务是利用电力和电子器件实现对电能的控制和转换 从1956年第一只可控硅 SCR 诞生之日起 即进入了电 力电子技术的时代 70年代末期由微电子技术与电力晶体 管 GTR 技术相结合 进入了现代电力电子技术的时代 现代电力电子技术应用于所有的电气工程领域 例如 发 电厂的储能设备 直流输电设备 动态无功补偿 电力机 车牵引 变频调速电机 不间断电源 开关电源 中高频 感应电炉 电视 办公自动化 通讯 汽车自

3、动化 家用 电器等等 page 4 UPS的基础知识 UPS的主要作用 为什么要使用 UPS 随着电子技术的飞速发展 各种各样的用电器越来越多 而这其 中的绝大部分都是非线性负载 Non Linear Load 从电网提取电流的波形与电压波形不一致的负载 阻抗随加在其两端的电压而变化的负载 产生谐波电流的负载又称为畸变负载 Deforming Loads 或污染负载 Polluting Load 一方面 这些非线性负载给电网带来了大量的谐波以及其它的干 扰 使供电的质量越来越坏 另一方面 一些重要的用电部门 如机场 医院 银行等和一些 重要的用电设备 如计算机 通讯设备等 对供电质量的要求越

4、来越高 不仅要求不停电 还要求电压 频率稳定 还要求波形 准确完好 简而言之 需要有一个干净或净化的电源 page 5 UPS的基础知识 这就使得负载与电网供电质量之间的矛盾日趋加深 必须解决 在诸多的解决电源的方案中 UPS是最好的解决方案 UPS的主要作用 解决电网中的骚扰 骚扰 disturbance 任何可能引起装置 设备或系统性能降低 或对有生命 无生命的物质产生损害作用的现象 干扰 interference 由骚扰引起的设备 传输通道或系统性能 下降的现象 从严格意义上讲 骚扰 和 干扰 是两个不同的概念 骚扰 是一种客观存在的现象 干扰 是一种在 骚扰 作用下 使敏感设备受到影响

5、时的现象 根据GB 4824 1996 的标准词汇 选用 骚扰 一 词 page 6 UPS的基础知识 UPS的主要作用 解决电网中的骚扰 停电 短时间的 长时间的 page 7 UPS的基础知识 UPS的主要作用 解决电网中的骚扰 电压变化 电压跌落 过电压 欠电压 电压尖峰 三相不平衡 page 8 UPS的基础知识 UPS的主要作用 解决电网中的骚扰 频率变化 频率波动 过高 过低 闪烁 page 9 UPS的基础知识 UPS的主要作用 解决电网中的骚扰 其它骚扰 高频瞬态冲击 谐波 电磁兼容性 page 10 UPS的基础知识 UPS的主要作用 电网中骚扰的解决方案 为了消除电网中的骚

6、扰 必须制定有关的供电标准 如 EN 50160 定义了欧洲配电系统中的一些正常波动 电压 10 到 15 每10分钟间隔的平均有效值 其中每周 95 的时间必须在 10 的范围内 频率 4 到 6 一年中有99 5 的时间在 1 的范围内 国家标准 电子计算机场地通用规范 GB T 2887 2000 中关于机房供配电要求 频率 50Hz 电压 380V 220V 相数 三相五线制或三相四线制 单相三线制 page 11 UPS的基础知识 page 12 UPS的基础知识 w供电电源的分类 一类供电 指需要建立不停电供电 的电源系统 从两个可靠的独立的变电站各自引入一 路供电线路 两路电源不

7、会同时检修停电的现象 每条线路平均每月停电次数不大于一次 平均每 次故障时间不应大于0 5小时 供电可用性为99 9 两路供电线路需配有自动切换装置 page 13 UPS的基础知识 w供电电源的分类 二类供电 指需要建立带备用的供 电系统 一路具有上述供电能力的市电输入 一路用户自主起动的备用发电机组 市电平均每月停电次数不应大于3 5次 市电平均每次停电不应大于6小时 供电 可用性为99 page 14 注 此处供电电源的可用性应是指UPS的输入端 UPS的基础知识 w供电电源的分类 三类供电 指一般用户供电 市电平均每月停电次数不应大于4 5次 市电平均每次停电时间不应大于8小时 供电可

8、用性为95 page 15 w负载的供电等级 一级负载 这种负载是指 如果突然中断供电 负载将不能工作 其影响将关系到国 计民生的大事 或将会导致重大的人身伤亡和恶性事故的发生 例如国防 建设 生产 交通运输 电信 财政 金融 航空管理等部门 一旦因供 电突然中断将会造成难以弥补的重大损失 一级负载应采取一类供电 即 对负载建立不停电的电源系统 二级负载 这种负载是指 如果突然中断 负载将不能正常运行 在一定的程度上造 成一定的损失 例如一些科研单位 计算机过程控制的生产单位等 二级 负载应采取二类供电 即需要建立具有备用电源的供电系统 三级负载 这种负载是指 一旦因突然中断供电不会引起过大的

9、损失 UPS的基础知识 2 隔离作用 将瞬间间断 谐波 电压波动 频率波动以及电压噪声等电 网骚扰阻挡在负载之前 即使负载对电网不产生骚扰 又使电网中的骚 扰不影响负载 page 16 wUPS的主要作用 1 两路电源之间的无间断相互切换 UPS的基础知识 4 频率变换作用 输入频率等于或不等于输出频率 如50Hz 50Hz 50Hz 60Hz 包括稳频作用 page 17 wUPS的主要作用 3 电压变换作用 输入电压等于或不等于输出电压 如380V 380V 380V 220V 包括稳压作用 UPS的基础知识 1 和5 是保证对负载供电的连续性 2 3 和4 是保证对负载供电的质量 pag

10、e 18 wUPS的主要作用 5 提供一定的后备时间 UPS的电池贮存一定的能量 在电网停电或 间断时继续供电一段时间来保护负载 后备时间为10分钟 30分钟 60分钟或更长 UPS的基础知识 UPS的分类和拓扑结构 1 被动后备式 Passive Standby 也称为离线式 OFF Line 组成 充电器 逆变器 电池 滤波器 调压器 工作原理 见右图 page 19 UPS的基础知识 UPS的分类和拓扑结构 1 被动后备式 Passive Standby 也称 为离线式 OFF Line 应用 小于2KVA的UPS 优点 电路简单 价格便宜 缺点 频率不能调节 切换有间断 page 20

11、 UPS的基础知识 UPS的分类和拓扑结构 2 线互动式 Line Interactive 组成 静态开关 双向逆变器 电池 旁路开关 工作原理 见右图 page 21 UPS的基础知识 UPS的分类和拓扑结构 2 线互动式 Line Interactive 应用 此种配置不太适合作为中 大功率为敏感性负载的电 源 因为无法进行频率的调节 由于这个原因 在除小功 率以外的设备中很少采用这种配置 通常小于10KVA 用 于非关键性负载 优点 电路简单 价格便宜 缺点 频率不能调节 动态特性差 page 22 UPS的基础知识 UPS的分类和拓扑结构 3 双转换式 Double Conversio

12、n 又称 为在线式On Line 基本组成 整流器 充电器 逆变器 静态开关 静态旁路 手动旁路开关 手动维修旁路 电池 逆变器串联在交流输入和负 载之间 工作原理 见右图 page 23 UPS的基础知识 UPS的分类和拓扑结构 3 双转换式 Double Conversion 又称为在 线式On Line 应用 在这中配置中 由于使用了静态开关 将负载切换到逆变器所需的时间可 以忽略不计 而且 输出的电压和频率完全独立于输入电压和频率 这意味着这种类型 的UPS可以被设计作为频率转换器使用 实际上 这种类型是中大功率的主要配置 10KVA以上 注意 这种类型的UPS常常被称作 在线式 这表

13、示负载由逆变器连 续供电而不管交流输入电源的状态如何 优点 稳压稳频 切换无间断 缺点 价格昂贵 page 24 UPS的基础知识 page 25 单机UPS的基本组成 1 整流 充电器 由可控硅三相全控整流桥功率电路和相应的控制电路组成 它将电 源1输入的交流电变换成直流电 供给电池组充电及逆变器的输入 2 逆变器 由IGBT逆 变功率电路和相应的控制电路组成 它将整流 充电器 输入的直流电 变换为正弦交流电供给负载 3 旁路静态开关 由反并联的可控硅功率电路和相应的控制电路组成 它实现负载在 逆变器与旁路电源2之间的不间断切换 4 电池电路 由可充电的电池组组成 将直流能量贮存在电池组中

14、当电源1停 电或超限时 向逆变器电路释放能量 以对负载进行后备式的供电 5 各种隔离保护装置 a Q1 整流器输入开关 b QF1 电池电路保护开关 c Q4S 电源2或静态旁路输入开关 d Q5N 逆变器输出开关 e Q3BP 手动维修旁路开关 正常运行方式 正常运行方式 提供给负 载的所有电力都经过整流 充电器和逆变器的双重转 换 AC DC AC 双转换 模式因此而得名 整流器 充电器对电池进行浮充电 以保持电池处于满充状态 UPS的基本运行原理 page 26 电池后备运行方式 市电停电或超限 电池放 电工作方式 当交流输入 电压超出UPS允许的容限 范围或市电中断时 继续 为负载供电

15、 UPS 逆变 器和电池无间断地投入将 持续运行直到电池放电时 间终止 或在市电恢复正 常时回到正常运行方式 page 27 UPS的基本运行原理 恢复充电运行方式 市电恢复正常 充电 工作 方式 提供给负载的电 力都经过整流 充电器和 逆变器的双重转换 同 时整流器 充电器开始给 电池进行恢复性充电 page 28 UPS的基本运行原理 旁路运行方式 当停止逆变器时 负载可 以无间断地切换到旁路 交流输入 根据安装方式 的不同由市电或后备电 源供电 引起旁路运行 的原因可能是 UPS内部故障 负载电流瞬变电流 尖峰 冲击电流或 故障电流 人为停止逆变器 page 29 UPS的基本运行原理

16、维修运行方式 UPS维修时 通过手动的方 式将负载无间断地切换到维 修旁路 这样可以将UPS的 内部进行隔离 在不中断负 载的运行的情况下对UPS进 行维护和维修 整流器 充电器 逆变器和静 态开关被关闭并从主电源隔 离出来 电池被其保护性断 路器隔离 page 30 UPS的基本运行原理 提高UPS可靠性的方法 热备份式并联 可由两台不同容量的UPS组成 主机带重要负载 备机 带次要负载或不带载 主机到备机的切换无间断 优点 可靠性最高 连接简单 后备时间延长 缺点 不能增容 过载能力不能增大 page 31 UPS的基本运行原理 提高UPS可靠性的方法 直接并联 由2到4台单机型UPS 组成 每台UPS具有 各自的静态旁路 可 实现 并联冗余 并联增容 优点 并联简单 不 增大占地 价格适当 负载均分 缺点 所有UPS的旁 路必须是同一路电源 可靠性略低 page 32 UPS的基本运行原理 提高UPS可靠性的方法 公 共旁路并联 由2到6台同等容 量的并联型UPS组 成 采用大容量 的公共静态旁路 开关柜 以便实 现 并联冗余 或 并联增容 优点 公共旁路 过载能力大 可 靠性高