UPS电源系统

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1、ups 系统 1 UPS 系统 一、简述 UPS 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 。 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。 二、为什么要使用 UP

2、S 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)： 1) 从电网提取电流的波形与电压波形不一致的负载； 2) 阻抗随加在其两端的电压而变化的负载； 3) 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来越高 :不仅要求不停电，还要求电压、频率稳定，还要求波形

3、准确完好。简而言之，需要有一个干净或净化的电源； 这就使得负荷 (用电器 )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 系统 2 三、 电网中的骚扰 A. 何为 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时的现象。 B.

4、电网中的骚扰分类 1) 停电：短时间的、长时间的 . 2) 电压变化：电压跌落、过电压、欠电压、电压尖峰、三相不平衡 . 骚扰 特征 主要起因 主要后果 停电 (Po w er o u tag es) 间断 ( M i cro - ou t a ge s) 电压 完全消失 10 毫秒。 大气条件、切换、故障、电网施工 。 运行故障和数据丢失 ( 计算机系统 ) 或生产中断 ( 连续处理过程 ) 。 停电 ( O uta ge s) 电压在一个周期以上的完全消失： - 短时停电： 3 分钟 ( 70% 的停电都小于 1 秒钟 ) - 长时停电： 3 分钟 大气条件、切换 、 故障 、意外 事故

5、、 电网施工 。 视停电持续时间而定 ， 机器停机并危及人身 ( 如 电梯 ) ，数据丢失 ( 如 计算机系 统 ) 或生产中断 ( 如 连续处理过程 ) 。 ups 系统 3 3) 频率变化：频率波动、过高、过低、闪烁 . 4) 其它骚扰：高频瞬态冲击、谐波、电磁兼容性 . C. 电网中骚扰的解决方案 1) 为了消除这些电 网中的干扰，制定有关的供电标准 ： i. 供电标准 EN 50160 定义了欧洲配电系统中的如下一些正常波动： 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

6、%的时间在 1%的范围内 ii. 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如下： 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 ： 骚扰 特征 主要起因 主要后果 频率 变化 ( Fre qu en cy v ari ati on s) 频率 波动 ( Fre qu en cy f l uc t ua t i o ns ) 频率 的不稳定性。 典型情况为 + 5% 、 - 6% ( 10秒钟时间间隔的平均值 ) 。 - 发电机组的调整； - 发电机组的运行失调； - 频率 不稳定的电源。 这些变化超出了某些

7、仪表和计算机的容限范围 ( 通常为 1%) ，因此可能会导致数据的错误或丢失。 闪烁 ( Fli ck er) 由于 电压 和 频率 ( 100 微秒 峰值为额定电压的 3 到 5 倍 频率为几百 KHz ) 。 感性负载停机或高压故障通过电磁耦合传输到低压系统。 谐波失真 ( H arm o nic dist ort i o n) 非线性负载吸收的谐波电流造成电流和 电压 的波形失真。 25 次以上的谐波往往可以忽略不 计。 带磁芯的电力机械 ( 电动机、空载变压器 ， 等等 ) 、 开关电源 、 电弧炉 、 变频调速器 。 设备需增容 ， 温度升高 ， 电容谐振 ，毁坏变压器 ，电动机噪声

8、增大。 电磁兼容性 ( E M C ) 电磁或静电的传导或辐射骚扰 。 目标是保证低发射率和高抗扰性。 电子部件 ( 晶体管 ， 可控硅 ， 二极管 ) 的开关 、 静电释放。 敏感性电子装置的功能失常。 ups 系统 4 2) 为了消除这些电网中的干扰，制定有关的 法规，限制用电器对电网造成的扰动，规定用电器给公共电网带来的干扰限值： i. 国际电工委员会制定的标准 IEC1000-3-2, ii. 欧洲标准 EN60555-2, iii. 瑞士标准 ASE3600， iv. 美国标准 IEEE519； v. 以及国家标准 GB 12326-90（电能质量电压允许波动和闪变）、GB/T 14

9、549 93 （电能质量公用电网谐波）等。 3) 人们用了多年的时间来寻找各种解决办法最后才创造出 UPS 这样的新型设备 , 使电网和用电器进行隔离 , 既避免负载对电网产生干扰 , 又避免电网中的干扰进入和影响负载。 D. 各种电气装置解决方 案的比较 在众多的解决方案中，只有 UPS 的抗电网干扰的功能最全面、性能最好，因而得到各个领域的广泛应用。 计算机房供电允许变化的范围 级别 项目 A 级 B 级 C 级 电压变化 ( ) - 5 +5 10 +7 - 15 + 1 0 频率变化 ( H z ) - 0 . 2 + 0 . 2 - 0 . 5 + 0 . 5 - l +l ups

10、系统 5 四、 UPS 的主要作用 1.两路电源之间的无间断相互切换； 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干扰阻挡在负载之前，即使负载对电网不产生干扰，又使电网中的干扰不影响负载； 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 系统 6 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； 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

11、钟或更长。 说明： 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。 ups 系统 7 五、 UPS 的基本组成 如果只有一路电源通信板负载正常交流输入旁路交流输入静态开关( 1 ) ( 2 )( 3 )( 4 )( 5 )( 6 )( 7 )( 9 )( 8 )( 10 )( 13 ) ( 14 )( 11 )( 15 )( 16 )( 12 )去楼宇监控系统去电话网络输出配电和保护开关 FA Hmo d e m板监控 PC 机维修旁路市电电网滤波器选件输入配电和保护开关逆变器整流器充电器电池1、 整流器 /充电器 将主交流输入电源的交流电压转换成直流电压的

12、变换器。 用于：为逆变器提供电源； 对电池进行充电和浮充电。 2、逆变器 将直流电压转换成满足严格要求的交流电压的转换器。 直流电压 ： 正常情况下来自整流器； 后备期间来自电池。 3、电池 ups 系统 8 a) 在市电电网发生下列情况时使 UPS 继续运行： 市电电网断电； 电网电力的指标超出了 UPS 允许的容限范围。 b) 标准的电池后备时间是从 10 分钟到 30 分钟，并且根据需要延长。 c) 根据后备时间的不同，电池可装在 UPS 机柜内或分开的柜体内。 4、静态开关 a) 用于将负载从逆变器切换到旁路，并且在切换时对负载的供电没有任何中断（因为切换动作是由电子元件而不是机械元件

13、完成的）。 b) 以下的任意一种原因都可能导 致切换： i. UPS 自行关机； ii. 超越逆变器容量上限的过载； iii. 内部故障。 5、 手动维修旁路开关 a) 用于在维护时将负载切换到旁路。 b) 转换到旁路方式运行不会导致对负载供电的中断，因为转换是通过静态开关进行的。 6、市电输入开关 7、静态旁路输入开关 8、逆变器输出开关 9、电池断路器 6、 7、 8、 9 置于 UPS 内的装置在维护期间隔离各种组件； 电池短路器提供电池过放电保护、保护整流器 /充电器和逆变器免受电池短路的影响。 10、 旁路输入隔离变压器 (选件 ) 当负载由旁路供电时提供 UPS 输入 /输出的电气

14、隔离； 11、 电压匹配变 压器 (选件 ) 将电压调节至所需的值。 12、 输入谐波滤波器 (选件 ) ups 系统 9 在主电源输入端，有可能需要在整流器安装谐波滤波器； 目的是消除反送回配电系统的谐波电流：谐波电流是由整流器中的二极管或可控硅的开关作用产生的，它是产生电压失真度的原因之一； 安装谐波滤波器可以降低配电总线中的电压失真度。将 THDU (总谐波电压失真度 )控制在允许的水平内； 13、内置通信接口板 14、调制解调器接口 除了需要友好的人 -机界面对 UPS 实行有效的监控之外， UPS 与其外部电力和计算环境 (监控系统，楼宇和能源管理 (BEM)系统 )通讯 的也变得越来越重要； 15、输入配电柜和保护 (选件 ) 16、输出配电柜和保护 (选件 ) 15、 16 设备可以随 UPS 一起提供： 通过在交流输入回路使用断路器提供低压保护。对于某些系列的 UPS 来说，这种保护措施可以作为选件集成在 UPS 中； 在低压配电柜中安装断路器以保护 UPS 的交流输入 (正常交流输入及旁路交流输入 ); 在低压配电柜中安装断路器以保护不同的输出回路以避免故障