不间断供电电源

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1、不间断供电电源 （UPS）清华大学电机系本课程说明n参考书1、UPS供电系统综合解决方案，王其英 何春 华编著，电子工业出版社，2005年6月2、UPS高可用供电系统设计与应用，张广明 等编著，人民邮电出版社，2004年1月3、UPS实用技术应用与维修，周志敏等编 著，人民邮电出版社，2003年11月4、UPS供电系统应用手册，张乃国主编，电 子工业出版社，2003年8月本课程说明n主要内容： 第一章 绪论 第二章 不间断供电系统核心设备-UPS 第三章 UPS工作基本原理 第四章 Delta变换技术UPS 第五章 UPS的监控与管理 第六章 UPS供电系统中的其他设备和接地系统 第七章 供电

2、系统可用性研究与设计 第八章 应用案例 第一章 绪论nUPS基本定义 不间断电源（UPS）是一种含有储能元件 的装置，以整流器、逆变器为主要组成部分 的恒压、恒频电源设备，以提供不间断的电 力供应。nUPS功能 基本功能提供不间断供电-狭义理解 解决供电品质问题-广义理解第一章 绪论n供电品质问题 影响负载正常运行。 1、电涌：电压有效值高于额定值110%，并持续一至数个 周波。-电网大型设备停机等 2、高压尖脉冲：峰值达6000V，持续时间0.1-10ms。- 雷击、电弧放电、大型设备操作等 3、暂态过电压：峰值20000V，持续时间1-100us。-产 生原因与高压尖脉冲类似。 4、电压凹

3、陷：电压有效值介于额定值80%-85%之间，并持 续一至数个周波。-电网大型设备启动等 5、频率偏移：频率变化超过3Hz以上。-系统或应急发 电系统频率不稳定 6、谐波问题等等。第一章 绪论nUPS基本类型及其特点 后备式UPS 特点：n市电利用率高；n输入功率因素和输入电流谐波取决于负载特性 ；n输出能力强，对负载的要求没有严格限制；n输出电压稳定度较差；n具有一定的转换时间，ms级；n输出转换开关切换电流能力和动作时间有一定 限制。第一章 绪论后备式后备式UPSUPS第一章 绪论在线互动式n“在线”指逆变器工作，但不输出功率，处于热备用状 态，对蓄电池充电，减少转换时间，提高输出电压滤波

4、能力。n特点： 市电利用率高； 输入功率因素和输入电流谐波取决于负载特性； 输出能力强，对负载的要求没有严格限制； 输出电压稳定度较差； 变换器直接接入输出，处于热备份，对输出电压尖 峰干扰有一定的抑制； 转化时间较后备式小，接近于零。第一章 绪论在线互动式在线互动式UPSUPS第一章 绪论双变换在线式 特点：n负载全部由逆变器提供；n输出电压不受市电影响，没有转换时间 ；n负载受UPS输出能力限制；n对可控整流器存在输入功率因素低、无 功损耗大，输入谐波等问题，需加以解 决。第一章 绪论双变换在线式双变换在线式UPSUPS第一章 绪论双变换电压补偿在线式 特点：n将交流稳压技术中的电压补偿原

5、理Delta变换 应用于UPS主电路；n逆变器II监视输出端，并与逆变器I参与主电 路电压调整；n没有转换时间；n当负载电流发生畸变时，逆变器II调整补偿；n功率余量大，过载能力强；n输入功率因素高、谐波电流小；n具有一定的节能效果。第一章 绪论第一章 绪论第一章 绪论第一章 绪论nUPS技术指标 功率因素：传统晶闸管相控整流和二极管不可控 整流装置在UPS中普遍采用，但存在两个明显缺陷 ：网侧功率因素低，谐波电流问题； 失真度：带有整流电容滤波输入的UPS，从电网的 受电方式均不连续，而呈现出脉动方式，造成输 入电压失真； 电流峰值系数：UPS的输出电流峰值系数衡量UPS 对非线性负载驱动能

6、力。第一章 绪论nUPS功率器件 功率半导体器件大致分为三类：n1）传统晶闸管，20世纪60-70年代全盛发展， 80年代完全成熟。90年代，中小功率逆变器件 逐步由MOSFET和IGBT取代；n2）功率MOSFET；n3）特大功率器件，SCR：如5英寸硅片，电压 达到7-8kV、GTO：6000V/3000A、IGBT：4500V ，1800A、IGCT：4.5kV-6kV，250A-4000A。第一章 绪论nUPS的发展 UPS发展趋势n小型化、轻量化n智能操作与监控n高整机效率高、输入功率因素高n环保n低价格n控制电路微机化第一章 绪论微机化控制电路框图微机化控制电路框图第一章 绪论柔性

7、切换技术n为了提高效率，减小UPS尺寸，高频化 设计是必要的，但IGBT等元件瞬时关断 切换产生损耗随频率增大而增大。- 柔性切换技术。n柔性技术：零电流切换（ZCS）、零电 压切换（ZVS）、零电压和零电流切换 （ZVS-ZCS）第一章 绪论包装技术发展n两点：n散热-影响UPS整体性能；nEMC处理技术-影响系统的整体性能；电池技术发展n以新型电池（镍氢电池）取代传统的密封式铅 酸电池。第一章 绪论nUPS发展趋势 广泛采用DSP（数字信号处理）技术； 采用最新的元件，如新型IGBT元件； 采用脉宽调制技术提高UPS效率； UPS管理功能改善； 提高UPS容量、提高系统运行的可靠性； 提高

8、UPS性能，主要体现在调制频率提高、电池充 放电功能改进、输入指标改进、输出指标改进。第一章 绪论n大中型UPS的发展 第一代，分立式UPS，各元件相互独立，现场连接 ； 第二代，串联调整式UPS，典型代表为GTR器件+大 功率三端口变压器； 第三代，应用IGBT元件实现交-直-交的变换过程 ，从而实现双变换在线结构；第一章 绪论第四代，全IGBT技术新型UPS，高度数字 化UPSn该类UPS主要特点： 输入电压/频率范围大； 输入功率因素提高，并且可以省去输入滤 波环节； UPS充电环节采取与母线独立结构，实现智 能充电，延长电池寿命； UPS逆变环节采取与母线独立结构，支持 100%不平衡负荷； UPS采用高DC母线技术，省去UPS逆变输出 升压变压器。第一章 绪论n大中型UPS特点： 三相输入，对于单相输入UPS功率较大则会导致电 网负载的三相不平衡，一般UPS不宜超过10kVA； 三相输出UPS应考虑三相负载平衡问题； 整流/充电方式，大中型UPS多采用可控桥式整流 ； 静态旁路转换，由于在逆变与旁路转换的过程中 存在环流，大中型UPS来说对转换条件要求较高； 保护设置，大中型UPS需要设定相应的保护开关； 并机问题。