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1、UPSUPS基础知识基础知识UPS基础知识主要内容一.UPS概述二.UPS 原理三.UPS分类四.UPS 术语及重要参数五.UPS 高可靠性的供电方案六.UPS技术发展趋势UPS 基础培训 一、UPS 概 述UPS Uninterruptible Power System 利用电池化学能作为后备能量，在市电断电等电网故障时，不间断地为用户设备提供（交流）电能的一种能量转换装置。用户设备蓄电池市电或燃油发电机UPS主机UPSUPS系统结构系统结构什么是什么是UPSUPS电 源： 利用电能变换技术将市电或电池第一次电能转换成适合各种用电对象的二次电能的系统或装置。电能变换体现：变压、调压、整流、滤
2、波、稳定、变换电能变换技术：线性稳压、相控、变频、PWM、SPWM、软开关PWM、移项谐振、无功补偿、功率因素校正等UPS:UPS: 一种可以提供两个以上供电线路的设备，当主要供电失效时，可以切换至备份的供电路径。为您重要的设备提供灵活且完善 的电源保护 电源线电源线网线网线通讯线网络总线 市电 柴油机 什么是什么是UPSUPS UPSUPS系统组成系统组成 一个完备的UPS系统，是由UPS主机、电池、市电（发电机)、后台监控或网络监控软/硬件等单元共同组成的。UPS计算机监控平台计算机监控平台一、UPS概述什么是UPS为什么使用UPSUPS的功能电源中断-给用户造成各种经济损失!1，数据丢失
3、，通信中断，商机延误. 直接损失以每分钟5000-100000元计2，设备停运，仪表失灵，手术中断. 间接经济损失无法估量为什么需要为什么需要UPSUPS 网络时代需要不间断的电力供应为什么用为什么用UPSUPS？电网问题电网问题波形下限市电断电电压浪涌电线噪声瞬态尖峰频率漂移谐波失真电网为什么用为什么用UPSUPS？电网问题电网问题电网问题引发原因现象市电断电停电、空气开关跳闸零电压持续2个周波以上电压浪涌大型设备关闭或雷击引起电压高于110%额定值，持续一个或多个周波波形下陷大型设备突然启动、电网切换电压低于80-85%额定值，持续一个或多个周波瞬态尖峰闪电、电子开关工作，电焊电压峰值高达
4、6000V，持续时间一般为0.5-5个周波谐波干扰电动机、电焊机、广播通信设备、无线通信设备、微波设备频率漂移小水电，发电机电源污染-严重影响信息设备安全和运行效率! 造成莫名其妙“死机”、网络传输误码率大增，数据传输速度低下瞬态尖峰、电源浪涌、高压脉冲、 造成服务器、计算机、路由器、磁盘阵列等设备硬件损坏谐波污染线间噪声频率漂移为什么需要为什么需要UPSUPS 信息社会中各行各业使用的精密设备随时会受到电源污染的危害电源中断、电压波动、瞬态尖峰、电源浪涌、高压脉冲 造成服务器、路由器、磁盘阵列等精密设备数据 丢失、设备损坏、死机、停止工作等。谐波污染、线间噪声、频率漂移 造成网络传输误码率大
5、增，数据传输速度低下等。为什么用为什么用UPSUPS？电网问题对设备的危害电网问题对设备的危害一、UPS 概述 什么是UPS 为什么使用UPS UPS的功能UPS 基础培训 二、UPS 原 理1、 不停电功能 解决电网停电问题2、 交流稳压功能 解决网压剧烈波动问题3、 净化功能 解决电网与电源污染问题4、 管理功能 解决交流动力维护问题UPSUPS的四大功能的四大功能UPSUPS 电源基本功能二、UPS 原理 常见四种架构UPS原理 在线式UPS工作模式 UPS主要模块功能介绍 常见大型UPS原理架构市电负载逆变器电池组充电器175264V220410V功率等级0.25-3KVA左右后备式U
6、PS的基本原理（一） - 市电正常时，它向负载提供的是抽头变压器稍 加稳压处理的“低质量”交流电，逆变器不工 作，蓄电池由独立的充电器充电。 - 当市电超出规定范围时，负载由继电器转为电 池逆变供电。后备式UPS的基本原理（二）市电负载低通滤波器逆变器/充电器降压绕组升压绕组电池组175264V150175V264276V功率等级0.7-20KVA左右互动式UPS的基本原理（一） 在线互动UPS与后备式比，主要区别在于：逆变器与充电器合二为一，输出通过变压器的抽头跳变，实现分段稳压。互动式UPS的基本原理（二）功率等级10-480KVA左右市电负载主变换器电池组Delta变换器175264V2
7、20410V补偿变压器Dalta 变换UPS的基本原理（一）Dalta 变换UPS的基本原理（二） 市电正常时，85能量有市电直接提供，15能 量有一个逆变器提供， 当市电异常时，100能量有电池提供。 无法解决市电上的谐波污染，比如：频率 异常、浪涌、噪声等，将直接输入到重要负载。ACDCACDCACACACAC3 phaseinput3 phaseoutputMain inverterDelta inverterNeutralNeutralBatteryBattery整流逆变充电器电池组输入EMI输出EMI负载市电维修开关旁路输入空开市电输入空开切换开关1234功率等级0.7-1500KV
8、A左右在线式UPS的基本原理（一） 不管电网电压是否正常，输出交流电压都要经过逆变器，即逆变器始终处于工作状态。在线式UPS的基本原理（二）四种架构四种架构UPSUPS性能对比性能对比二、UPS 原理 常见四种架构UPS原理 在线式UPS工作模式 UPS主要模块功能介绍 常见大型UPS原理架构 在主路市电正常时，UPS一方面通过整流器、逆变器给负载在线提供高品质交流电源；另一方面通过整流器为电池充电，将能量储存在电池中 ，如图：市电逆变工作模式： 当主路市电掉电或不正常时，系统自动无间断地切换到电池工作模式，由电池逆变出用户所需的三相四线交流电源向负载供电。市电恢复后系统自动无间断地恢复到正常
9、工作模式 ，如图：电池逆变工作模式： 旁路工作方式有两种，一种能自动恢复到正常工作模式；另一种需人工干预才能回到正常工作模式。在逆变器过载延时时间到、逆变器受大负载冲击等情况下，系统自动无间断切换到静态旁路电源向负载供电。 在UPS恢复正常后，系统自动恢复正常供电方式。 当用户户关机，或主路市电电掉电电（或不正常）且电电池储储能耗尽，或发发生严严重故障等情况下，逆变变器关闭闭，系统统会停留在旁路工作模式。此后若需恢复到正常工作模式，则则需要用户户重新开机，如图：静态旁路工作模式： 需要对对UPS电电源及电电池等进进行全面检检修或设备设备 故障需维维修时时，可以通过闭过闭 合维护维护 开关Q3B
10、P，将负载转负载转 向维维修旁路直接供电电，以实现对实现对 UPS不停电维护电维护 。维维修需要断开UPS内部的主路、旁路输输入电电源和电电池输输入开关以及输输出开关，实现实现 UPS内部不带电带电 而对对负载负载 仍然维维持供电电的维维修工作模式，如图：维修工作模式：二、UPS 原理 常见四种架构UPS原理 在线式UPS工作模式 UPS主要模块功能介绍 常见大型UPS原理架构整流器（一）：l功能将市电AC电源转换成稳定的DC电源（直流稳压电源）输送足够能量供给逆变器带负载和给电池充电。缓启动/功率爬升。l主要组成整流桥 中/小容量UPS采用二极管、IGBT、双向SCR 中/大容量UPS采用S
11、CR 、IGBTDC滤波电容PFC功率因数校正电路逆变器（一）：功能： 把整流器或电池送来的DC电源变换成电压稳定（额定值1%） ，频率稳定（额定值1-2%，本机振荡精度可达额定值0.05%） ，谐波含量少（THD5%，在峰值因数为3:1），干净的再生正弦 波AC电源供给负载。允许DCV变化范围：320V-490V。组成： IGBT三相逆变桥 AC输出滤波电容 输出变压器 控制逻辑电路静态开关（一）：功能 在发生以下情况时，无中断地（同步）把负载电源转接 到旁路电源：UPS输出端发生过载、甚至短路、逆变器 故障（包括过温，超/欠压） 具有比逆变器更强过载能力（100%可达200ms）组成 用S
12、CR做成无触点开关，在旁路和逆变器侧各有一组。 正因为无触点，开关速度快，从而保证转换无中断， 不会产生因电弧引起的高频干扰，影响负载运行。手动维修旁路手动维修旁路功能：为在不中断负载电源情况下，检修UPS。辅助触点发出信号，禁止逆变器启动。组成：加锁的手动开关。控制：手动控制、严格按操作步骤，把负载从逆变器供电转到手动维修旁路及恢复逆变器供电。电池电池（一）（一）功能：当市电中断或超限时，供给逆变器能量（DC电源）保证负载电源不会中断。组成：阀控铅酸电池（VRLA）全密封免维护电池。电池柜或电池架电池开关安装在电池柜内或电池房内温度传感器电池选配电池选配 功率算法功率算法根据每2伏单元放电功
13、率计算电池容量（AH） P*1000*cos W= - N * 6式中：P-UPS容量（VA） W-每2伏单元之提供的功率（W） -UPS效率（一般可取0.9） Cos-UPS输出功率因数（一般取0.8） N-一组电池中电池数量（此处为12V电池） 注：若2V电池则N*1 6V电池则N*3电池选配电池选配 功率算法功率算法l放电终止电压一般取1.67Vl根据客户要求电池支持时间查表，决定电池型号及组数l如查表结果组数过多（3），则考虑大容量电池。l上述计算公司是按UPS满载考虑，可视客户情况，按80%负载计算 （可降低容量或组数）例：7200/30KVA UPS，客户要求支持m分钟计算W 30
14、*1000*0.8 W= - = 138(W) 0.9*32*6查表：大力神UPS12-225电池（75AH），当终止电压为1.67V时，30分钟可以 提供161W功率，故选一组（32只）则可达到要求。电池选配电池选配 电流算法电流算法根据最大放电电流计算电池容量（AH）l最大放电电流 P*1000*cos Imax = - Vend式中：Imax最大放电电流（A） PUPS额定容量（KVA） cosUPS输出功率因数（一般取0.8） UPS效率（一般取0.9） Vend该型号UPS放电终止电压（V）电池选配电池选配 电流算法电流算法l查放电曲线确定电池放电率l计算所需电池容量 电池容量（AH
15、）=K*电池最大放电电流*放电时间 其中，K为调整系数，如下表： 例：7200/30KVA UPS 电池支持时间1小时的电池容量计算。 30*1000*0.8 Imax = - =83.33（A） 0.9*32*10从曲线上查得调整系数为2 : 电池容量（AH）= 83.33*2*1 =176（AH）200AH 二、UPS 原理 常见四种架构UPS原理 在线式UPS工作模式 UPS主要模块功能介绍 常见大型UPS原理架构传统SCR整流UPS（工频）优点：输入输出隔离、电网扰动不会影响负载、电池直接挂在母线上缺点：体积大，重量大、成本高、输入谐波电流大、污染电网无隔离三相UPS（高频机）优点：功
16、率因数高、谐波电流小、输入特性好、体积小、重量轻缺点：输入输出不隔离、电网的扰动对负载有影响；不可带半波 整流非对称性负载高频整流UPS（工频） 优点：输入输出隔离 、供电质量好、输入特性好、功率因数0.99、 谐波电流3%、负载适应能力强 缺点：成本高、体积较大、 重量较重UPS 基础培训 三、UPS 分类按工作原理不同，UPS分为： 离线式（后备式UPS、互动式UPS） 在线式UPS 按供电体系不同，UPS分为： 单进单出UPS 三进单出UPS 三进三出UPS按输出功率不同，UPS分为： 小功率（30kVA）UPS 分类按电池位置不同，UPS分为： 电池内置式UPS（标准机型） 电池外置式UPS（长延时机型）按多机运行方式不同，UPS分为： 串联热备份UPS（用于中小功率机器） 直接并联UPS (用于中大功率） 双母线并联UPS (用于中大功率)UPS 分类UPS 分类按变压器特点不同，UPS分为： 高频UPS（高频机） 工频UPS（工频机）按输出波形不同，UPS分为： 方波输出UPS 阶梯波（准正弦波）UPS 正弦波输出UPSUPS 基础培训四、UPS 基本术语和指标UPS UP
