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1、 UPS UPS技术交流技术交流 - - - - 基础篇基础篇基础篇基础篇艾默生网络能源有限公司艾默生网络能源有限公司UPS UPS 基础培训基础培训基础培训基础培训 一、一、UPS 概概 述述一、一、一、一、UPS UPS 概述概述概述概述 什么是UPS 为什么使用UPS UPS的功能UPSUPS - Uninterrupted Power System交流不间断电源系统信息及网络设备蓄电池市电什么是什么是什么是什么是什么是什么是UPSUPSUPSUPSUPSUPS什么是什么是什么是什么是什么是什么是UPSUPSUPSUPSUPSUPSUPS:UPS: 利用电池化学能等作为后备能量，在市电断
2、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。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 什么是什么是什么是什么是UPSUPSUPSUPS UPSUPSUPSUPS系统组成系统组成系统组成系统组成 一个完备的一个完备的UPSUPS系统，是由系统，是由UPSUPS主机、电池、主机、电池、市电（发电机市电（发电机) )、后台监控、后台监控或网络监控软或网络监控软/ /硬件等单元共同组成的。硬件等单元共同组成的。UPS计算机计算机监控平台监控平台计算机计算机监控平台监控平台一、一、一、一、UPSUPSUPSUPS概述概述概述概述
3、什么是UPS为什么使用UPSUPS的功能为什么用为什么用为什么用为什么用UPSUPS？电网问题电网问题电网问题电网问题波形下限波形下限市电断电市电断电电压浪涌电压浪涌电线噪声电线噪声瞬态尖峰瞬态尖峰频率漂移频率漂移谐波失真谐波失真电网电网为什么用为什么用为什么用为什么用UPSUPS？电网问题电网问题电网问题电网问题电网问题电网问题引发原因引发原因现象现象市电断电市电断电停电、空气开关跳闸停电、空气开关跳闸零电压持续零电压持续2 2个周波以上个周波以上电压浪涌电压浪涌大型设备关闭或雷击引起大型设备关闭或雷击引起电压高于电压高于110%110%额定值，持额定值，持续一个或多个周波续一个或多个周波波
4、形下陷波形下陷大型设备突然启动、电网切换大型设备突然启动、电网切换电压低于电压低于80-85%80-85%额定值，额定值，持续一个或多个周波持续一个或多个周波瞬态尖峰瞬态尖峰闪电、电子开关工作，电焊闪电、电子开关工作，电焊电压峰值高达电压峰值高达60006000V V，持续持续时间一般为时间一般为0.5-50.5-5个周波个周波谐波干扰谐波干扰电动机、电焊机、广播通信设电动机、电焊机、广播通信设备、无线通信设备、微波设备备、无线通信设备、微波设备频率漂移频率漂移小水电，发电机小水电，发电机一、一、一、一、UPS UPS 概述概述概述概述 什么是UPS 为什么使用UPS UPS的功能1.1.高可
5、靠性不间断供电高可靠性不间断供电2.2.电网稳压、净化功能电网稳压、净化功能3.3.电池管理功能电池管理功能4.4.智能监控功能智能监控功能UPSUPS的四大功能的四大功能的四大功能的四大功能保证动力的连续性保证动力的连续性高质量供电、绿色电源高质量供电、绿色电源延长电池使用寿命延长电池使用寿命解决解决UPSUPS维护问题维护问题UPS UPS 基础培训基础培训基础培训基础培训 二、二、UPS 原原 理理二、二、二、二、UPS UPS 原理原理原理原理 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175264V22041
6、0V功率等级0.25-3KVA左右后备式后备式后备式后备式UPSUPSUPSUPS的基本原理的基本原理的基本原理的基本原理（一）（一）（一）（一） - - 市电正常时，它向负载提供的是抽头变压器稍市电正常时，它向负载提供的是抽头变压器稍 加稳压处理的加稳压处理的“低质量低质量”交流电，交流电，逆变器不工逆变器不工 作作，蓄电池由独立的充电器充电。，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当市电超出规定范围时，负载由继电器转为电 池逆变供电。池逆变供电。后备式后备式UPSUPS的基本原理的基本原理（二）（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
7、组175264V150175V264276V功率等级0.7-20KVA左右互动式互动式互动式互动式UPSUPSUPSUPS的基本原理的基本原理的基本原理的基本原理（一）（一）（一）（一） 在线互动在线互动UPSUPS与后备式比，主要区别在于：逆变器与与后备式比，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。段稳压。互动式互动式UPSUPS的基本原理的基本原理（二）（二）功率等级10-480KVA左右市电负载主变换器电池组Delta变换器175264V220410V补偿变压器DaltaDalta 变换变换UPSUPS
8、的基本原理的基本原理（一）（一）DaltaDalta 变换变换UPSUPS的基本原理的基本原理（二）（二） 市电正常时，市电正常时，8585能量有市电直接提供，能量有市电直接提供，1515能能 量有一个逆变器提供，量有一个逆变器提供， 当市电异常时，当市电异常时，100100能量有电池提供能量有电池提供。 无法解决市电上的谐波污染，比如：频率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。异常、浪涌、噪声等，将直接输入到重要负载。ACDCACDCACACACAC3 phaseinput3 phaseoutputMain inverterDelta inverte
9、rNeutralNeutralBatteryBattery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0.7-1500KVA左右在线式在线式在线式在线式UPSUPSUPSUPS的基本原理的基本原理的基本原理的基本原理（一）（一）（一）（一） 不管电网电压是否正常，输出交流电压都要经过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。逆变器，即逆变器始终处于工作状态。在线式在线式UPSUPS的基本原理的基本原理（二）（二）四种架构四种架构四种架构四种架构四种架构四种架构UPSUPSUPS性能对比性能对比性能对比
10、性能对比性能对比性能对比二、二、二、二、UPS UPS 原理原理原理原理 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，在主路市电正常时，UPSUPS一方面通过整流器、逆变器给负载一方面通过整流器、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能量储存在电池中 ，如图：，如图：市电逆变工作模式：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
11、出用户所需的三相四线交流电源向负载供工作模式，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工作模式电。市电恢复后系统自动无间断地恢复到正常工作模式 ，如图：，如图：电池逆变工作模式：电池逆变工作模式： 旁旁路路工工作作方方式式有有两两种种，一一种种能能自自动动恢恢复复到到正正常常工工作作模模式式；另另一种需人工干预才能回到正常工作模式。一种需人工干预才能回到正常工作模式。在在逆逆变变器器过过载载延延时时时时间间到到、逆逆变变器器受受大大负负载载冲冲击击等等情情况况下下，系系统统自自动动无无间间断断切切换换到到静静态态旁旁路路电电源源向向负负载载供供电电
12、。 在在UPSUPS恢恢复复正正常常后后，系统自动恢复正常供电方式。系统自动恢复正常供电方式。 当用当用户关机，或主路市关机，或主路市电掉掉电（或不正常）且（或不正常）且电池池储能耗尽，能耗尽，或或发生生严重故障等情况下，逆重故障等情况下，逆变器关器关闭，系，系统会停留在旁路工作会停留在旁路工作模式。此后若需恢复到正常工作模式，模式。此后若需恢复到正常工作模式，则需要用需要用户重新开机重新开机，如如图：图：静态旁路工作模式：静态旁路工作模式： 需要需要对UPSUPS电源及源及电池等池等进行全面行全面检修或修或设备故障需故障需维修修时，可以通可以通过闭合合维护开关开关Q3BPQ3BP，将将负载转
13、向向维修旁路直接供修旁路直接供电，以，以实现对UPSUPS不停不停电维护。维修需要断开修需要断开UPSUPS内部的主路、旁路内部的主路、旁路输入入电源和源和电池池输入开关以及入开关以及输出开关，出开关，实现UPSUPS内部不内部不带电而而对负载仍然仍然维持供持供电的的维修工作模式修工作模式，如图：如图：维修工作模式：维修工作模式：二、二、二、二、UPS UPS 原理原理原理原理 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原理架构整流器整流器：l功能将市电将市电ACAC电源转换成稳定的电源转换成稳定的DCDC电源（直流稳压电源）电源（直流稳压电源）输送足
14、够能量供给逆变器带负载和给电池充电。输送足够能量供给逆变器带负载和给电池充电。缓启动缓启动/ /功率爬升。功率爬升。l主要组成整流桥整流桥 中中/ /小容量小容量UPSUPS采用二极管、采用二极管、IGBTIGBT、双向双向SCRSCR 中中/ /大容量大容量UPSUPS采用采用SCRSCRDCDC滤波电容滤波电容PFCPFC功率因数校正电路功率因数校正电路逆变器逆变器：功能： 把整流器或电池送来的把整流器或电池送来的DCDC电源变换成电压稳定（额定值电源变换成电压稳定（额定值1%1%） ，频率稳定（额定值，频率稳定（额定值1-2%1-2%，本机振荡精度可达额定值，本机振荡精度可达额定值0.0
15、5%0.05%） ，谐波含量少（，谐波含量少（THDTHD5%5%，在峰值因数为在峰值因数为3:13:1），干净的再生正弦），干净的再生正弦 波波ACAC电源供给负载。允许电源供给负载。允许DCVDCV变化范围：变化范围：320320V-490VV-490V。组成： IGBT IGBT三相逆变桥三相逆变桥 ACAC输出滤波电容输出滤波电容 输出变压器输出变压器 控制逻辑电路控制逻辑电路静态开关静态开关：功能 在发生以下情况时在发生以下情况时，无中断地（同步）把负载电源转接，无中断地（同步）把负载电源转接 到旁路电源：到旁路电源：UPSUPS输出端发生过载、甚至短路、逆变器输出端发生过载、甚至短
16、路、逆变器 故障（包括过温，超故障（包括过温，超/ /欠压）欠压） 具有比逆变器更强过载能力（具有比逆变器更强过载能力（100%100%可达可达200200msms）组成 用用S SCRCR做成无触点开关，在旁路和逆变器侧各有一组。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，开关整速度快，从而保证转换无中断，正因为无触点，开关整速度快，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。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为在不中断负载电源情况下，检修，检修UPSUPS。辅助触点发
17、出信号，禁止逆变器启动。辅助触点发出信号，禁止逆变器启动。组成：加锁的手动开关加锁的手动开关。控制：手动控制手动控制、严格按操作步骤，把负载从逆变器供电、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。转到手动维修旁路及恢复逆变器供电。电池电池电池电池功能：当市电中断或超限时当市电中断或超限时，供给逆变器能量（，供给逆变器能量（DCDC电源）电源）保证负载电源不会中断。保证负载电源不会中断。组成：阀控铅酸电池阀控铅酸电池（VRLAVRLA）全密封免维护电池。全密封免维护电池。电池柜或电池架电池柜或电池架电池开关电池开关安装在电池柜内或电池房内温度传感器安装在电池柜内或电池房
18、内温度传感器UPS UPS 基础培训基础培训基础培训基础培训三、UPS 高可靠性的供电方案高可靠性的供电方案适用范围：中小功率机型适用范围：中小功率机型优点：优点： 价格便宜，安装方式简单可靠。价格便宜，安装方式简单可靠。缺点：缺点： 从机电池寿命缩短。从机电池寿命缩短。 对单机抗阶跃负载能力要求高。对单机抗阶跃负载能力要求高。 没有扩容能力。没有扩容能力。市电负载AC/DC-DC/ACAC/DC-DC/AC主路从机 旁路从机输出方案一：方案一：方案一：方案一：主从机串联主从机串联“热备份热备份”方案方案适用范围：大功率机型适用范围：大功率机型优点：优点： 多台多台UPSUPS平均分摊负载、可
19、靠性高。平均分摊负载、可靠性高。缺点：缺点： 控制电路复杂。成本高。控制电路复杂。成本高。形式较多：直接并机（形式较多：直接并机（N+1)N+1)、并机柜方式并机柜方式( (并机旁路柜）并机旁路柜） 、导航型方式、热同步方式导航型方式、热同步方式。市电负载AC/DC-DC/ACAC/DC-DC/AC主机从机从机输出并机逻辑控制方案二：直接方案二：直接方案二：直接方案二：直接并机型冗余供电并机型冗余供电并联的目的并联的目的1 1、可以组成很大容量的交流电源系统；、可以组成很大容量的交流电源系统；2 2、可以组成冗余系统以提高系统的可靠性；、可以组成冗余系统以提高系统的可靠性；3 3、可以灵活配置
20、系统的容量，便于扩容，并降低用户的初始投资；、可以灵活配置系统的容量，便于扩容，并降低用户的初始投资；4 4、系统具有很好的可维护性、系统具有很好的可维护性并联的基本条件：并联的基本条件：除并机系统各单机必须满足机型和容量相同，软件除并机系统各单机必须满足机型和容量相同，软件 和硬件版本需一致外，还需满足以下条件：和硬件版本需一致外，还需满足以下条件：电压幅值相等电压幅值相等 输出滤波器参数一致输出滤波器参数一致电压频率一致电压频率一致 控制系统稳定控制系统稳定电压相位一致电压相位一致均流一致均流一致方案二：直接方案二：直接方案二：直接方案二：直接并机型冗余供电并机型冗余供电冗余并机冗余并机
21、扩容并机扩容并机方案二：直接方案二：直接方案二：直接方案二：直接并机型冗余供电并机型冗余供电方案三方案三方案三方案三：双母线供电双母线供电双母线供电：双母线供电：优点：优点： 解决单母线运行方式存在解决单母线运行方式存在 的单点的单点“瓶颈瓶颈”问题。问题。 系统稳定性、可靠性高系统稳定性、可靠性高 维修方便维修方便缺点：缺点： 系统配置负杂系统配置负杂 成本高成本高BCB电子切换开关母线一母线二重要负载一般负载UPS1UPS2电池电池UPSAC PPCSTS电池电池UPSAC PPC双电源双电源 负载负载单电源单电源 负载负载LBSTVSSTVSS母线一母线一母线二母线二方案三方案三方案三方案三：双母线供电双母线供电
