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1、通讯电源根底知识讲座通讯电源根底知识讲座之三：不延之三：不延之三：不延之三：不延续电续电源源源源UPSUPSUPS概述概述 背景背景随着随着电电气化技气化技术术的不断开展，的不断开展，电电气气设备设备、电电气气产产品的广泛品的广泛运用，要求交流市运用，要求交流市电电有更高的供有更高的供电质电质量。量。来自市来自市电电电电网的各种干网的各种干扰扰，以及，以及电电网网电压电压和和频频率的不率的不稳稳定，定，输输入波形的畸入波形的畸变变，都会影响到一些重要，都会影响到一些重要设备设备的正常任的正常任务务。 UPS概述概述 定定义义UPS即不延即不延续电续电源系源系统统 Uninterruptible
2、 Power System ，在市，在市电电不正常或不正常或发发生供生供电电中断中断时时，向，向负载继续负载继续提供符合要求的交流提供符合要求的交流电电，使之能延，使之能延续续不断地正常任不断地正常任务务。 UPS概述概述 分分类类根据根据贮贮能安装的不同：能安装的不同：旋旋转转式式UPS静静态态UPS 根据任根据任务务方式的不同：方式的不同：后后备备式式线线路交互式路交互式双双变换变换在在线线式式DELTA变换变换式式UPS概述概述 组组成成UPS是由是由变换变换器器 整流器、逆整流器、逆变变器器 、开关、开关、储储能安装能安装 蓄蓄电电池池 等等组组成。成。UPS概述概述根本任务原理根本任
3、务原理在正常情况下在正常情况下UPS以市电为输入能源，将市电电源进展适以市电为输入能源，将市电电源进展适当的变换和调理，输出干净、稳定的交流电源或处于备当的变换和调理，输出干净、稳定的交流电源或处于备用形状，不为负载供电。用形状，不为负载供电。市电缺点时，市电缺点时，UPS利用内部储能为负载供电。利用内部储能为负载供电。市电长时间停电时，市电长时间停电时，UPS以备用发电机为输入能源，继续以备用发电机为输入能源，继续运转为负载供电。运转为负载供电。配电屏UPS蓄电池配电屏负载市电输入油机电输入转换开关后备式后备式UPS后备式后备式UPS任务原理任务原理市电正常时，市电正常时，UPS处于后备形状
4、，由市电直接向负载供处于后备形状，由市电直接向负载供电；同时，市电经整流后向蓄电池浮充电，逆变器不任电；同时，市电经整流后向蓄电池浮充电，逆变器不任务。务。静态开关负载整流器逆变器蓄电池市电后备式后备式UPS后备式后备式UPS任务原理任务原理市电停电时，蓄电池才对逆变器充电，并由市电停电时，蓄电池才对逆变器充电，并由UPS的逆变的逆变器向负载提供交流电。器向负载提供交流电。静态开关负载整流器逆变器蓄电池市电后备式后备式UPS后备式后备式UPS任务原理任务原理特点分析特点分析由于市电供电和蓄电池供电之间执行切换时需求一定时由于市电供电和蓄电池供电之间执行切换时需求一定时间，所以后备式间，所以后备
5、式UPS并不能做到不延续供电，转换时间并不能做到不延续供电，转换时间普通要求小于数毫秒。普通要求小于数毫秒。双变换在线式双变换在线式UPS双变换在线式双变换在线式UPS任务原理任务原理市电正常时，市电电源经整流变换成直流电，直接驱动市电正常时，市电电源经整流变换成直流电，直接驱动逆变器向负载供电，同时也给蓄电池充电。逆变器向负载供电，同时也给蓄电池充电。静态开关负载整流器逆变器蓄电池市电双变换在线式双变换在线式UPS双变换在线式双变换在线式UPS任务原理任务原理当市电停电时，由蓄电池放电驱动逆变器任务。对逆变当市电停电时，由蓄电池放电驱动逆变器任务。对逆变器而言，它的输入端电压不断存在，故负载
6、可不延续供器而言，它的输入端电压不断存在，故负载可不延续供电。电。静态开关负载整流器逆变器蓄电池市电双变换在线式双变换在线式UPS双变换在线式双变换在线式UPS任务原理任务原理当整流器、逆变器、蓄电池中任何部件缺点或者负载缺当整流器、逆变器、蓄电池中任何部件缺点或者负载缺点过载时，由静态开关将负载转换至旁路。点过载时，由静态开关将负载转换至旁路。静态开关负载整流器逆变器蓄电池市电双变换在线式双变换在线式UPS双变换在线式双变换在线式UPS任务原理任务原理特点分析特点分析市电停电时的切换时间为市电停电时的切换时间为0。只需当转向静态旁路的时候才有只需当转向静态旁路的时候才有1ms左右的中断。左右
7、的中断。市电经整流市电经整流ACDC、逆变、逆变DCAC两次变换，两次变换，输出电源质量较高，且负载与市电完全隔离。输出电源质量较高，且负载与市电完全隔离。双变换在线式双变换在线式UPS双变换在线式双变换在线式UPS任务原理任务原理什么是什么是 静态开关静态开关?静态开关通常由两只反向并联的快速可控硅组成。由于静态开关通常由两只反向并联的快速可控硅组成。由于可控硅本身的导通时间和关断时间都只需几微妙的数量可控硅本身的导通时间和关断时间都只需几微妙的数量级。所以它的引入就可以在技术上实现对市电供电逆级。所以它的引入就可以在技术上实现对市电供电逆变器供电之间的零转换时间的控制。变器供电之间的零转换
8、时间的控制。线路交互式线路交互式UPS线路交互式线路交互式UPS组成、区别组成、区别组成：组成：由输入开关、逆变器、电抗器电感线圈、蓄电池等由输入开关、逆变器、电抗器电感线圈、蓄电池等组成。组成。与双变换在线式区别：与双变换在线式区别：没有整流器，市电不是经整流变换为直流电送到逆变器没有整流器，市电不是经整流变换为直流电送到逆变器的输入端，而是经过电抗器直接送到系统输出端。的输入端，而是经过电抗器直接送到系统输出端。=四象限逆变器蓄电池市电负载L线路交互式线路交互式UPS线路交互式线路交互式UPS任务原理任务原理正常情况下，负载由市电经电抗器供电。经过逆变器与正常情况下，负载由市电经电抗器供电
9、。经过逆变器与市电电源的交互作用，系统可以为负载提供延续、稳定市电电源的交互作用，系统可以为负载提供延续、稳定的交流电源。在市电电压变化或者负载变化时，系统输的交流电源。在市电电压变化或者负载变化时，系统输出电压和市电输入电压的差值由电抗器加以补偿；市电出电压和市电输入电压的差值由电抗器加以补偿；市电停电时，逆变器可以不延续地为负载供电与双变换在停电时，逆变器可以不延续地为负载供电与双变换在线式线式UPS一样。此时市电输入开关断开，以防止逆变一样。此时市电输入开关断开，以防止逆变器输出反响到市电。器输出反响到市电。线路交互式线路交互式UPS什么是四象限什么是四象限PWM逆变器？逆变器？线路交互
10、式线路交互式UPS中采用的逆变器是四象限中采用的逆变器是四象限PWM逆变器。逆变器。它可以任务在正向逆变第它可以任务在正向逆变第1、3象限和反向整流象限和反向整流第第2、4象限两种任务方式。在第象限两种任务方式。在第1、3象限中，逆象限中，逆变器的电压、电流方向一样，处于逆变任务方式；在变器的电压、电流方向一样，处于逆变任务方式；在2、4象限中电压、电流方向相反，处于整流任务方式。象限中电压、电流方向相反，处于整流任务方式。Delta变换式变换式UPS系统组成系统组成=Delta逆变器主逆变器蓄电池市电负载DeltaDelta变换变换变换变换器：其容量器：其容量器：其容量器：其容量约为约为约为
11、约为UPSUPS系系系系统统统统容量的容量的容量的容量的2020左右，它左右，它左右，它左右，它经过经过经过经过DeltaDelta变压变压变压变压器串器串器串器串联联联联在市在市在市在市电电电电电电电电源与源与源与源与负载负载负载负载之之之之间间间间；主逆主逆主逆主逆变变变变器：其容量等于器：其容量等于器：其容量等于器：其容量等于UPSUPS系系系系统统统统容量，容量，容量，容量，衔衔衔衔接在系接在系接在系接在系统输统输统输统输出端，出端，出端，出端，它具有它具有它具有它具有线线线线路交互式路交互式路交互式路交互式UPSUPS中的逆中的逆中的逆中的逆变变变变器的根本功能。器的根本功能。器的根
12、本功能。器的根本功能。这这这这两个逆两个逆两个逆两个逆变变变变器都是四象限器都是四象限器都是四象限器都是四象限PWMPWM逆逆逆逆变变变变器，可任器，可任器，可任器，可任务务务务于逆于逆于逆于逆变变变变或或或或整流方式。整流方式。整流方式。整流方式。变压器Delta变换式变换式UPS任务原理任务原理正常任正常任正常任正常任务时务时：市：市：市：市电经电经DeltaDelta逆逆逆逆变变器器器器为负载为负载供供供供电电，主逆，主逆，主逆，主逆变变器器器器稳稳定系定系定系定系统输统输出出出出电压电压，市，市，市，市电电和系和系和系和系统输统输出的出的出的出的电压电压差由差由差由差由DeltaDel
13、ta逆逆逆逆变变器器器器补偿补偿。市市市市电电缺点或市缺点或市缺点或市缺点或市电电压电电压超出允超出允超出允超出允许许的极限的极限的极限的极限时时：系：系：系：系统转统转入蓄入蓄入蓄入蓄电电池池池池供供供供电电方式，主逆方式，主逆方式，主逆方式，主逆变变器器器器为负载为负载供供供供电电。由于主逆。由于主逆。由于主逆。由于主逆变变器一直器一直器一直器一直衔衔接接接接在系在系在系在系统输统输出端，在从市出端，在从市出端，在从市出端，在从市电电供供供供电电向蓄向蓄向蓄向蓄电电池供池供池供池供电电的的的的转换过转换过程中程中程中程中不会不会不会不会产产生供生供生供生供电电中断。中断。中断。中断。UPS
14、的配置的配置UPS容量确实定容量确实定电池后备时间电池后备时间任务方式的选择任务方式的选择UPS的配置的配置UPS容量确实定容量确实定统计本期负载的功耗；统计本期负载的功耗；结合开展规划，确定中远期的总功耗；结合开展规划，确定中远期的总功耗；思索一些平安余量；思索一些平安余量；确定扩容方案确定扩容方案UPS的配置的配置电池后备时间电池后备时间主要取决于市电供应情况主要取决于市电供应情况油机发电机组的配置油机发电机组的配置维护呼应时间维护呼应时间UPS的配置的配置UPS任务方式的选择任务方式的选择单机任务方式单机任务方式串联备份任务方式串联备份任务方式并联冗余任务方式并联冗余任务方式UPS的配置
15、的配置UPS任务方式的选择任务方式的选择单机任务方式单机任务方式单机任务方式是单机任务方式是UPS最常见的和最根本的任务方式，它最常见的和最根本的任务方式，它普通运用在不能停电的普通负载场所，其可靠性较差。普通运用在不能停电的普通负载场所，其可靠性较差。 UPS的配置的配置UPS任务方式的选择任务方式的选择串联备份任务方式串联备份任务方式双机热备份也是为了大大提高供电系统的可靠性，它和双机热备份也是为了大大提高供电系统的可靠性，它和双机并联一样，也是运用在特别重要的场所。双机并联一样，也是运用在特别重要的场所。其任务方式是：其任务方式是：UPS2的输出作为的输出作为UPS1的旁路输入，的旁路输
16、入，正常时正常时UPS1处于主用形状，承当处于主用形状，承当100%的负载，的负载，UPS2处于热备份形状；处于热备份形状；UPS1缺点，那么由缺点，那么由UPS2转为转为主用，承当全部负载；主用，承当全部负载；UPS1、UPS2均缺点，那么由均缺点，那么由市电经静态旁路开关直接对负载供电。市电经静态旁路开关直接对负载供电。 缺陷：主备机老化程度不一，易呵斥切换失败。或需求缺陷：主备机老化程度不一，易呵斥切换失败。或需求定期倒换。定期倒换。UPS2UPS1市电输入负载UPS的配置的配置UPS任务方式的选择任务方式的选择并联冗余任务方式并联冗余任务方式两台两台UPS并联的必要条件时同频、同相、等
17、幅，因此必并联的必要条件时同频、同相、等幅，因此必需有一个并联控制器，它主要完成同步锁相、均流及并需有一个并联控制器，它主要完成同步锁相、均流及并联管理等功能。联管理等功能。UPS并联的目的是为了大大提高供电系统的可靠性，它并联的目的是为了大大提高供电系统的可靠性，它往往运用在特别重要的场所，如通讯、卫星发射中心、往往运用在特别重要的场所，如通讯、卫星发射中心、石油、化工、电力、钢铁、金融和广播电视等系统中，石油、化工、电力、钢铁、金融和广播电视等系统中，这些系统停电会呵斥宏大的经济损失，因此要求供电系这些系统停电会呵斥宏大的经济损失，因此要求供电系统的绝对可靠。统的绝对可靠。其运转方式是：两
18、台其运转方式是：两台UPS均正常时，各承当均正常时，各承当50%的负的负载；当其中某一台载；当其中某一台UPS缺点，由另外一台承当缺点，由另外一台承当100%的的负载；当两台负载；当两台UPS均缺点时，市电经静态旁路开关直接均缺点时，市电经静态旁路开关直接对负载供电。对负载供电。UPS1UPS2输入配电屏输出配电屏市电输入负载交流电源线的计算与选择交流电源线的计算与选择 低低压压交流交流导线导线截面截面计计算方法，普通有：算方法，普通有：平安平安载载流量法流量法电压损电压损失法失法机械机械强强度法度法 交流电源线的计算与选择交流电源线的计算与选择 1、平安、平安载载流量法流量法各种各种绝缘导线
19、绝缘导线，根据其，根据其绝缘绝缘的种的种类类和敷和敷设设方法，允方法，允许长许长期期经经过过的最大的最大电电流，称流，称为为平安平安载载流量。流量。假假设导线设导线中中长长期期经过经过的的电电流超越平安流超越平安载载流量流量时时，导线导线就会就会过过热热而使而使绝缘损绝缘损坏。坏。交流电源线的计算与选择交流电源线的计算与选择从交流屏到各种用从交流屏到各种用电负荷的荷的电流可按以下公式流可按以下公式计算：算：单相相负荷：荷： I=P*1000/(U*cos 式中：式中：I单相用相用电负荷荷电流流A P用用电设备额定功率定功率KW U交流交流单相相电压220v cos用用电设备功率因数功率因数三相
20、三相负荷：荷： I=P*1000/(sqrt(3)*U*cos 式中：式中：I用用电负荷相荷相电流流A U交流三相交流三相电压380v交流电源线的计算与选择交流电源线的计算与选择与功率有关的几个概念：与功率有关的几个概念：视在功率：在功率：SU*I有功功率：有功功率：P=U*I* cos无功功率：无功功率：Q=U*I*sin 三者之三者之间的关系：的关系：S2P2+Q2 PS* cos Q=S*sin 交流电源线的计算与选择交流电源线的计算与选择Whats 功率因数功率因数 Power Factor ？表示表示设备设备的用的用电电效率，即有功功率在效率，即有功功率在总总的的视视在功率中所占的在
21、功率中所占的比例。比例。 cos=P/S或从另一个方面了解就是：或从另一个方面了解就是：电压电压与与电电流之流之间间的相位的相位夹夹角。角。交流电源线的计算与选择交流电源线的计算与选择提高功率因数的意义：提高功率因数的意义： 使供电系统内的电源设备容量得到充分利用；使供电系统内的电源设备容量得到充分利用；减小了电力网中传输线路上的有功功率的损耗；减小了电力网中传输线路上的有功功率的损耗；减小了供电线路上的电压损失。减小了供电线路上的电压损失。交流电源线的计算与选择交流电源线的计算与选择提高功率因数的方法：提高功率因数的方法： 其途径主要在于如何减少交流供电系统中的无功功率，特其途径主要在于如何
22、减少交流供电系统中的无功功率，特别是负载的无功功率。别是负载的无功功率。详细方法很多，主要分为：详细方法很多，主要分为：提高自然功率因数的方法提高自然功率因数的方法提高功率因数的补偿法提高功率因数的补偿法无源补偿静态补偿：移相电容器无源补偿静态补偿：移相电容器有源补偿：功率因数校正电路有源补偿：功率因数校正电路PDC交流电源线的计算与选择交流电源线的计算与选择计算算举例：例：一台一台2KW的效力器的交流引入的效力器的交流引入线该选择多大的多大的线径？径？ 解：根据解：根据 I=P*1000/(U*cos 代入代入P2，U220， cos=0.7计算机算机类的非的非线性性负载普通取普通取0.7
23、得：得：I13A 查导线载流量表可知：需流量表可知：需选择3*2.5mm2电源源线。交流电源线的计算与选择交流电源线的计算与选择主线芯截面mm2)RVVZ单芯，350C载流量1161.5202.527436647106416902511935147501857022995281120324150371185423主线芯截面mm2)1KV四芯，350C载流量42563310441660258135102501287015995195120224150260185298240339直流直流直流直流电电源源源源线线交流交流交流交流电电源源源源线线交流电源线的计算与选择交流电源线的计算与选择 2、电压
24、电压降降损损失法失法当供当供电线电线路路较长较长、负负荷荷较较大大时时，普通要用，普通要用电压损电压损失法失法对对所所选选择择的的电电力力导线导线截面截面进进展展验验算，以便得知用算，以便得知用电设备电电设备电源源输输入入端的端的电压电压情况。情况。计计算公式如下：算公式如下：UKG*PL/(Cr*S) 式中：式中： U允允许许的的电压损电压损失，占失，占额额定定电压电压的百分的百分数数 P用用电设备电设备的功率的功率 KW L用用电设备电设备至至电电源的源的导线长导线长度度 m KG 导线电导线电感感对电压损对电压损失影响的校正系数失影响的校正系数 Cr 导线电导线电阻率阻率对电压损对电压损
25、失影响的修正系数失影响的修正系数 S导线导线截面截面积积 mm2 交流电源线的计算与选择交流电源线的计算与选择 2、电压电压降降损损失法失法利用利用计计算算结结果，看回路果，看回路压压降百分数能否符合降百分数能否符合规规定。定。通通讯设备电讯设备电源源线线路：路：设计设计的允的允许电压损许电压损失失U=35交流电源线的计算与选择交流电源线的计算与选择 3、按机械、按机械强强度法度法选择选择用平安用平安载载流量法和流量法和电压损电压损失法失法选择选择好好导线导线截面以后，截面以后，还还要根要根据据导线导线运用运用场场所敷所敷设设方法，看它能否符合机械方法，看它能否符合机械强强度的要求。度的要求。
26、根据机械根据机械强强度的要求，架空裸度的要求，架空裸绞线绞线普通允普通允许许最小截面最小截面积为积为1635mm2。直流电源线的计算与选择直流电源线的计算与选择 根据允根据允许电压许电压降降计计算算选择选择直流供直流供电电回路回路电电力力线线的截面，普的截面，普通有三种方法，即：通有三种方法，即：电电流矩法流矩法固定分配固定分配压压降法降法最小金属用量法最小金属用量法直流电源线的计算与选择直流电源线的计算与选择1、电电流矩法流矩法采用采用电电流矩法流矩法计计算算导导体截面，是按允体截面，是按允许电压许电压降来降来选择导线选择导线的的方法。它以欧姆定律方法。它以欧姆定律为为根据。在直流供根据。在
27、直流供电电回路中，某段回路中，某段导导线经过线经过最大最大电电流流时时，根据欧姆定律，根据欧姆定律，该该段段导线导线上由于直流上由于直流电电阻呵斥的阻呵斥的压压降可按下式降可按下式计计算：算：UIRILSILs式中：式中： U导线导线上的上的电压电压降降 V I流流过导线过导线的的电电流流 A R导导体的直流体的直流电电阻阻 导导体的体的电电阻率阻率 .mm2/m L导线长导线长度度 m S导导体截面体截面积积 mm2 导导体的体的电导电导率率 m/ .mm2 直流电源线的计算与选择直流电源线的计算与选择1、电流矩法续、电流矩法续导体的电导率是其电阻率的倒数导体的电导率是其电阻率的倒数,不同材
28、质的电导不同材质的电导率也不一样率也不一样,例如：例如：r铜铜57，r铝铝34整个供电回路的最大允许压降，是根据通讯设备要整个供电回路的最大允许压降，是根据通讯设备要求得允许电压变动范围和采用蓄电池浮充供电时求得允许电压变动范围和采用蓄电池浮充供电时的浮充电压、合理的放电终止电压以及加尾电池的浮充电压、合理的放电终止电压以及加尾电池调压时的电压变动情况等规定的。调压时的电压变动情况等规定的。由于上述计算导线截面的方法中经常用到电流与流由于上述计算导线截面的方法中经常用到电流与流经导体长度的乘积，即所谓的电流矩，故上述计经导体长度的乘积，即所谓的电流矩，故上述计算方法习惯上称为电流矩法。算方法习
29、惯上称为电流矩法。直流电源线的计算与选择直流电源线的计算与选择2、固定、固定压压降分配法降分配法所所谓谓固定固定压压降分配法，就是把要降分配法，就是把要计计算的直流供算的直流供电电系系统统全程允全程允许压许压降的数降的数值值，根据，根据阅历阅历适当地分配到适当地分配到每个每个压压降段落上，从而降段落上，从而计计算各段落算各段落导线导线截面截面积积。公式公式为为：SI*L/(*U)工程中常用此方法。工程中常用此方法。直流电源线的计算与选择直流电源线的计算与选择2、固定、固定压压降分配法降分配法例：某例：某设备设备最大最大电电流流为为100A，电电源源线长线长度度为为20m 单单程程 ，固定，固定压压降降为为0.5V，那么所需，那么所需电电源源线线线线径径应应为为：SI*L/(*U)100*20*2/(57*0.5)=140mm2故故应选应选用用150 mm2电电源源线线。
