UPS電源設(shè)計(jì)培訓(xùn)

1、UPS iOl講文Z 00 A年八月、引言Hi著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的逐浙普及，特別是互朕網(wǎng)規(guī)模的日趨擴(kuò)大，ups在網(wǎng)絡(luò)與電子商務(wù)飛速開展的年代里迎來了它的黃金NKIJo網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的ups產(chǎn)晶已經(jīng)由獨(dú)立的外設(shè)產(chǎn)品開展成為整個(gè)it算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系筑不可分劉的一同部。與Kt同時(shí)對(duì)UPS自動(dòng)化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的要求也越來逍高，迪種需求為UPS的蓬勃開展 奠定了根底，并為u PS提哄了廣闔的使用空間。二、ups wa仁UPS根本功能高可靠不連續(xù)哄電、高質(zhì)量哄電錯(cuò)淚彊念電MIO2、分類3、幾種構(gòu)坦形式UPS的根本原理及特胃門后備式后備式UPS如下圖，是牌止氏UPS的最初形式。其應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟, 電路簡(jiǎn)單，價(jià)IS低廉,

2、一般只適用于M率圍。后備式UPS2在線互動(dòng)式在線互動(dòng)過UPS如下圖。“在線"的含義是逆變器工作，但不輸出助率,處干熱備價(jià)狀態(tài)，同時(shí)兼顧對(duì)蓄電池充電，增大了 UPS在市電正常時(shí)的力率容 量，并且減少了在市電中斷時(shí)的轉(zhuǎn)旗時(shí)間，提高了輸出電壓的濾波作用，屬干并 朕功率調(diào)整方貳，輸出功率名在5kVA以下。輸入輸入開關(guān)菁電池* f忌向逆1變器在線互動(dòng)式UPS3雙變換在線貳雙變換在線戲UPS如下圖。傳統(tǒng)雙變換在線式，特別是大助率UPS,目前 仍名呆用這種電路購造，協(xié)干串聯(lián)助率傳輸方式。il變換在找式ups方IB圖三、upsk一ups的選型1、覽擇uPS的假設(shè)干考慮：根據(jù)自己的要求和可能,一股考慮

3、三個(gè)因素產(chǎn)品的技術(shù)性能產(chǎn)品可維護(hù)性產(chǎn)品價(jià)怡2、負(fù)就容量、功率因數(shù)對(duì)選塑3、電池后備時(shí)同對(duì)選塑的影響4、集中與分散供電方案對(duì)選型的影晴二如何考慮UPS的容量與連接方式1、容量：根據(jù)負(fù)荷量晞定，為延長(zhǎng)UPS使用壽金，一般推薦負(fù)荷量占UPS輸出功率的60 70%為宜。且盡可能選用單臺(tái)大容量UPS。2、連接方衣：為確保fft電可靠，可呆用冗余配置主從“熱備價(jià)"冗余“1+T塑直接并機(jī)冗余多機(jī)直接并機(jī)冗余三選擇UPS的考前須知1、不要簡(jiǎn)單it以構(gòu)is形戲簡(jiǎn)定優(yōu)劣2、重視UPS對(duì)電網(wǎng)的適應(yīng)性與電力污染冋題3、重視對(duì)UPS輸出能力和可靠H的考察四容量it算1、UPS系竦容量估算kSe > nm

4、P = Px j-i式中n平安系數(shù)取1.2 1.5, m余量系數(shù)取1.15 1.2。2、油機(jī)發(fā)電機(jī)組容量選擇油機(jī)發(fā)電機(jī)組容量一般為UPS系鋭容量的1.2 1.5倍。3、曹電也組容量估算 (1)計(jì)算電泡放電電流_5fxl000xPF放Uxi2廿算電池組容量C = IqKK為容量系數(shù)，與用戶要求的放電時(shí)間T有關(guān)，如表1-2所示。表1-2容量系數(shù)K與用戶要求的放電時(shí)間T關(guān)系Th0.51234568910K1.4323.2845.066.026.748.519.2810呱、UPS Jf展仁小型化。由于功率器件的工作頫率的提高,在ups中釆用體枳更小、重量較輕的高 顔跌氧ttttiU變壓器來代替畦刑片變

5、圧器，特別是在小里ups電溫中普遍采用 無逆變器輸出變壓器設(shè)廿方案后，便得小里ups得以向體枳小、重量輕、噪音 小的方向開展。2、髙效率。節(jié)能;壽命。永恒的話題3、引用柔牲切換技術(shù)。為了有效的提高效率，減少UPS的尺寸與重量，高頻化設(shè)廿式必要的。但由 于開關(guān)元件的非理想性導(dǎo)致進(jìn)一步高履化的困難。主要表現(xiàn)在:門在開關(guān)器件導(dǎo)通和Kffii程中，電壓電流重疊產(chǎn)生開關(guān)損耗，即開關(guān)損 耗IS開關(guān)顒率的提高而增大;電路的寄生電感和寄生電容在高頓時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的電壓尖ft (spirevoltage) 和浪涌電流(surgecurrent)o尖峰電壓和浪涌電流將導(dǎo)致開關(guān)應(yīng)力增大,有可能損 壞開關(guān)器件,是電科聲的

6、主要來溫。一般需要接入吸收回路加以消除，但吸收 回路會(huì)消耗能量,降低電澹的效率。實(shí)質(zhì)上,高斛時(shí)需要著重解決的問題是:實(shí)現(xiàn)開關(guān)器件的零電壓或零電流 開關(guān)條件，即引用柔性切換技術(shù)軟開關(guān)，以盡可能減小開關(guān)損耗，消除開關(guān) 浪涌。柔性幼換枝術(shù)按幼換時(shí)開關(guān)的狀態(tài)可分為zcs、ZVS及ZCSZVS,以其被 肯定的優(yōu)自，已廣泛應(yīng)用于高頫開關(guān)整流器，相信在不久的將來會(huì)被廣泛應(yīng)用于 UPSo4、UPS的綠色化輸人功率因數(shù)是一個(gè)重要指標(biāo)。提高此頂荷標(biāo)不僅可以降低線路損耗，節(jié)約 電能，消除火災(zāi)隱患,還可以城少對(duì)市電的諧波污染，提高市電的Ift電質(zhì)量,獲 得較大的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。傳貌提高輸人助率因數(shù)的方法為無源功率

7、因數(shù)校 正技術(shù)，而現(xiàn)在開展為釆用配置有輸入功率因數(shù)校正的高頫脈寬調(diào)利技術(shù)，采用 泄種技術(shù)的UPS輸入功率因數(shù)一般都可被提高到0.99以上,可使UPS電源的輸 人電壓和輸人電流在幾平同相位的條件下，其輸人電流波形也呈現(xiàn)為正弦波。a 樣，就可在大大提高對(duì)電能利用率的同時(shí)，消除傳境的ups電源對(duì)市電電網(wǎng)所 產(chǎn)生的諧波干擾和污染，加強(qiáng)抗電磁干折能力，降低福射干擾，從而引岀綠色無 污染UPS的新m念。此外，高頻脈寬調(diào)抽技術(shù)在UPS的整說濾波電路上的利用, 大大提高了 UPS電洞對(duì)市電電網(wǎng)電壓渡動(dòng)的適應(yīng)能力。傳境的UPS允許的市電 電壓的圍可以液動(dòng)20%,然而采用高頻脈寬調(diào)樹技術(shù)的UPS的市電輸人圍可這

8、25%左右。5、冗余技術(shù)在UPS的應(yīng)用中，用戶為了提高運(yùn)行中的可靠性，往往要求幾臺(tái)UPS冗余 連接。UPS的冗余數(shù)目，從理論上講是是否越多越好，但在實(shí)際應(yīng)用中并非如此 簡(jiǎn)單，單輸岀fiiO-BiW標(biāo)就帶來好多問題。在三相UPS中，假設(shè)作到均流, 就必須保證并聯(lián)的各UPS的對(duì)應(yīng)相電壓和相位保持在一個(gè)最小的娛差值，并朕 臺(tái)數(shù)越名，越不易到這一致，即使當(dāng)時(shí)到達(dá)了一致，IB著時(shí)間的推務(wù)、iSI8的變 化，塵埃的侵入,器件的老化，冷卻系統(tǒng)造成的振動(dòng)以及濕度和腐宦性氣體的破 壞等等因素都時(shí)刻在破壞著迪種平他，當(dāng)并朕臺(tái)數(shù)到達(dá)一定數(shù)量后，可靠性開場(chǎng) 降低，這就是從量變到質(zhì)變。單從理論推導(dǎo)岀來的結(jié)論是在一定的理

9、想條件下作 出的，它和實(shí)際一直在變It著的悄況是有距離的。就目前的ups制造枝術(shù)和工藝水平而言，已可使ups的故障率大大降低。例如：中、小里UPS平均無故障工作時(shí)間MTBF已做到514牙小時(shí)，對(duì)夫 里UPS而言，它的MTBF可達(dá)24JJ小時(shí)以上。於而，即使對(duì)于這徉高質(zhì)量的系 魏，也不能駕保它的故障率為零。在UPS中可采用具有容錯(cuò)功能的冗余配置方 案來解決這個(gè)冋題。所謂“客錯(cuò)"特性，是指在整個(gè)UPS俠電系統(tǒng)中，如果因 故造成個(gè)別HI器出故障時(shí)，該UPS fft電系貌自動(dòng)將有故障的機(jī)器“骯機(jī)"進(jìn)展 檢修的同時(shí)，整個(gè)UPS (ft電系統(tǒng)必須娠續(xù)向用戶提哄高質(zhì)量電源。由干在冗余 式

10、UPS篌電系統(tǒng)中，釆用了多臺(tái)UPS組合起來共同承當(dāng)向負(fù)我供電的任務(wù)，H 此如何正晞地解決好名臺(tái)UPS輸岀的交流電源以同頻率、同相位和同幅度的方 式運(yùn)行是能否成功地實(shí)現(xiàn)名臺(tái)UPS冗余俠電的關(guān)權(quán)。就目前所掌握的資料來看, 有如下幾種冗余配置方案可哄選擇:iHi-u機(jī)里的“熱備tr ups供電方式； 直接并聯(lián)哄電方貳；雙總線冗余供電方式。6、全數(shù)字化模#1系統(tǒng)存在元器件數(shù)量大、分歆性強(qiáng)、不利于生產(chǎn)與圳試的缺點(diǎn)，且具有漂 楊、老化等不良特性，系統(tǒng)可靠性難以提高。而高肖撤處理器和數(shù)字信號(hào)處理器 DSP的數(shù)字化控歆那么具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)、逆輯運(yùn)算能力,可以實(shí)現(xiàn)一些復(fù) 雜的先進(jìn)算法和智能算法，迪些功能在模Hl系

11、貌中是不敢企及的。功率MOSFET及IGBT的冋世為UPS開拓出一條光芒燦左之路，使UPS技術(shù) 步人嶄新的時(shí)代一全數(shù)字化時(shí)代。首先,UPS的輸人局部取消了用于與市電隔離的工頻變壓器或?yàn)榻祲河玫淖?耦變壓器,而果用SPWM技術(shù)實(shí)現(xiàn)整流高頫化AC/DC。一方面減少直流側(cè)濾波 器尺寸，改善直流側(cè)調(diào)節(jié)性能，提高市電電壓允許變化圍；另一方面在腔制技術(shù) 中采用數(shù)字信號(hào)處理器DSP ( DIGITAL SIGNAL PROCESSOR控制，使輸人電流 正取化，并與市電電壓同相，從而實(shí)現(xiàn)UPS高輸人功率因數(shù)PF1，消除對(duì)市電的諧波“污染"，到迖壞保目的，大feISM少無功損耗，明顯降低了運(yùn)行本 拔。

12、其次，取消了 UPS逆變器中的工顓變壓器，用高頻變壓器來實(shí)現(xiàn)UPS與市電的隔離，而UPS的輸岀級(jí)果用SPWM變換方式（不用變壓器直接逆變） 輸岀工顓電壓。逆變器中的功率MOSPET或IGBT I作頻率在20KHZ以上，因此 輸出濾波器小而簡(jiǎn)單,而且輸出的正菽波非常光滑。對(duì)TUPS部的蓄電池組呆取高頫變旗降壓方式DC/DC充電，當(dāng)市電停電, UPS轉(zhuǎn)換為由蓄電池給逆變器篌電時(shí)亦采取高頫變換降壓方式（DC/DC）實(shí)現(xiàn)。在逆變器控制電路中采用正取波直接反應(yīng)技術(shù)，使其圳節(jié)高速化，瓦遠(yuǎn)優(yōu)于 傳筑式模81反應(yīng)枝術(shù),再加上小的輸出濾波器和20KHZ以上的SPWM調(diào)制,使 UPS動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性非常好。在逆變器尿

13、護(hù)電路中采用性能優(yōu)良的過流保護(hù)技術(shù)， 便逆變器不僅具有較強(qiáng)的il我能力，允許100%負(fù)載不平衡指三相逆變器， 而目貝有強(qiáng)有力的自身保護(hù)。也正是在上述條件保證下，拋棄了傳統(tǒng)式逆變器輸 出變壓器，不僅蝶音低而目效率高。全數(shù)字化UPS是新一代UPS,它具有高質(zhì) 量、高可靠、高指標(biāo)、名功能等特自。DSP技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于具有良好的自我診Bi功能，能迅速地排除故障，大幅IS 地減少零件的數(shù)量，U而大大降低因元器件而造成的系筑故障，提高其可靠性， 并目運(yùn)算控制更簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、完美，同時(shí)DSP枝術(shù)的引人也極夫地推動(dòng)了并朕 技術(shù)的開展。釆用數(shù)字控翎的系統(tǒng)那么很容易實(shí)觀與廿算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通爪，可以通 il網(wǎng)絡(luò)對(duì)關(guān)健器件進(jìn)

14、展有效的監(jiān)視，對(duì)已發(fā)生的故障有冗余措隨處理。（8著高速、 廉價(jià)的數(shù)字信號(hào)處理器dsp的出現(xiàn),在線式ups全數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)已經(jīng)成為可能。 全數(shù)字化更易實(shí)現(xiàn)it算機(jī)的處理和控制，肪止模01信號(hào)傳遞的BS變、失真，減少 雜散信號(hào)的干擾，便于軟件包的圳試和遙控，也便于自診Bi、容錯(cuò)等技術(shù)的植人。由于將啊絡(luò)通爪和電源監(jiān)控軟件涮腔技術(shù)進(jìn)展了完善的結(jié)合，全數(shù)字化在線式UPS將成為UPSff展的一神體勢(shì)。7、智能化UPSUPS的智能化色扌舌系貌運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)識(shí)別和控斟、系筑故障自診斷、蓄電也 自動(dòng)監(jiān)測(cè)管理、智能化部信息檢測(cè)與顯示等oUPS的異地瓦程監(jiān)控內(nèi)括系統(tǒng)專用 遠(yuǎn)程監(jiān)控控制盤、RS232/485通信口與監(jiān)控P

15、C機(jī)間的交互控翎、將UPS系統(tǒng)作 為網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)交互控制等。UPS的智能比主要是通過系筑的控制軟件實(shí)現(xiàn)的。在系筑運(yùn)行狀態(tài)識(shí)別與 控制方面，通過部傳感器和狀態(tài)邏輯及時(shí)識(shí)別系貌所處的運(yùn)行狀態(tài)，判定系統(tǒng)運(yùn) 行程序和運(yùn)行是否正常，iieisu下幾個(gè)方面：根據(jù)負(fù)裁被切換到旁路的時(shí)同和次auKffl換時(shí)的輸入輸岀參數(shù)等乳定系 境的運(yùn)行模式即旁路運(yùn)行還是主機(jī)運(yùn)行、充電運(yùn)行還是放電運(yùn)行等。根據(jù)系筑運(yùn)行的狀態(tài)參數(shù)識(shí)別外部捋令，決定執(zhí)行外部荷令的方武，包站系 筑功能和運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整?？焖贉?zhǔn)晞的列定系貌的故障狀態(tài)并釆取相應(yīng)的故障業(yè)理措施，如封岡功率變 換器、輸出故障參數(shù)報(bào)警等。歷史事件的記錄并根稠歷史記錄和

16、當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)預(yù)測(cè)蓄電池的后備時(shí)間等。智能化的人機(jī)對(duì)話控制操作面極內(nèi)括圖形顯示等。并機(jī)系筑的熱待機(jī)到帶教運(yùn)行的自動(dòng)圳定與轉(zhuǎn)換。所有這些都簡(jiǎn)化了外部操 作程序，有效的肪止了系統(tǒng)的誤操作對(duì)系統(tǒng)自身和負(fù)裁所帶來的危害，提高了 UPS的可靠性。UPS的智能化的另一 f方面是通過運(yùn)行于PC機(jī)的監(jiān)腔狀件實(shí)觀 的。通過RS232C等接口將UPS與PC機(jī)串口連接，并在PC機(jī)上運(yùn)行相關(guān)平臺(tái) 的UPS監(jiān)控軟件，由PC機(jī)定時(shí)發(fā)送查詢指令，UPS那么在規(guī)定的時(shí)同返回運(yùn)行 參數(shù)信息。由PC機(jī)進(jìn)一步對(duì)UPS的運(yùn)行狀態(tài)、故腎的具體部位等進(jìn)展圳斷，并 在必要時(shí)對(duì)UPS發(fā)岀荷令進(jìn)展運(yùn)行干碩和提隍現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員。8、網(wǎng)絡(luò)化在廿算機(jī)網(wǎng)

17、絡(luò)及通信事業(yè)迅隹開展的推動(dòng)下,當(dāng)今的ups已在大量引進(jìn)ta 處理監(jiān)控技術(shù)的根底上開展成為一種能在UPS和廿算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之同建立起毀向通 信嗚控管理功能。UPS的網(wǎng)絡(luò)化有兩方面的含義。一是UPS及其監(jiān)控系統(tǒng) 與其所保護(hù)的負(fù)我一廿算機(jī)或局域網(wǎng)絡(luò)間的交互作用。當(dāng)電源出現(xiàn)異常時(shí)， UPS部的械腔制器會(huì)員時(shí)把異常信息發(fā)送給它所保護(hù)的廿算機(jī)或局域網(wǎng)，并由監(jiān) 控軟件在相應(yīng)計(jì)算HI上發(fā)出告警信息，提醉操作員或啊絡(luò)管理員及時(shí)處理，并在 UPS供電時(shí)同完畢前自動(dòng)中止計(jì)算機(jī)或局域網(wǎng)的運(yùn)行,并將現(xiàn)場(chǎng)信息自動(dòng)存盤， 通11 MODEM向有關(guān)人員發(fā)岀EMAIL. BP-CALL等。在逆?zhèn)€恿義上UPS是其保護(hù) 的啊絡(luò)的一個(gè)接自

18、。另一方面的含義是把UPS當(dāng)作廣域網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)迪立節(jié)點(diǎn) 并裝上通爪適配器，給UPS分配獨(dú)立的IP地址。這樣，網(wǎng)管員或被授權(quán)人可在 網(wǎng)絡(luò)的任何地方通ii網(wǎng)絡(luò)象管理廿算機(jī)一樣對(duì)UPS的悄況進(jìn)展實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控， 利用這種控制功能用戶可在廿算機(jī)網(wǎng)絡(luò)冥竭上實(shí)時(shí)16控ups的運(yùn)行參數(shù)例如： 輸人、輸出的電壓、電流和頫率，UPS電池組的充電、放電和電壓值顯示,UPS 的輸岀功率員有關(guān)的於腎、報(bào)警信息。此外，用戶還可在廿算機(jī)網(wǎng)絡(luò)終端上對(duì) UPS的輸岀執(zhí)行定時(shí)的自動(dòng)開機(jī)、自動(dòng)關(guān)機(jī)操作。在自動(dòng)完成將程序和數(shù)UH專人 脫盤操作之后，再自動(dòng)“關(guān)岡操作系貌"o這樣有序的關(guān)機(jī)操作,將確保用戶的 軟件和數(shù)據(jù)的平安可靠。UPS生產(chǎn)廠家也可以直接通過啊絡(luò)了辭分布在世界各地的UPS的運(yùn)行悄況, 便干向用戶提哄系筑診Bi和維修等的售后效勞，提高了效勞的快速性和準(zhǔn)晞性。