UPS基礎及原理介紹ppt課件

1、UPS基礎及原理介紹基礎及原理介紹1l電氣基礎交流lUPS原理和分類lUPS供電系統(tǒng)介紹l主要UPS廠家產(chǎn)品介紹21.1.電氣安全電氣安全2.2.電氣基本概念電氣基本概念3.3.電氣變換種類電氣變換種類4.4.常用器件常用器件5.5.接地型式接地型式 3電氣傷害：電氣傷害： 觸電是指人體組織接觸電流形成回路，觸電的致命因素是電流。歐姆定律表明電流與承受的電壓成正比，與電阻成反比。 另外觸電事故可能會伴隨電弧及燒傷。觸電因素：觸電因素： 二個影響人身的因素：包括接觸的時間和電流的路徑。 電流強度 受傷害的程度與流過人體的電流密切相關。 觸電造成的傷害包括: 無法隨意活動；對身體的實際傷害：重要的

2、器官動作受損或造成窒息；對身體的內(nèi)在傷害；心肌顫動。45防護措施：防護措施： 第一個是對下電設備操作的必備策略。 一定要用一塊在帶電設備上校對過（已知值）的萬用表對要操作的電路進行檢測。 第二個策略是要在帶電操作時使用適當?shù)陌踩b備和流程。 第三個策略是接地：這是次級保護措施。 “地”是指導體接地，通常指大地面。用作一個名詞,是通過導電連接（不管有意無意），將帶電設備連接到大地和地面。 絕緣 一個確保不碰到帶電線路或設備的方法是絕緣。 絕緣體指任何對電流有高阻抗的物質(zhì)。當員工在對帶電設備進行操作的時候，在接入電源前，檢查絕緣確保沒有裸露的電線。 6交流電交流電Alternative Curre

3、nt，簡稱“AC。一般指大小和方向隨時間作周期性變化的電壓或電流。它的最基本的形式是正弦電流。直流電直流電Direct Current，簡稱DC，一般指方向不隨時間變化的電壓或電流。7下述波形是交流電還是直流電？8電壓電壓-單位正電荷q 從電路中一點移至另一點時電場力做功的大小，單位V (伏)，kV、 mV、 V電流電流-帶電粒子有規(guī)則的定向運動，在單位時間里通過導體任一橫截面的電量叫做電流強度，單位A（安培），kA、mA、A9阻抗阻抗-在具有電阻、電感和電容的電路里，對電路中的電流所起的阻礙作用叫做阻抗。其中電容在電路中對交流電所起的阻礙作用稱為容抗 ,電感在電路中對交流電所起的阻礙作用稱為

4、感抗，電容和電感在電路中對交流電引起的阻礙作用總稱為電抗。 阻抗的單位是歐姆。Z= R + j( L1/（C）)=R + j（XL-XC）（有功）功率（有功）功率-單位時間內(nèi)電場力所做的功，單位W (瓦) (Watt，瓦特)電能電能-在一定的時間內(nèi)電路元件或設備吸收或發(fā)出的電能量，通常單位是“度”，它的學名叫做千瓦時，符號是kWh。10諧波諧波是指周期性波形中所含有的頻率為基波的整數(shù)倍的量一般是對周期性的非正弦電量進行傅里葉級數(shù)分解，其大于基波頻率的電流產(chǎn)生的電量總諧波失真（總諧波失真（THDTHD）輸出的各次諧波總有效值和基波有效值之比。視在功率視在功率電壓有效值跟電流有效值的乘積，單位是伏

5、安（VA）功率因數(shù)功率因數(shù)-為給定負載兩端的有功功率(kW)和視在功率(kVA)之比效率效率輸出有功功率對輸入有功功率的比值11交流交流 直流直流整流變換整流變換直流直流 交流交流逆變變換逆變變換高壓高壓 低壓低壓降壓變換降壓變換低壓低壓 高壓高壓升壓變換升壓變換 12131415161718192021無源器件：無源器件：電阻消耗電能，電壓電流同相位 電感產(chǎn)生磁場儲存磁場能量，通直流阻交流，電流滯后電壓電容產(chǎn)生電場儲存電場能量，通交流阻直流，電流超前電壓半導體功率器件：半導體功率器件： 22l二極管二極管 不可控 頻率低l可控硅可控硅 半可控 電流驅(qū)動lMOSFETMOSFET 全控 電壓驅(qū)

6、動 功率小lIGBTIGBT 全控 電壓驅(qū)動23RLuiuouiuott二極管:Diode 具有單向?qū)щ娦?，用于整流、檢波、鉗位、變?nèi)莸入娐分?，在二極管整流電路中，輸入交流電壓，輸出端得到直流電壓。不控型器件：開通、關斷均不控 24二極管的一般分類：按材料硅二極管鍺二極管砷化鎵二極管碳化硅二極管按工藝PN結型二極管肖特基二極管按功率信號二極管功率二極管按工作頻率普通二極管開關二極管快恢復二極管快速軟恢復二極管按功能整流二極管穩(wěn)壓二極管25SCR:Silicon Controlled Rectifier 晶體閘流管 或 Thyristor半控型器件：開通可控，關斷不控 26可控硅整流原理:27什

7、么是IGBT? Insulated Gate Bipolar Transistor 絕緣柵型雙極型晶體管全控型器件：開通可控，關斷可控28器件特點：器件特點：l高輸入阻抗；高輸入阻抗；l電壓型控制器件，驅(qū)動功率??；電壓型控制器件，驅(qū)動功率??；l開關速度快、工作頻率可達開關速度快、工作頻率可達10-10010-100KHzKHz；l飽和壓降低（相比飽和壓降低（相比MOSFETMOSFET小得多）；小得多）；l電壓、電流容量較大，安全工作區(qū)較寬。電壓、電流容量較大，安全工作區(qū)較寬。l通常反向集成體二極管通常反向集成體二極管 29LCV iVO圖 aLCV iVO圖 biLiLLTCD1VOV i工

8、作過程：1、當功率管導通時，等效如圖a，二極管D截止，電感L儲能，感應電壓為左正右負，電容向負載放電。2、當功率管截止時，等效如圖b，二極管D導通，電感L中的磁場將改變線圈L兩端的電壓極性，以保持電流iL不變。電感 L上的感應電壓與輸入電壓Vi串聯(lián)，對電容充電和向負載供電。3、控制電路根據(jù)輸出電壓和電流的變化，控制功率管的導通和關斷時間，就可以控制輸出電壓的大小。整流基礎整流基礎30整流器類型：整流器類型：lSCRlIGBT主要差異：主要差異：l功率因素l輸入諧波31l飛輪飛輪UPS作為一種電能儲存方式,可提供幾秒到幾分鐘的電能l電池 (1) Vented,VRLA (2) Nicd32鎳鎘鎳

9、鎘Nicd鉛酸鉛酸VRLA備注備注容量標稱C5C10開口電壓1.2V2V浮充電壓1.4V2.23-2.27VFloating均充電壓1.45V2.3-2.4VEqualize充電電流0.2C50.1-0.2C10Boost終止電壓1-1.14V1.67-1.8V壽命15-20年5-10年溫度適應性好差33+380V-380V220VLN+-NQ1Q2C1C2D1D2LC3沖量等效原理沖量等效原理大小、波形不相同的窄脈沖電壓作用于L、R電路時，只要脈沖電壓的沖量相等，則他們形成的電流響應就相同。因此，要使圖示的PWM電壓波在每一個時間段都與該時段中正弦電壓等效，除每一時間段的面積相等外，每個時間

10、段的電壓脈沖還必須很窄，這就要求脈波數(shù)量很多。如果按同一比例改變所有矩形脈沖的寬度，則可成比例地調(diào)控輸出電壓的數(shù)值。這種控制逆變器輸出電壓大小及波形的方式被稱為正弦波脈寬調(diào)制方式SPWM。SPWM調(diào)制波的產(chǎn)生SPWM調(diào)制波的產(chǎn)生34 中大功率UPS而言，通常定義額定輸出容量時都標明輸出功率因數(shù)滯后0.8的條件，也就是說，在其它某些負載功率因數(shù)下，UPS有可能不能輸出額定的的標稱功率。這主要與UPS逆變器輸出的濾波器呈容性有關。大多數(shù)廠家也都會相應地給出在線性負載下不同負載功率因數(shù)對應的UPS能夠輸出的容量值.逆變器LC35各種負載功率因素的功率折算 (KVA)UPS: 380V 50HZUPS

11、額定輸出功率 （KVA）80120160200滯后0.6801201602000.7801201602000.8801201602000.976114152.5191.116699.2134.2169.2超前0.957.786.4118.1149.80.854.882.1112.6143.10.752.979.2108.9138.70.651.577.1106.3135.5各種負載功率因數(shù)下的功率折算（KVA）UPS：400V 50HzUPS的額定輸出功率（KVA）406080100120160滯后0.64060801001201600.74060801001201600.8406080100

12、1201600.93755749211014713045607590120超前0.92436486072960.82233445566890.72132425364850.6203040506081GalaxyHipulse36靜態(tài)開關靜態(tài)開關l 切換開關類型： 接觸器 晶閘管l 切換類型： （1）同步切換 （2）不同步切換37l建筑工程供電使用的基本供電系統(tǒng)有三相三線制三相四線制等，但這些名詞術語內(nèi)涵不是十分嚴格。國際電工委員會（ IEC ）對此作了統(tǒng)一規(guī)定，稱為 TT 系統(tǒng)、 TN 系統(tǒng)、 IT 系統(tǒng)。其中 TN 系統(tǒng)又分為 TN-C 、 TN-S 、 TN-C-S 系統(tǒng)。l第一個字母表示

13、電源端與地的關系第一個字母表示電源端與地的關系T T（法文（法文TerreTerre）電源端有一點直接接地；）電源端有一點直接接地；I I（法文（法文IsolandIsoland）電源端所有帶電部分不接地或有一點通過阻抗接地。）電源端所有帶電部分不接地或有一點通過阻抗接地。l第二個字母表示電氣裝置的外露可導電部分與地的關系第二個字母表示電氣裝置的外露可導電部分與地的關系T T（法文（法文TerreTerre）電氣裝置的外露可導電部分直接接地，此接地點在電氣上獨立于電源端的接地）電氣裝置的外露可導電部分直接接地，此接地點在電氣上獨立于電源端的接地點；點；N N（法文（法文 NeutreNeutr

14、e）電氣裝置的外露可導電部分與電源端接地點有直接電氣連接。）電氣裝置的外露可導電部分與電源端接地點有直接電氣連接。l短橫線后的字母用來表示中性導體與保護導體的組合情況短橫線后的字母用來表示中性導體與保護導體的組合情況S S（法文（法文SeparateurSeparateur）中性導體和保護導體是分開的；）中性導體和保護導體是分開的；C C（法文（法文CombinaisonCombinaison）中性導體和保護導體是合一的）中性導體和保護導體是合一的 38L2L3L1NLPE電源端接地點設備設備外露可導電部分L2L3L1LPEN電源端接地點設備設備外露可導電部分TN-STN-C39L2L3L1L

15、N電源端接地點設備設備外露可導電部分L2L3L1L電源端不接地或通過阻抗接地設備設備外露可導電部分TN-C-STTIT40l電氣基礎交流lUPS原理和分類lUPS供電系統(tǒng)介紹l主要UPS廠家產(chǎn)品介紹41負載蓄電池UPS市電作用：不間斷供電凈化供電UPS Uninterruptible Power System 利用電池化學能作為后備能量，在市電斷電等電網(wǎng)故障時，不間斷地為用戶設備提供（交流）電能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。42高可靠性不間斷供電基本功能供電穩(wěn)壓、凈化功能提高供電可靠性的需求電池管理功能電池是UPS系統(tǒng)中重要的一環(huán)智能監(jiān)控功能滿足維護管理的需求4344服務器數(shù)據(jù)丟失磁盤陣列損壞計算機死機

16、路由器停止工作網(wǎng)絡傳輸誤碼率增加數(shù)據(jù)傳輸速度低下。45市電正常時：市電一電動機一發(fā)電機組負載市電異常時：飛輪發(fā)電機組負載柴油發(fā)電機負載飛輪儲能，飛輪慣性很大，實現(xiàn)貯能特點：運行穩(wěn)定可靠，維 護簡單方便笨重，效率低，噪聲大，操作控制不靈活飛輪UPS 旋轉(zhuǎn)型可控硅UPS靜止型可控硅組成電能變換電路，用蓄電池作為貯能元件，當市電發(fā)生斷電時由蓄電池代替整流器向逆變器供電特點：重量輕，效率高，噪聲小，操作控制靈活等過載能力差，系統(tǒng)結構較復雜，維護技術要求高大電流可控硅頻繁工作污染電網(wǎng)，干擾其他用戶巨型功率晶體管(UR)，功率場效應晶體管(MosFET)，絕緣柵雙極晶體管(IGBT)46按供電體系不同，U

17、PS分為單進單出UPS 三進單出UPS 三進三出UPS按輸出功率不同，UPS分為小功率（30kVA）47按變壓器特點不同，UPS分為高頻UPS（高頻機） 工頻UPS（工頻機）按工作原理不同，UPS分為后備式UPS在線互動式UPS在線式UPS48特點 市電正常時逆變器不工作 切換時間長負載逆變器電池組充電器175264V功率等級0.25-2KVA左右市電山特K500型 49特點 逆變器與充電器合二為一 實現(xiàn)分段穩(wěn)壓 雙向變換器 市電正常整流停電逆變264-276V150-175V175-264V功率等級0.7-20KVA左右電池組負 載 市電UPS-1100CA50 特點：正常情況下逆變電路始終

18、處于工作狀態(tài)功率等級0.71500KVA逆變器整流器市電電池組負載切換開關51后備式后備式在線互動式在線互動式在線式在線式逆變器狀態(tài)逆變器狀態(tài)后備后備熱備熱備工作工作輸出輸出電能質(zhì)量電能質(zhì)量低低中等中等最高最高切換時間切換時間5 51212msms4 4msms0 0成本成本低低中等中等較高較高！后面的介紹都只針對于在線式UPS52 在主路市電正常時，在主路市電正常時，UPSUPS一方面通過整流器、逆變器給負載一方面通過整流器、逆變器給負載在線提供高品質(zhì)交流電源；另一方面通過整流器為電池充電，將在線提供高品質(zhì)交流電源；另一方面通過整流器為電池充電，將能量儲存在電池中能量儲存在電池中 ，如圖：，

19、如圖：-MainsoutputBypass 市電逆變工作模式：市電逆變工作模式：53 當主路市電掉電或不正常時，系統(tǒng)自動無間斷地切換到電池當主路市電掉電或不正常時，系統(tǒng)自動無間斷地切換到電池工作模式，由電池逆變出用戶所需的三相四線交流電源向負載供工作模式，由電池逆變出用戶所需的三相四線交流電源向負載供電。市電恢復后系統(tǒng)自動無間斷地恢復到正常工作模式電。市電恢復后系統(tǒng)自動無間斷地恢復到正常工作模式 ，如圖：，如圖：-outputBypassMains 電池逆變工作模式：電池逆變工作模式：54 旁路工作方式有兩種，一種能自動恢復到正常工作模式；另一種需旁路工作方式有兩種，一種能自動恢復到正常工作模

20、式；另一種需人工干預才能回到正常工作模式。人工干預才能回到正常工作模式。在逆變器過載延時時間到、逆變器受大負載沖擊等情況下，系統(tǒng)自動無間在逆變器過載延時時間到、逆變器受大負載沖擊等情況下，系統(tǒng)自動無間斷切換到靜態(tài)旁路電源向負載供電。斷切換到靜態(tài)旁路電源向負載供電。 在在UPSUPS恢復正常后，系統(tǒng)自動恢復正恢復正常后，系統(tǒng)自動恢復正常供電方式。常供電方式。 當用戶關機，或主路市電掉電（或不正常）且電池儲能耗盡，或發(fā)當用戶關機，或主路市電掉電（或不正常）且電池儲能耗盡，或發(fā)生嚴重故障等情況下，逆變器關閉，系統(tǒng)會停留在旁路工作模式。此后若生嚴重故障等情況下，逆變器關閉，系統(tǒng)會停留在旁路工作模式。此

21、后若需恢復到正常工作模式，則需要用戶重新開機需恢復到正常工作模式，則需要用戶重新開機，如圖：如圖：-BypassMainsoutput 靜態(tài)旁路工作模式：靜態(tài)旁路工作模式：55l旁路輸入范圍 同步要求 負載要求l同源與否 整流工作方式l相序 正相序 并機同相序56 需要對需要對UPSUPS電源及電池等進行全面檢修或設備故障需維修時，可以電源及電池等進行全面檢修或設備故障需維修時，可以通過閉合維護開關通過閉合維護開關Q3BPQ3BP，將負載轉(zhuǎn)向維修旁路直接供電，以實現(xiàn)對將負載轉(zhuǎn)向維修旁路直接供電，以實現(xiàn)對UPSUPS不不停電維護。維修需要斷開停電維護。維修需要斷開UPSUPS內(nèi)部的主路、旁路輸入

22、電源和電池輸入開關內(nèi)部的主路、旁路輸入電源和電池輸入開關以及輸出開關，實現(xiàn)以及輸出開關，實現(xiàn)UPSUPS內(nèi)部不帶電而對負載仍然維持供電的維修工作模內(nèi)部不帶電而對負載仍然維持供電的維修工作模式式，如圖：如圖：-output-BypassMains 維修工作模式：維修工作模式：571、數(shù)字控制技術模擬控制單片機控制DSP控制數(shù)字PID控制 全數(shù)字矢量控制2、UPS冗余技術交替串聯(lián)熱備份技術 單機/并機軟件硬件兼容技術分散式直接并聯(lián)技術 數(shù)字并聯(lián)技術 3、UPS防護技術專業(yè)防雷技術 集中式風道技術瞬態(tài)短路電流限定技術585、綠色電源技術功率因數(shù)校正技術12脈沖整流技術 隔離變壓器技術電磁兼容技術4、

23、高頻開關技術晶閘管絕緣柵雙極晶體管（IGBT） 工頻整流技術高頻整流技術簡單高頻逆變數(shù)字化高頻逆變技術596、電池自動管理技術均浮充轉(zhuǎn)換和溫度補償電池放電終止電壓自動調(diào)節(jié)市電和電池聯(lián)合供電技術電池容量檢測和壽命預估技術電池自動巡檢技術 7、網(wǎng)絡監(jiān)控技術中文視窗技術多數(shù)量UPS監(jiān)控安全監(jiān)控技術 多協(xié)議、跨平臺監(jiān)控技術 60AC DC 整流DC AC 逆變61一、整流器 功能 AC DC 充電器 緩啟動/功率爬升 主要組成 整流橋 DC濾波電容 PFC功率因數(shù)校正電路62種類 二極管整流SCR整流IGBT整流631、二極管整流特點 全導通角，無法調(diào)整整流后的電壓幅值642、SCR整流l特點通過控制

24、SCR導通角來控制導通時間，從而控制輸出的直流電壓65l三相全橋SCR整流l特點降壓整流，結構簡單，控制易實現(xiàn)，可靠性高663、三相IGBT全控整流橋 特點PFC升壓整流，高輸入功率因數(shù)67二、逆變器 功能 DC AC 保證為負載提供潔凈的電源 組成 IGBT三相逆變橋 AC輸出濾波電容 控制邏輯電路 輸出變壓器（transformer-base / transformer-less）68+380V-380V220VLN+-NQ1Q2C1C2D1D2LC3+380-380U69SPWM調(diào)制波的產(chǎn)生 定義 SPWM（正弦波脈沖寬度調(diào)制）調(diào)脈沖寬度來控制輸出電壓穩(wěn)定70SR+RNTRSSTT_ 三

25、相半橋逆變器71400300100200200-20-40-600母線電壓V電池電流A時間tT1T2T3T4T1T1為恒壓均充階段，T2為浮充階段，T3為電池逆變供電階段，T4為限流均充階段72 l電池可用相同的多組（小于5）并聯(lián)；l電池需外接開關，電池開關要滿足相關要求。l電池到UPS的距離盡可能近。l盡量使用電池架，便于以后維護電池。 output-Mains 73l防雷器l接觸器l熔斷器l電感l(wèi)變壓器l電容器l磁環(huán)l電流互感器l電池開關l浪涌抑制器74 UPS內(nèi)置D級防雷器，指示燈亮為正常。故障更換前，請檢查上級（C級）防雷器或浪涌抑制器。電池接入延時啟動交流接入熔斷器檢測觸點7778直

26、流電容交流電容停機后仍可能帶電！磁環(huán)（抑制諧波）霍爾元件（測直流電流）80Q4、Q5標注不同，都是輸出開關。主路輸入旁路輸入維修旁路輸出81輸入電壓范圍：典型10%（一般可設置）旁路允許電壓范圍：典型 10（一般可設置）輸入頻率允許范圍：通常5輸入功率因數(shù)：UPS作為電網(wǎng)負載的功率特性輸入電流諧波分量：UPS回饋給電網(wǎng)的諧波電流83穩(wěn)態(tài)電壓精度：大型為1%，中小型為2%。輸出瞬態(tài)特性：大型5%，中小型8%。輸出過載能力：（如：過載125% 5min;150% 10S)輸出功率因數(shù)：典型0.8、0.9、1.0輸出電壓畸變（THD）：典型3%以內(nèi)。頻率跟蹤范圍：50HZ2Hz 考慮到負載啟動時的沖

27、擊，最佳負載容量應為UPS容量的70%80%。84系統(tǒng)效率：滿載時效率92%到97%。 不同負載率下的效率曲線。不同負載率下輸入端的無功。零地電壓。85l電氣基礎交流lUPS原理和分類lUPS供電系統(tǒng)介紹l主要UPS廠家產(chǎn)品介紹8687 用于中小功率，易于安裝調(diào)試，沒有擴容能力，從機電池壽命縮短，對單機抗階躍負載能力要求高88全部交流負載集中供電，由各臺UPS平均分擔，可靠性高各臺UPS的旁路和輸出分別并接在一起主路可以采用不同的輸入交流電控制復雜，成本較高899091l電氣基礎交流lUPS原理和分類lUPS供電系統(tǒng)介紹l主要UPS廠家產(chǎn)品介紹92功率功率 (kVA)主要型號主要型號Hipul

28、se20/30/40/60/80/100/120/160/200/300/400/50020/30/40/60/80/100/120/160/200/300/400/50080/120/160/200/300/40080/120/160/200/300/400102080/100/120/160/200/300/400/50080/100/120/160/200/300/400/5006030120 20080080500/600/800500/600/800Hipulse UNXL20/30/40/60/80/10020/30/40/60/80/100UL3330/40/60/8030/40/60/80UL31Industry3X110/15/20/30/40/60/8010/15/20/30/40/60/80Industry3X393