UPS基本原理及應(yīng)用(移動(dòng)培訓(xùn)版)

UPS根本原理及應(yīng)用主要內(nèi)容UPS概述UPS原理UPS分類UPS術(shù)語及重要參數(shù)UPS高可靠性的供電方案UPS技術(shù)開展趨勢UPS根底培訓(xùn)

一、UPS概述一、UPS概述

什么是UPS為什么使用UPSUPS的功能UPSUPS=UninterruptedPowerSupply信息及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備蓄電池市電什么是UPSUPS=UninterruptedPowerSystem什么是UPS電源：利用電能變換技術(shù)將市電或電池第一次電能轉(zhuǎn)換成適合各種用電對象的二次電能的系統(tǒng)或裝置。電能變換表達(dá)：變壓、調(diào)壓、整流、濾波、穩(wěn)定、變換電能變換技術(shù)：線性穩(wěn)壓、相控、變頻、PWM、SPWM、軟開關(guān)PWM、移項(xiàng)諧振、無功補(bǔ)償、功率因素校正等UPS:一種可以提供兩個(gè)以上供電線路的設(shè)備，當(dāng)主要供電失效時(shí)，可以切換至備份的供電路徑。為您重要的設(shè)備提供靈活且完善的電源保護(hù)什么是UPS

－UPS系統(tǒng)組成一個(gè)完備的UPS系統(tǒng)，是由UPS主機(jī)、電池、市電〔發(fā)電機(jī))、后臺(tái)監(jiān)控或網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟/硬件等單元共同組成的。ATS市電1UPSUPS輸入配電柜UPS輸出配電柜油機(jī)ATS市電2后臺(tái)監(jiān)控負(fù)載電池

UPS系統(tǒng)精密空調(diào)一、UPS概述什么是UPS為什么使用UPSUPS的功能為什么用UPS？－電網(wǎng)問題波形下限市電斷電電壓浪涌電線噪聲瞬態(tài)尖峰頻率漂移諧波失真……電網(wǎng)為什么用UPS？－電網(wǎng)問題電網(wǎng)問題引發(fā)原因現(xiàn)象市電斷電停電、空氣開關(guān)跳閘零電壓持續(xù)2個(gè)周波以上電壓浪涌大型設(shè)備關(guān)閉或雷擊引起電壓高于110%額定值，持續(xù)一個(gè)或多個(gè)周波波形下陷大型設(shè)備突然啟動(dòng)、電網(wǎng)切換電壓低于80-85%額定值，持續(xù)一個(gè)或多個(gè)周波

瞬態(tài)尖峰閃電、電子開關(guān)工作，電焊電壓峰值高達(dá)6000V，持續(xù)時(shí)間一般為0.5-5個(gè)周波諧波干擾電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)、廣播通信設(shè)備、無線通信設(shè)備、微波設(shè)備頻率漂移小水電，發(fā)電機(jī)電源中斷、電壓波動(dòng)、瞬態(tài)尖峰、電源浪涌、高壓脈沖——造成效勞器、路由器、磁盤陣列等精密設(shè)備數(shù)據(jù)喪失、設(shè)備損壞、死機(jī)、停止工作等。諧波污染、線間噪聲、頻率漂移——造成網(wǎng)絡(luò)傳輸誤碼率大增，數(shù)據(jù)傳輸速度低下等。為什么用UPS？－電網(wǎng)問題對設(shè)備的危害一、UPS概述

什么是UPS為什么使用UPSUPS的功能高可靠性不間斷供電電網(wǎng)穩(wěn)壓、凈化功能電池管理功能智能監(jiān)控功能UPS的四大功能保證動(dòng)力的連續(xù)性高質(zhì)量供電、綠色電源延長電池使用壽命解決UPS維護(hù)問題UPS根底培訓(xùn)

二、UPS原理二、UPS原理常見四種架構(gòu)UPS原理在線式UPS工作模式UPS主要模塊功能介紹常見大型UPS原理架構(gòu)市電負(fù)載逆變器電池組充電器175～264V220±4％～±10％V功率等級0.25-3KVA左右后備式UPS的根本原理市電負(fù)載低通濾波器逆變器/充電器降壓繞組升壓繞組電池組175～264V150～175V264～276V功率等級0.7-20KVA左右互動(dòng)式UPS的根本原理功率等級10-480KVA左右市電負(fù)載主變換器電池組Delta變換器175～264V220±4％～±10％V補(bǔ)償變壓器Dalta變換UPS的根本原理〔一〕Dalta變換UPS的根本原理〔二〕－市電正常時(shí)，85％能量有市電直接提供，15％能量有一個(gè)逆變器提供，－當(dāng)市電異常時(shí)，100％能量有電池提供。－無法解決市電上的諧波污染，比方：頻率異常、浪涌、噪聲等，將直接輸入到重要負(fù)載。ACDCACDCACACACAC3phaseinput3phaseoutputMaininverterDeltainverterNeutralNeutralBatteryBattery整流逆變充電器電池組輸入EMI輸出EMI負(fù)載市電維修開關(guān)旁路輸入空開市電輸入空開切換開關(guān)1234功率等級0.7-1500KVA左右在線式UPS的根本原理〔一〕不管電網(wǎng)電壓是否正常，輸出交流電壓都要經(jīng)過逆變器，即逆變器始終處于工作狀態(tài)。在線式UPS的根本原理〔二〕四種架構(gòu)UPS性能比照二、UPS原理常見四種架構(gòu)UPS原理在線式UPS工作模式UPS主要模塊功能介紹常見大型UPS原理架構(gòu)

在主路市電正常時(shí)，UPS一方面通過整流器、逆變器給負(fù)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，將能量儲(chǔ)存在電池中，如圖：

市電逆變工作模式：當(dāng)主路市電掉電或不正常時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)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(fù)載供電。市電恢復(fù)后系統(tǒng)自動(dòng)無間斷地恢復(fù)到正常工作模式，如圖：

電池逆變工作模式：旁路工作方式有兩種，一種能自動(dòng)恢復(fù)到正常工作模式；另一種需人工干預(yù)才能回到正常工作模式。在逆變器過載延時(shí)時(shí)間到、逆變器受大負(fù)載沖擊等情況下，系統(tǒng)自動(dòng)無間斷切換到靜態(tài)旁路電源向負(fù)載供電。在UPS恢復(fù)正常后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)正常供電方式。當(dāng)用戶關(guān)機(jī)，或主路市電掉電〔或不正?！城译姵貎?chǔ)能耗盡，或發(fā)生嚴(yán)重故障等情況下，逆變器關(guān)閉，系統(tǒng)會(huì)停留在旁路工作模式。此后假設(shè)需恢復(fù)到正常工作模式，那么需要用戶重新開機(jī)，如圖：

靜態(tài)旁路工作模式：

需要對UPS電源及電池等進(jìn)行全面檢修或設(shè)備故障需維修時(shí)，可以通過閉合維護(hù)開關(guān)Q3BP，將負(fù)載轉(zhuǎn)向維修旁路直接供電，以實(shí)現(xiàn)對UPS不停電維護(hù)。維修需要斷開UPS內(nèi)部的主路、旁路輸入電源和電池輸入開關(guān)以及輸出開關(guān)，實(shí)現(xiàn)UPS內(nèi)部不帶電而對負(fù)載仍然維持供電的維修工作模式，如圖：

維修工作模式：二、UPS原理常見四種架構(gòu)UPS原理在線式UPS工作模式UPS主要模塊功能介紹常見大型UPS原理架構(gòu)

整流器〔一〕：功能將市電AC電源轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的DC電源〔直流穩(wěn)壓電源〕輸送足夠能量供給逆變器帶負(fù)載和給電池充電。緩啟動(dòng)/功率爬升。主要組成整流橋中/小容量UPS采用二極管、IGBT

中/大容量UPS采用SCR、IGBTDC濾波電容PFC功率因數(shù)校正電路(PowerFactorCorrection)整流器〔二〕：器件介紹：電力二極管、晶閘管SCR、絕緣門極雙極型晶體管IGBTAGK其他器件，例如：電力場效應(yīng)晶體管P－MOSFET、門極可關(guān)斷晶閘管GTO、雙向晶閘管TRIAC、光控晶閘管LCT、MOS控制晶閘管MCT、集成門極換流晶閘管IGCT等等

整流器〔二〕：可控硅整流理論根底三相全橋SCR整流器C143652+_ABCSCR觸發(fā)脈沖順序：1－2－3－4－5－6－1。。。整流器〔三〕：可控硅整流結(jié)構(gòu)簡單，控制易實(shí)現(xiàn)，可靠性高整流器〔四〕：三相全橋SCR整流器12脈沖整流器移相變壓器負(fù)載電池和逆變器兩個(gè)6脈沖整流橋30°整流器〔五〕：三相全橋IGBT整流

整流器〔六〕：

PFC工作原理目的：使輸入電流在控制電路的作用下，跟隨輸入電壓波形，接近正弦波，提高輸入功率因素。整流器〔七〕：

PFC工作原理整流器〔八〕：

整流器〔九〕：控制要求設(shè)定充電電壓輸出穩(wěn)定的DC電源，DCV波動(dòng)≤±1%，紋波＜1%。相序保護(hù)〔三相SCR〕輸入限流充電限流浮充/均充自動(dòng)轉(zhuǎn)換電池測試與保護(hù)即時(shí)/定時(shí)電池檢測溫度補(bǔ)償2-3mv/℃自動(dòng)調(diào)整放電終止電壓

逆變器〔一〕：功能：把整流器或電池送來的DC電源變換成電壓穩(wěn)定〔額定值±1%〕，頻率穩(wěn)定〔額定值±1-2%，本機(jī)振蕩精度可達(dá)額定值±0.05%〕，諧波含量少〔THD＜5%，在峰值因數(shù)為3:1〕，干凈的再生正弦波AC電源供給負(fù)載。允許DCV變化范圍：320V-490V。組成：－IGBT三相逆變橋

－AC輸出濾波電容

－輸出變壓器

－控制邏輯電路半橋方案：經(jīng)典逆變技術(shù)逆變器〔二〕：全橋方案：經(jīng)典逆變技術(shù)逆變器〔三〕：

逆變器〔四〕：SPWM〔正弦脈寬調(diào)制技術(shù)〕:它用調(diào)整脈沖寬度和控制占空比的方法，來到達(dá)輸出電源的穩(wěn)定。

逆變器〔五〕：控制要求：－負(fù)反響調(diào)控輸出電壓；各相電壓分相調(diào)整，瞬態(tài)變化恢復(fù)快。－三相電壓相位角保持穩(wěn)定120°±1°－良好限流功能，遇到過載或短路時(shí)保護(hù)IGBT－精準(zhǔn)的本機(jī)振蕩頻率、鎖相同步技術(shù)保證可調(diào)整的同步窗口，可調(diào)整的同步跟蹤速率。－完善的保護(hù)功能和自檢功能。－輸出電纜線壓降正動(dòng)補(bǔ)償。靜態(tài)開關(guān)〔一〕：功能－在發(fā)生以下情況時(shí)，無中斷地〔同步〕把負(fù)載電源轉(zhuǎn)接到旁路電源：UPS輸出端發(fā)生過載、甚至短路、逆變器故障〔包括過溫，超/欠壓〕－具有比逆變器更強(qiáng)過載能力〔100%可達(dá)200ms〕組成－用SCR做成無觸點(diǎn)開關(guān)，在旁路和逆變器側(cè)各有一組。－正因?yàn)闊o觸點(diǎn)，開關(guān)整速度快，從而保證轉(zhuǎn)換無中斷，不會(huì)產(chǎn)生因電弧引起的高頻干擾，影響負(fù)載運(yùn)行。旁路實(shí)現(xiàn)逆變器不能正常工作時(shí)的市電帶載反向并聯(lián)靜態(tài)開關(guān)組靜態(tài)開關(guān)〔二〕：t1t2V1V2市電逆變器電源靜態(tài)開關(guān)〔三〕：靜態(tài)開關(guān)〔四〕：控制兩組靜態(tài)開關(guān)門驅(qū)動(dòng)信號(hào)互鎖，防止同時(shí)導(dǎo)道。檢測市電電壓，當(dāng)市電電壓超限〔一般為±10%〕時(shí)禁止轉(zhuǎn)換。檢測輸出電壓決定是否進(jìn)行轉(zhuǎn)換。過載檢測，決定是否轉(zhuǎn)換至旁路。手動(dòng)維修旁路功能：為在不中斷負(fù)載電源情況下，檢修UPS。輔助觸點(diǎn)發(fā)出信號(hào)，禁止逆變器啟動(dòng)。組成：加鎖的手動(dòng)開關(guān)?？刂疲菏謩?dòng)控制、嚴(yán)格按操作步驟，把負(fù)載從逆變器供電轉(zhuǎn)到手動(dòng)維修旁路及恢復(fù)逆變器供電。電池〔一〕功能：當(dāng)市電中斷或超限時(shí)，供給逆變器能量〔DC電源〕保證負(fù)載電源不會(huì)中斷。組成：閥控鉛酸電池〔VRLA〕——全密封免維護(hù)電池。電池柜或電池架電池開關(guān)安裝在電池柜內(nèi)或電池房內(nèi)溫度傳感器電池〔二〕控制：-三位電池開-DC欠壓保護(hù)-溫度檢測信號(hào)-電池開關(guān)狀態(tài)指示電池選配–功率算法根據(jù)每2伏單元放電功率計(jì)算電池容量〔AH〕P*1000*cosφW=--------------η·N*6式中：P-UPS容量〔VA〕 W-每2伏單元之提供的功率〔W〕 η-UPS效率〔一般可取0.9〕 Cosφ-UPS輸出功率因數(shù)〔一般取0.8〕 N-一組電池中電池?cái)?shù)量〔此處為12V電池〕 注：假設(shè)2V電池那么N*16V電池那么N*3電池選配–功率算法放電終止電壓一般取1.67V根據(jù)客戶要求電池支持時(shí)間查表，決定電池型號(hào)及組數(shù)如查表結(jié)果組數(shù)過多〔＞3〕，那么考慮大容量電池。上述計(jì)算公司是按UPS滿載考慮，可視客戶情況，按80%負(fù)載計(jì)算〔可降低容量或組數(shù)〕例：7200/30KVAUPS，客戶要求支持30分鐘計(jì)算W30*1000*0.8W=--------------=138(W)0.9*32*6查表：大力神UPS12-225電池〔75AH〕，當(dāng)終止電壓為1.67V時(shí)，30分鐘可以提供161W功率，應(yīng)選一組〔32只〕那么可到達(dá)要求。電池選配–電流算法根據(jù)最大放電電流計(jì)算電池容量〔AH〕最大放電電流P*1000*cosφImax=--------------η·Vend式中：Imax——最大放電電流〔A〕 P——UPS額定容量〔KVA〕 cosφ——UPS輸出功率因數(shù)〔一般取0.8〕 η——UPS效率〔一般取0.9〕 Vend——該型號(hào)UPS放電終止電壓〔V〕電池選配–電流算法查放電曲線確定電池放電率計(jì)算所需電池容量電池容量〔AH〕=K*電池最大放電電流*放電時(shí)間其中，K為調(diào)整系數(shù)，如下表：

例：7200/30KVAUPS電池支持時(shí)間1小時(shí)的電池容量計(jì)算。30*1000*0.8Imax=--------------=83.33〔A〕0.9*32*10從曲線上查得調(diào)整系數(shù)為2:

電池容量〔AH〕=83.33*2*1=176〔AH〕≈200AH

二、UPS原理常見四種架構(gòu)UPS原理在線式UPS工作模式UPS主要模塊功能介紹常見大型UPS原理架構(gòu)傳統(tǒng)SCR整流UPS〔工頻〕優(yōu)點(diǎn)：輸入輸出隔離、電網(wǎng)擾動(dòng)不會(huì)影響負(fù)載、電池直接掛在母線上缺點(diǎn)：體積大，重量大、本錢高無隔離三相UPS〔高頻機(jī)〕優(yōu)點(diǎn)：功率因數(shù)高、諧波電流小、輸入特性好、體積小、重量輕缺點(diǎn)：輸入輸出不隔離、電網(wǎng)的擾動(dòng)對負(fù)載有影響；不可帶半波整流非對稱性負(fù)載高頻整流UPS〔工頻〕優(yōu)點(diǎn)：輸入輸出隔離、供電質(zhì)量好、輸入特性好、功率因數(shù)>0.99、諧波電流<3%、負(fù)載適應(yīng)能力強(qiáng)

缺點(diǎn)：本錢高、體積較大、重量較重UPS根底培訓(xùn)

三、UPS分類按工作原理不同，UPS分為：后備式UPS、互動(dòng)式UPSDelta變換式UPS、在線式UPS按供電體系不同，UPS分為：單進(jìn)單出UPS三進(jìn)單出UPS三進(jìn)三出UPS按輸出功率不同，UPS分為：小功率〔<20kVA〕中等功率〔20至80kVA〕大功率〔>80kVA〕UPS分類按電池位置不同，UPS分為：電池內(nèi)置式UPS〔標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型〕電池外置式UPS〔長延時(shí)機(jī)型〕按多機(jī)運(yùn)行方式不同，UPS分為：串聯(lián)熱備份UPS〔用于中小功率機(jī)器〕直接并聯(lián)UPS(用于中大功率〕雙母線并聯(lián)UPS(用于中大功率)UPS分類UPS分類按變壓器特點(diǎn)不同，UPS分為：高頻UPS〔高頻機(jī)〕工頻UPS〔工頻機(jī)〕按輸出波形不同，UPS分為：方波輸出UPS階梯波〔準(zhǔn)正弦波〕UPS正弦波輸出UPSUPS根底培訓(xùn)四、UPS根本術(shù)語和指標(biāo)UPS根本術(shù)語1UPS根本術(shù)語2主路輸入電源：InputMainSupply靜態(tài)旁路輸入電源：StaticBypassMainSupply維修旁路：MaintenanceBypass隔離開關(guān)：Isolator斷路器：CircuitBreaker整流器：Rectifier逆變器：Inverter直流母線:DCBusUPS根本術(shù)語3后備時(shí)間：AutonomyTime緊急停機(jī)：EmergencyStop逆變不同步：INVUnsynchronized單個(gè)UPS：UPSModule冗余并機(jī)：RedundantParallel增容并機(jī)：CapacityParallel

UPS根本技術(shù)指標(biāo)1(以UL33為例〕UPS根本技術(shù)指標(biāo)2(以UL33為例〕UPS根本技術(shù)指標(biāo)3(以UL33為例〕UPS根底培訓(xùn)五、UPS高可靠性的供電方案適用范圍：中小功率機(jī)型優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格廉價(jià)，安裝方式簡單可靠。缺點(diǎn)：從機(jī)電池壽命縮短。對單機(jī)抗階躍負(fù)載能力要求高。沒有擴(kuò)容能力。市電負(fù)載AC/DC----DC/ACAC/DC----DC/AC主路從機(jī)旁路從機(jī)輸出方案一：主從機(jī)串聯(lián)“熱備份〞方案適用范圍：大功率機(jī)型優(yōu)點(diǎn)：多臺(tái)UPS平均分?jǐn)傌?fù)載、可靠性高。缺點(diǎn)：控制電路復(fù)雜。本錢高。形式較多：直接并機(jī)〔N+1)、并機(jī)柜方式(并機(jī)旁路柜〕、導(dǎo)航型方式、熱同步方式。市電負(fù)載AC/DC----DC/ACAC/DC----DC/AC主機(jī)從機(jī)從