UPS基礎(chǔ)及原理介紹

UPS基礎(chǔ)及原理介紹

目錄電氣基礎(chǔ)交流UPS原理和分類UPS供電系統(tǒng)介紹主要UPS廠家產(chǎn)品介紹1.電氣安全2.電氣基本概念3.電氣變換種類4.常用器件5.接地型式

電氣基礎(chǔ)交流電氣傷害：

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(huì)伴隨電弧及燒傷。觸電因素：

二個(gè)影響人身的因素：包括接觸的時(shí)間和電流的路徑。

電流強(qiáng)度－受傷害的程度與流過(guò)人體的電流密切相關(guān)。

觸電造成的傷害包括:無(wú)法隨意活動(dòng)；對(duì)身體的實(shí)際傷害：重要的器官動(dòng)作受損或造成窒息；對(duì)身體的內(nèi)在傷害；心肌顫動(dòng)。

電氣安全

電氣安全防護(hù)措施：

第一個(gè)是對(duì)下電設(shè)備操作的必備策略。一定要用一塊在帶電設(shè)備上校對(duì)過(guò)（已知值）的萬(wàn)用表對(duì)要操作的電路進(jìn)行檢測(cè)。第二個(gè)策略是要在帶電操作時(shí)使用適當(dāng)?shù)陌踩b備和流程。第三個(gè)策略是接地：這是次級(jí)保護(hù)措施。

“地”是指導(dǎo)體接地，通常指大地面。用作一個(gè)名詞,是通過(guò)導(dǎo)電連接（不管有意無(wú)意），將帶電設(shè)備連接到大地和地面。絕緣–一個(gè)確保不碰到帶電線路或設(shè)備的方法是絕緣。

絕緣體指任何對(duì)電流有高阻抗的物質(zhì)。當(dāng)員工在對(duì)帶電設(shè)備進(jìn)行操作的時(shí)候，在接入電源前，檢查絕緣確保沒(méi)有裸露的電線。

電氣安全交流電—AlternativeCurrent，簡(jiǎn)稱“AC。一般指大小和方向隨時(shí)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—DirectCurrent，簡(jiǎn)稱DC，一般指方向不隨時(shí)間變化的電壓或電流。

電氣基本概念電氣基本概念下述波形是交流電還是直流電？

電氣基本概念電壓--單位正電荷q從電路中一點(diǎn)移至另一點(diǎn)時(shí)電場(chǎng)力做功的大小，單位V(伏)，kV、

mV、μV電流--帶電粒子有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)，在單位時(shí)間里通過(guò)導(dǎo)體任一橫截面的電量叫做電流強(qiáng)度，單位A（安培），kA、mA、μA阻抗--在具有電阻、電感和電容的電路里，對(duì)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(duì)交流電所起的阻礙作用稱為容抗,電感在電路中對(duì)交流電所起的阻礙作用稱為感抗，電容和電感在電路中對(duì)交流電引起的阻礙作用總稱為電抗。阻抗的單位是歐姆Ω。Z=R+j(ωL–1/（ωC）)=R+j（XL-XC）（有功）功率--單位時(shí)間內(nèi)電場(chǎng)力所做的功，單位W(瓦)(Watt，瓦特)電能--在一定的時(shí)間內(nèi)電路元件或設(shè)備吸收或發(fā)出的電能量，通常單位是“度”，它的學(xué)名叫做千瓦時(shí)，符號(hào)是kW·h。

電氣基本概念諧波—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(duì)周期性的非正弦電量進(jìn)行傅里葉級(jí)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（THD）—輸出的各次諧波總有效值和基波有效值之比。視在功率—電壓有效值跟電流有效值的乘積，單位是伏安（VA）功率因數(shù)---為給定負(fù)載兩端的有功功率(kW)和視在功率(kVA)之比效率—輸出有功功率對(duì)輸入有功功率的比值

電氣基本概念交流→直流

整流變換直流→交流

逆變變換高壓→低壓

降壓變換低壓→高壓

升壓變換

電氣變換種類整流基礎(chǔ)整流基礎(chǔ)整流基礎(chǔ)整流基礎(chǔ)整流基礎(chǔ)整流基礎(chǔ)整流基礎(chǔ)整流基礎(chǔ)整流基礎(chǔ)無(wú)源器件：電阻—消耗電能，電壓電流同相位電感—產(chǎn)生磁場(chǎng)儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量，通直流阻交流，電流滯后電壓電容—產(chǎn)生電場(chǎng)儲(chǔ)存電場(chǎng)能量，通交流阻直流，電流超前電壓半導(dǎo)體功率器件：

常用器件常用器件二極管不可控頻率低可控硅半可控電流驅(qū)動(dòng)MOSFET全控電壓驅(qū)動(dòng)功率小IGBT

全控電壓驅(qū)動(dòng)

常用器件之二極管RLuiuouiuott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(kāi)通、關(guān)斷均不控

常用器件之二極管二極管的一般分類：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(jié)型二極管肖特基二極管按功率信號(hào)二極管功率二極管按工作頻率普通二極管開(kāi)關(guān)二極管快恢復(fù)二極管快速軟恢復(fù)二極管按功能整流二極管穩(wěn)壓二極管

常用器件之晶閘管SCR:SiliconControlledRectifier晶體閘流管或Thyristor半控型器件：開(kāi)通可控，關(guān)斷不控

常用器件之晶閘管可控硅整流原理:

常用器件之IGBT什么是IGBT?InsulatedGate

Bipolar

Transistor絕緣柵型雙極型晶體管全控型器件：開(kāi)通可控，關(guān)斷可控

常用器件之IGBT器件特點(diǎn)：高輸入阻抗；電壓型控制器件，驅(qū)動(dòng)功率?。婚_(kāi)關(guān)速度快、工作頻率可達(dá)10-100KHz；飽和壓降低（相比MOSFET小得多）；電壓、電流容量較大，安全工作區(qū)較寬。通常反向集成體二極管

PFC工作原理整流基礎(chǔ)整流基礎(chǔ)整流器類型：SCRIGBT主要差異：功率因素輸入諧波儲(chǔ)能裝置飛輪

飛輪UPS作為一種電能儲(chǔ)存方式,

可提供幾秒到幾分鐘的電能電池

(1)Vented,VRLA

(2)Nicd儲(chǔ)能裝置鎳鎘Nicd鉛酸VRLA備注容量標(biāo)稱C5C10開(kāi)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(yīng)性好差逆變基礎(chǔ)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(shí)，只要脈沖電壓的沖量相等，則他們形成的電流響應(yīng)就相同。因此，要使圖示的PWM電壓波在每一個(gè)時(shí)間段都與該時(shí)段中正弦電壓等效，除每一時(shí)間段的面積相等外，每個(gè)時(shí)間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。逆變基礎(chǔ)

中大功率UPS而言，通常定義額定輸出容量時(shí)都標(biāo)明輸出功率因數(shù)滯后0.8的條件，也就是說(shuō)，在其它某些負(fù)載功率因數(shù)下，UPS有可能不能輸出額定的的標(biāo)稱功率。這主要與UPS逆變器輸出的濾波器呈容性有關(guān)。大多數(shù)廠家也都會(huì)相應(yīng)地給出在線性負(fù)載下不同負(fù)載功率因數(shù)對(duì)應(yīng)的UPS能夠輸出的容量值.逆變基礎(chǔ)各種負(fù)載功率因素的功率折算(KVA)UPS:380V50HZUPS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(fù)載功率因數(shù)下的功率折算（KVA）UPS：400V50HzUPS的額定輸出功率（KVA）406080100120160滯后0.64060801001201600.74060801001201600.84060801001201600.93755749211014713045607590120超前0.92436486072960.82233445566890.72132425364850.6203040506081GalaxyHipulse靜態(tài)開(kāi)關(guān)切換開(kāi)關(guān)類型：

接觸器

晶閘管切換類型：

（1）同步切換

（2）不同步切換

接地型式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(shù)語(yǔ)內(nèi)涵不是十分嚴(yán)格。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)此作了統(tǒng)一規(guī)定，稱為T(mén)T系統(tǒng)、TN系統(tǒng)、IT系統(tǒng)。其中TN系統(tǒng)又分為T(mén)N-C、TN-S、TN-C-S系統(tǒng)。第一個(gè)字母表示電源端與地的關(guān)系T（法文Terre）－電源端有一點(diǎn)直接接地；I（法文Isoland）－電源端所有帶電部分不接地或有一點(diǎn)通過(guò)阻抗接地。第二個(gè)字母表示電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分與地的關(guān)系T（法文Terre）－電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分直接接地，此接地點(diǎn)在電氣上獨(dú)立于電源端的接地點(diǎn)；N（法文Neutre）－電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分與電源端接地點(diǎn)有直接電氣連接。短橫線后的字母用來(lái)表示中性導(dǎo)體與保護(hù)導(dǎo)體的組合情況S（法文Separateur）－中性導(dǎo)體和保護(hù)導(dǎo)體是分開(kāi)的；C（法文Combinaison）－中性導(dǎo)體和保護(hù)導(dǎo)體是合一的

接地型式TN-STN-C

接地型式TN-C-STTIT

目錄電氣基礎(chǔ)交流UPS原理和分類UPS供電系統(tǒng)介紹主要UPS廠家產(chǎn)品介紹負(fù)載蓄電池UPS什么是UPS？－交流不間斷電源市電作用：不間斷供電凈化供電UPS－UninterruptiblePowerSystem

利用電池化學(xué)能作為后備能量，在市電斷電等電網(wǎng)故障時(shí)，不間斷地為用戶設(shè)備提供（交流）電能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。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(hù)管理的需求UPS的功能污染的電網(wǎng)服務(wù)器數(shù)據(jù)丟失磁盤(pán)陣列損壞計(jì)算機(jī)死機(jī)路由器停止工作網(wǎng)絡(luò)傳輸誤碼率增加數(shù)據(jù)傳輸速度低下。。。。。。電網(wǎng)問(wèn)題對(duì)設(shè)備的危害UPS的發(fā)展歷程市電正常時(shí)：市電一電動(dòng)機(jī)一發(fā)電機(jī)組—負(fù)載市電異常時(shí)：

飛輪—發(fā)電機(jī)組—負(fù)載

柴油發(fā)電機(jī)—負(fù)載飛輪儲(chǔ)能，飛輪慣性很大，實(shí)現(xiàn)貯能特點(diǎn)：

運(yùn)行穩(wěn)定可靠，維護(hù)簡(jiǎn)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(dāng)市電發(fā)生斷電時(shí)由蓄電池代替整流器向逆變器供電特點(diǎn)：

重量輕，效率高，噪聲小，操作控制靈活等

過(guò)載能力差，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，維護(hù)技術(shù)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(chǎng)效應(yīng)晶體管(MosFET)，絕緣柵雙極晶體管(IGBT)UPS的分類按供電體系不同，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（<10kVA）中等功率（10至30kVA）大功率（>30kVA）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)）按工作原理不同，UPS分為后備式UPS在線互動(dòng)式UPS在線式UPSUPS的分類后備式UPS工作原理特點(diǎn)市電正常時(shí)逆變器不工作切換時(shí)間長(zhǎng)負(fù)載逆變器電池組充電器175～264V功率等級(jí)0.25-2KVA左右市電山特K500型

特點(diǎn)逆變器與充電器合二為一

實(shí)現(xiàn)分段穩(wěn)壓互動(dòng)式UPS工作原理

雙向變換器

市電正常－整流停電－逆變264-276V150-175V175-264V功率等級(jí)0.7-20KVA左右電池組負(fù)載

市電UPS-1100CA

特點(diǎn)：正常情況下逆變電路始終處于工作狀態(tài)功率等級(jí)0.7－1500KVA逆變器整流器市電電池組負(fù)載切換開(kāi)關(guān)在線式UPS工作原理三種UPS比較后備式在線互動(dòng)式在線式逆變器狀態(tài)后備熱備工作輸出電能質(zhì)量低中等最高切換時(shí)間5～12ms4ms0成本低中等較高！后面的介紹都只針對(duì)于在線式UPS

在主路市電正常時(shí)，UPS一方面通過(guò)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(guò)整流器為電池充電，將能量?jī)?chǔ)存在電池中，如圖：

市電逆變工作模式：在線式UPS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(wú)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(wú)間斷地恢復(fù)到正常工作模式，如圖：

電池逆變工作模式：在線式UPS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(guò)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(wú)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（或不正常）且電池儲(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。此后若需恢復(fù)到正常工作模式，則需要用戶重新開(kāi)機(jī)，如圖：

靜態(tài)旁路工作模式：在線式UPS工作模式旁路旁路輸入范圍

同步要求

負(fù)載要求同源與否

整流工作方式相序

正相序

并機(jī)同相序

需要對(duì)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(guò)閉合維護(hù)開(kāi)關(guān)Q3BP，將負(fù)載轉(zhuǎn)向維修旁路直接供電，以實(shí)現(xiàn)對(duì)UPS不停電維護(hù)。維修需要斷開(kāi)UPS內(nèi)部的主路、旁路輸入電源和電池輸入開(kāi)關(guān)以及輸出開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)UPS內(nèi)部不帶電而對(duì)負(fù)載仍然維持供電的維修工作模式，如圖：

維修工作模式：在線式UPS工作模式1、數(shù)字控制技術(shù)模擬控制單片機(jī)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(shù)交替串聯(lián)熱備份技術(shù)單機(jī)/并機(jī)軟件硬件兼容技術(shù)分散式直接并聯(lián)技術(shù)數(shù)字并聯(lián)技術(shù)3、UPS防護(hù)技術(shù)專業(yè)防雷技術(shù)集中式風(fēng)道技術(shù)瞬態(tài)短路電流限定技術(shù)UPS發(fā)展趨勢(shì)5、綠色電源技術(shù)功率因數(shù)校正技術(shù)12脈沖整流技術(shù)隔離變壓器技術(shù)電磁兼容技術(shù)4、高頻開(kāi)關(guān)技術(shù)晶閘管絕緣柵雙極晶體管（IGBT）

工頻整流技術(shù)高頻整流技術(shù)簡(jiǎn)單高頻逆變數(shù)字化高頻逆變技術(shù)UPS發(fā)展趨勢(shì)6、電池自動(dòng)管理技術(shù)均浮充轉(zhuǎn)換和溫度補(bǔ)償電池放電終止電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)市電和電池聯(lián)合供電技術(shù)電池容量檢測(cè)和壽命預(yù)估技術(shù)電池自動(dòng)巡檢技術(shù)7、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)中文視窗技術(shù)多數(shù)量UPS監(jiān)控安全監(jiān)控技術(shù)多協(xié)議、跨平臺(tái)監(jiān)控技術(shù)

UPS發(fā)展趨勢(shì)雙變換技術(shù)ACDC整流DCAC逆變雙變換技術(shù)一、整流器功能ACDC充電器緩啟動(dòng)/功率爬升主要組成整流橋DC濾波電容PFC功率因數(shù)校正電路雙變換技術(shù)種類二極管整流SCR整流IGBT整流雙變換技術(shù)1、二極管整流特點(diǎn)全導(dǎo)通角，無(wú)法調(diào)整整流后的電壓幅值雙變換技術(shù)2、SCR整流特點(diǎn)通過(guò)控制SCR導(dǎo)通角來(lái)控制導(dǎo)通時(shí)間，從而控制輸出的直流電壓雙變換技術(shù)三相全橋SCR整流特點(diǎn)降壓整流，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制易實(shí)現(xiàn)，可靠性高雙變換技術(shù)3、三相IGBT全控整流橋特點(diǎn)PFC升壓整流，高輸入功率因數(shù)雙變換技術(shù)二、逆變器

功能DCAC保證為負(fù)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）雙變換技術(shù)單相半橋逆變電路雙變換技術(shù)SPWM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(lái)控制輸出電壓穩(wěn)定逆變器控制信號(hào)－SPWM波雙變換技術(shù)SR+RNTRSSTT_三相半橋逆變器電池管理T1為恒壓均充階段，T2為浮充階段，T3為電池逆變供電階段，T4為限流均充階段電池充放電管理功能UPS電池注意事項(xiàng)

電池可用相同的多組（小于5）并聯(lián)；電池需外接開(kāi)關(guān)，電池開(kāi)關(guān)要滿足相關(guān)要求。電池到UPS的距離盡可能近。盡量使用電池架，便于以后維護(hù)電池。

output~--~Mains

UPS常見(jiàn)部件防雷器接觸器熔斷器電感變壓器電容器磁環(huán)電流互感器電池開(kāi)關(guān)浪涌抑制器防雷器UPS內(nèi)置D級(jí)防雷器，指示燈亮為正常。故障更換前，請(qǐng)檢查上級(jí)（C級(jí)）防雷器或浪涌抑制器。接觸器電池接入延時(shí)啟動(dòng)交流接入熔斷器熔斷器檢測(cè)觸點(diǎn)變壓器電容器直流電容交流電容停機(jī)后仍可能帶電！磁環(huán)、霍爾元件磁環(huán)（抑制諧波）霍爾元件（測(cè)直流電流）開(kāi)關(guān)Q4、Q5標(biāo)注不同，都是輸出開(kāi)關(guān)。主路輸入旁路輸入維修旁路輸出電池開(kāi)關(guān)UPS主要參數(shù)——輸入特性輸入電壓范圍：典型±10%（一般可設(shè)置）旁路允許電壓范圍：典型±10％（一般可設(shè)置）輸入頻率允許范圍：通?！?％輸入功率因數(shù)：UPS作為電網(wǎng)負(fù)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UPS主要參數(shù)——輸出特性穩(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(guò)載能力：（如：過(guò)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：50HZ±2Hz考慮到負(fù)載啟動(dòng)時(shí)的沖擊，最佳負(fù)載容量應(yīng)為UPS容量的70%~80%。UPS主要參數(shù)——系統(tǒng)特性系統(tǒng)效率：滿載時(shí)效率92%到97%。不同負(fù)載率下的效率曲線。不同負(fù)載率下輸入端的無(wú)功。零地電壓。

目錄電氣基礎(chǔ)交流UPS原理和分類UPS供電系統(tǒng)介紹主要UPS廠家產(chǎn)品介紹

冗余技術(shù)－主從串聯(lián)熱備份用于中小功率，易于安裝調(diào)試，沒(méi)有擴(kuò)容能力，從機(jī)電池壽命縮短，對(duì)單機(jī)抗階躍負(fù)載能力要求高

冗余技術(shù)－并機(jī)冗余供電全部交流負(fù)載集中供電，由各臺(tái)UPS平均分擔(dān)，可靠性高各臺(tái)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(fù)雜，成本較高冗余技術(shù)－雙母線供電冗余技術(shù)－三總線供電

目錄電氣基礎(chǔ)交流UPS原理和分類UPS供電系統(tǒng)介紹主要UPS廠家產(chǎn)品介紹功率(kVA)主要型號(hào)Hipulse20/30/40/60/80/100/120/160/200/300/400/50080/120/160/200/300/400102080/100/120/160/200/300/400/500603012020080080500/600/800HipulseUNXL20/30/40/60/80/100UL33艾默生UPS系列工頻機(jī)30/40/60/80UL31Industry3X110/15/20/30/40/60/80In