UPS容量和時間算法

./《機房UPS容量/電池后備時間快速計算方法》快速估算機房IT設備功率：知道機柜數(shù)量,以1個機柜負載3~5KW計算IT設備總功率；普通PC功率約200W,蘋果機約300W,服務器約300W~600W,其它請查閱設備說明書；設計UPS時,計算出UPS容量后,配置UPS數(shù)量推薦采用N+1冗余部署；4、電池計算,最快捷的方法可以查UPS廠家的電池配置表,簡單快捷；想了解具體算法請參閱本文；UPS容量快速計算方法計算公式：UPS容量KVA＝負載功率KW÷功率因數(shù)÷0.7；1、負載功率KW：需要帶載IT設備的負載功率,一般用KW表示〔如10KW2、UPS容量KVA：UPS容量一般用KVA表示〔如10KVA,UPS容量KVA*功率因數(shù)=KW,一般情況下KVA≧KW,只有當功率因素為1時,KVA=KW>3、UPS最大帶載功率KW＝UPS容量KVA×功率因數(shù)〔功率因數(shù)一般在0.8～1之間,查UPS參數(shù)表可得,一般取0.84、配置UPS時,建議UPS所帶的負載功率〔KW約為UPS最大帶載功率〔KW的70%為佳；計算示例：以10KW負載為例,計算所需要UPS容量步驟如下：第一步：套用公式,UPS容量KVA＝10KW÷0.8÷0.7=17.85KVA；第二步：選用合適的UPS,根據(jù)以上結(jié)果實際可選用20KVA的UPS滿足要求；UPS電池容量的快速計算方法電池計算方法一計算所需電池安時數(shù)<AH>〔此方法簡單快捷,一般的估算,采用此方法即可計算公式：電池安時數(shù)<AH>=UPS標稱功率<VA>×功率因素×延時時長<小時數(shù)>÷逆變器啟動電壓<電池組電壓>÷逆變器效率；1、功率因數(shù)一般取0.8；2、逆變器效率一般取0.9；3、逆變器啟動電壓<電池組電壓>根據(jù)不同型號UPS而不同〔查UPS參數(shù)可得計算示例：以3000VAUPS延時4小時為例,計算步驟如下：每一步：查UPS參數(shù),得UPS逆變器啟動電壓<電池組電壓>：U=96V,選用電池額定電壓：U1=12V,得出每組電池數(shù)量：N=U÷U1=96V÷12=8節(jié)/組；第二步：套用公式,電池安時數(shù)<AH>=3000VA×0.8×4小時÷96V÷0.9=111AH；第三步：選用合適的電池,以上結(jié)果得出需要111AH的蓄電池才能滿足4小時的供電,但是常規(guī)蓄電池一般沒有容量為111AH的,且需要8節(jié)/1組,我們可以選擇2組<16節(jié)>65AH的蓄電池并聯(lián)進行配置,其延時時間為:65AH×2÷3000VA÷0.8×96V×0.9=4.68小時；注：以上算出的電池安時數(shù)<AH>也常理解為：電池放出容量；如果電池放電效率不為1,參照以下公式換算出電池標稱容量,再選電池。電池放出容量=電池標稱容量×電池放電效率；電池放電效率不同型號參考值有：0.4/0.5/0.6/0.7/0.8/0.9/1；電池計算方法二計算電池最大放電電流值〔I最大〔此方法相對精確,如果追求更精確的配置,可采用此方法計算公式：I最大=Pcosф/〔η*E臨界*N1、P：UPS電源的標稱輸出功率；2、cosф：UPS電源的輸出功率因數(shù)〔UPS一般為0.83、η：UPS逆變器的效率,一般為0.88~0.94〔實際計算中可以取0.94、E臨界：蓄電池組的臨界放電電壓〔12V電池約為10.5V,2V電池約為1.7V5、N：每組電池的數(shù)量；6、根據(jù)所選的蓄電池組的后備時間,查出所需的電池組的放電速率值C,然后根據(jù)：電池組的標稱容量=I最大/C,算出電池組的標稱容量；時間與放電速率C示例表如下：30分鐘60分鐘90分鐘120分鐘180分鐘0.92C0.61C0.5C0.42C0.29C計算示例：以300KVAUPS延時30分鐘為例,計算步驟如下：第一步：查UPS參數(shù),得UPS逆變器啟動電壓<電池組電壓>：U=360V,選用電池額定電壓：U1=12V,得出每組電池數(shù)量：N=U÷U1=360V÷12=30節(jié)/組；第二步：套用公式,I最大=P×cosф÷〔η×N×E=300000VA×0.8÷〔0.9×30×10.5=846A；第三步：套用公式,得出電池組的標稱容量=I最大/C=846÷0.92=919AH；第四步：選用合適的電池,以上結(jié)果得出電池組的總?cè)萘?919AH×30節(jié)×12V=330840AH,可采用電池150AH30節(jié)6組；電池計算方法三電池恒功率計算法〔此方法相對精確,快捷,計算出恒功率數(shù)值后,查電池廠家恒功率表恒功率計算公式：W=<P·cosΦ>/<ηN·6>2V單體電池放電截止電壓：1.70V；UPS輸出功率因數(shù)cosΦ：0.8；UPS逆變效率η：0.95；UPS電池節(jié)數(shù)：N〔一般為12V電池的節(jié)數(shù),查電池恒功率表一般是電池2V對應的W數(shù),換算成2V電池節(jié)數(shù)：N*6計算示例：以400KVAUPS延時30分鐘為例,計算步驟如下：第一步：套用公式,W=<400×1000×0.8>/<0.95×32pcs×6>=1754.39W第二步：計算出W值后,查電池恒功率表如下〔可選977.7的2組,滿足要求：補充說明：UPS后備蓄電池的容量計算方法很多〔電源法、恒功率法、恒流法、估算法等,各種計算方法各有側(cè)重點,在實際應用中需要綜合考慮蓄電池的使用情況,UPS所帶負載情況以及應用的場合來選擇適合的電池容量計算方法。UPS分類：工頻機和高頻機區(qū)別一、工頻機和高頻機的原理分析1、工頻機和高頻機是按UPS的設計電路工作頻率來區(qū)分的。工頻機是以傳統(tǒng)的模擬電路原理設計,由晶閘管<SCR>整流器、IGBT逆變器、旁路和工頻升壓隔離變壓器組成。因其整流器和變壓器工作頻率均為工頻50Hz,顧名思義叫工頻UPS。2、高頻機通常由IGBT高頻整流器、電池變換器、逆變器和旁路組成。IGBT可以通過控制加在門極的驅(qū)動來控制其開通與關(guān)斷,IGBT整流器開關(guān)頻率通常在幾千赫到幾十千赫,甚至高達上百千赫,遠遠高于工頻機,因此稱為高頻UPS。高頻機輸出沒有變壓器隔離,如果逆變功率器件發(fā)生短路,則直流母線〔DCBUS上的高直流電壓直接加到負載上,這是安全隱患,而工頻機則不存在此問題。二、從工頻機和高頻機的性能對比來分析1、在可靠性方面,工頻機要優(yōu)于高頻機：工頻機采用晶閘管<SCR>整流器,該技術(shù)經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展和革新,已經(jīng)非常成熟,其抗電流沖擊能力非常強。由于SCR屬于半控器件,不會出現(xiàn)直通、誤觸發(fā)等故障。相比而言,高頻機采用的IGBT高頻整流器雖然開關(guān)頻率較高,但是IGBT工作時有嚴格的電壓、電流工作區(qū)域,抗沖擊能力較低。因此在總體可靠性方面,IGBT整流器比SCR整流器低。2、在環(huán)境適應性方面,高頻機要優(yōu)于工頻機：高頻機是以微處理器作為處理控制中心,將繁雜的硬件模擬電路燒錄于微處理器中,以軟件程序的方式來控制UPS的運行。因此,體積、重量等方面都有明顯的降低,噪音也較小,對空間、環(huán)境影響小,因此比較適合于對可靠性要求不太苛刻的辦公場所。正因為如此,許多廠家的中小功率UPS普遍推出了高頻機。3、在負載對零地電壓的要求方面,工頻機要優(yōu)于高頻機：大功率三相高頻機零線會引入整流器并作為正負母線的中性點,這種結(jié)構(gòu)就不可避免地造成整流器和逆變器高頻諧波耦合在零線上,抬升零地電壓,造成負載端零地電壓抬高,很難滿足IBM、HP等服務器廠家對零地電壓小于1V的場地需求。另外,在市電和發(fā)電機切換時,高頻機往往因零線缺失而必須轉(zhuǎn)旁路工作,在特定工況下可能造成負載閃斷的重大故障。工頻機因整流器不需要零線參與工作,在零線斷開時,UPS可以保持正常供電。4、綜上所述,工頻機UPS和高頻機UPS的差異主要表現(xiàn)在隔離變壓器上,而工頻機對隔離變壓器的使用,在很大程度上提升了UPS的可靠性。從綜合性能方面來講,工頻機和高頻機則各有優(yōu)劣,至少在當前,不存在誰取代誰的問題。用戶在選購設備的時候應當立足于自身的實際需要,而不是盲目跟從。5、補充說明：工頻機是中國的說法,就是指帶工頻變壓器的?？梢岳斫鉃?1000升的水,用1000升的水桶來倒,提水費力,但一次搞定,因此桶子也貴,水里頭雜質(zhì)也多。高頻機是由高頻的小變壓器模擬工頻的。可以理解為1000升的水,用1升的水桶來倒,倒1000次才滿足了用水需求,還不能潑出水來,技術(shù)難度高了,水桶小了,便宜了,而且水質(zhì)更好。因為高頻技術(shù)牽涉到對市電實時監(jiān)控和補充能量難度較高,很多廠家做不好,所以,變得不耐沖擊〔水潑出來。工頻機本身就是大諧波源,傷害設備,還費電,不節(jié)能。所以,目前有的說工頻機比高頻機好,只是針對國內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)能力來看的,說穿了,就是國內(nèi)的高頻電源技術(shù)還不太成熟。相比某本國的高頻技術(shù)就沒這個問題,省電,還抗諧波。UPS其它常見分類介紹UPS電源按其工作原理可分為后備式、在線式以及在線互動式三種。從備用時間分,UPS分為標準型<內(nèi)置電池>和長效型兩種〔可靈活配置電池一、后備式UPS平時處于蓄電池充電狀態(tài),在停電時逆變器緊急切換到工作狀態(tài),將電池提供的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的交流電輸出,因此后備式UPS也被稱為離線式UPS。后備式UPS電源的優(yōu)點是：運行效率高、噪音低、價格相對便宜,主要適用于市電波動不大,對供電質(zhì)量要求不高的場合,比較適合家庭使用。然而這種UPS存在一個切換時間問題,因此不適合用在關(guān)鍵性的供電不能中斷的場所。不過實際上這個切換時間很短,一般介于2至10毫秒,而計算機本身的交換式電源供應器在斷電時應可維持10毫秒左右,所以個人計算機系統(tǒng)一般不會因為這個切換時間而出現(xiàn)問題。后備式UPS一般只能持續(xù)供電幾分鐘到幾十分鐘,主要是讓您有時間備份數(shù)據(jù),并盡快結(jié)束手頭工作,其價格也較低。對不是太關(guān)鍵的電腦應用,比如個人家庭用戶,就可配小功率的后備式UPS。二、在線式UPS這種UPS一直使其逆變器處于工作狀態(tài),它首先通過電路將外部交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?再通過高質(zhì)量的逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為高質(zhì)量的正弦波交流電輸出給計算機。在線式UPS在供電狀況下的主要功能是穩(wěn)壓及防止電波干擾；在停電時則使用備用直流電源〔蓄電池組給逆變器供電。由于逆變器一直在工作,因此不存在切換時間問題,適用于對電源有嚴格要求的場合。在線式UPS不同于后備式的一大優(yōu)點是供電持續(xù)長,一般為幾個小時,也有大到十幾個小時的,它的主要功能是可以讓您在停電的情況可像平常一樣工作,顯然,由于其功能的特殊,價格也明顯要貴一大截。這種在線式UPS比較適用于計算機、交通、銀行、證券、通信、醫(yī)療、工業(yè)控制等行業(yè),因為這些領域的電腦一般不允許出現(xiàn)停電現(xiàn)象。三、在線互動式UPS這是一種智能化的UPS,所謂在線互動式UPS,是指在輸入市電正常時,UPS的逆變器處于反向工作〔即整流工作狀態(tài),給電池組充電；在市電異常時逆變器立刻轉(zhuǎn)為逆變工作狀態(tài),將電池組電能轉(zhuǎn)換為交流電輸出,因此在線互動式UPS也有轉(zhuǎn)換時間。同后備式UPS相比,在線互動式UPS的保護功能較強,逆變器輸出電壓波形較好,一般為正弦波,而其最大的優(yōu)點是具有較強的軟件功能,可以方便地上網(wǎng),進行UPS的遠程控制和智能化管理。可自動偵測外部輸入電壓是否處于正常范圍之內(nèi),如有偏差可由穩(wěn)壓電路升壓或降壓,提供比較穩(wěn)定的正弦波輸出電壓。而且它與計算機之間可以通過數(shù)據(jù)接口〔如RS-232串口進行數(shù)