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UPS基础知识 咨询中心李豁亮 2012年7月 UPS 全称叫做 UninterruptiblePowerSystem中文名称 不间断电源系统主要功能 稳压滤波 消除电网中各种干扰不间断 依靠电池提供长延时 UPS分类 按照UPS的工作状态分为动态UPS 飞轮旋转式 通常为500KVA以上大功率UPS静态UPS 市场主流 固定式安装按照UPS的输入输出相数分为单进单出三进单出三进三出按照UPS使用环境分为商用UPS工业UPS按照UPS硬件结构分为后备式在线互动式在线式 我国的用电制度 分为三相和单相两种电压电网中传输的是三相电 频率50Hz三相电又叫工业电 标准电压是380V单相电又叫市电 民用电 标准电压是220V三相负载分为Y形和 形两种接线方式UPS输入端需要使用Y形接线方式电动机一般使用 形接线方式三相四线和三相五线的区别在于低压配电网中采用三相四线传输三相四线和三相五线的区别在于有没有保护地线 G 保护地线在变压器侧和零线 N 接在一起供电线路中需要采用三相五线 正常模式 电池模式 电池 交流输出 市电输入 市电输入 后备式UPS 转换开关 逆变器 充电器 后备式UPS优缺点 优点 结构简单效率高价格便宜 适于家庭或个人电脑使用缺点 负载平时为市电直接供电 供电质量差 无法消除各种市电干扰逆变器平时不工作 因此转换停电后 转换时间10mS电池逆变输出波形通常为阶梯波 模拟正弦波 谐波含量大 交流输出 电池 电池模式 正常模式 市电输入 在线互动式UPS 稳压器 逆变器 互动式UPS优缺点 优点 整机效率高逆变输出为正弦波价格便宜 适于家庭或个人电脑使用缺点 功率小负载平时为市电直接供电 供电质量差 无法消除各种市电干扰逆变器平时不工作 因此转换停电后 转换时间10mS 在线双变换式UPS 整流器 逆变器 主输入 旁路输入 手动维护旁路 静态开关 蓄电池 负载 在线双变换式UPS 双变换 是指UPS将输入市电经过交流 直流 交流的双重变换 最终为负载提供了与市电隔离的纯净交流电源在线式双变换结构被证明是可适应各种极端恶劣电网环境 最为可靠的UPS架构 适用于各种关键负载供电 所谓的 工频机 和 高频机 的区别 高频机 无需输出隔离变压器 体积小 重量轻 高频机 输入THDI低 是绿色环保电源 高频机 采用IGBT整流控制技术 各项指标高 更稳定可靠 特别需要说明 国际标准没有任何的 工频机 和 高频机 的定义 这个名词是中国UPS界 特有 的 工频机 原理 全桥式逆变结构必须加装输出升压变压器 U W V U1 W1 V1 N 高频机 原理 整流器 升压器 逆变器 INV STATICSW RES STATICSW U V W N U1 V1 W1 N1 U2 V2 W2 N2 输入 输出 380VDC IGBT器件 逆变器PWM斩波输出 380VDC 380VDC 1 视在功率S 电压V 电流A VA 伏安 2 有功功率P S 功率因数F W 瓦特 3 无功功率 乏 4 功率因数F P S cos UPS参数详解 UPS参数详解 视在功率 电流与电压有效值的乘积有功功率 是电器实际工作时做工的功率 是电度表中计量的读数 即为付费的数量无功功率 在市电与负载之间往返传递的功率功率因数 有输入功率因数和输出功率因数之分输入功率因数 是表示UPS本身具备的负载特性及向电网引入有功功率的情况 越高说明对市电的利用越充分 输出功率因数 实际上等于负载的功率因数 台式电脑大概为0 6 0 7 服务器现在可以做到0 9 实际计算UPS容量的时候要根据负载的功率因数来计算 如果UPS的输出功率因数可以做到0 9 但是实际负载的功率因数只有0 7 则只能按照0 7计算 UPS参数详解 UPS并不稳频市电在一定范围内变化时 UPS时刻跟踪市电的变化 保持同步 当市电变化范围超过频率跟踪范围时 UPS不跟踪市电 稳频工作 相关指标为 输入频率 频率跟踪范围 频率跟踪速率 UPS参数详解 峰值因数 CF 所谓的CF是指周期波形的峰值与有效值之比 由于计算机性负载接受正弦波电压会产生CF 介于2 4 2 6倍的电流 因此 UPS设计时常需能提供CF值3的规格 以满足计算机性负载的应用 3 1 冲击性负载的CF远大于3 1 因此需要增加UPS的功率来承受冲击 UPS参数详解 THDI输入电流谐波总失真度THDI代表了UPS工作是向电网造成污染的程度 这项指标越低越好 工频机 THDI很高 UPS参数详解 电池相关知识UPS中使用的电池一般为12V 长延时可能会用到2V AH表示电池容量 A表示电流 H表示小时 UPS中常用100AH电池100AH电池一般是基于20小时放电率下的 即以5A放电电流 可以放20小时 因此如果放电电流更大 则容量达不到100AH 以沈松电池为例 相关产品图片 Powerware系列UPS Eaton9130 Eaton9135 Eaton9155 700 3000VA 5 6kVA 8 30kVA Eaton9390 Eaton9395 40 160kVA 200 1100kVA Eaton9355 8 40kVA EatonBlade 刀片式 12 60kVA Powerware系列 200 625kVA Eaton9315 相关产品图片 Powerware系列UPS Powerware系列 船用 8 30kVA 9155M 8 40kVA 9355M 40 160kVA 9390M Powerware系列 PPM精密配电柜 20 300kVA 1 3kVA 4 24kVA 15 120kVA XP A 3A3 5 25kVA ARRAY系列 MP 1 3kVA 6 20kVA 60 80kVA C C 3C 3C3 20 40kVA 城堡系列 3C3EX MT Pro 产品展示 山特UPS 0UPDU 16 32A 山特现有UPS的输入 输出类型 伊顿爱克赛9390系列UPS 40KVA60KVA80KVA120KVA160KVA 宽度519mm 宽度944mm 深度804mm 高度1872mm 313kg 60 80kVA 120kVA 40kVA 160kVA 257kg 480kg 530kg 尺寸与重量 绿色电源 电源发展的潮流 全IGBTUPS输入功率因数 0 99输入电流谐波失真度 3 发电机配比 1 1 6脉冲整流器 电流谐波 电压失真 现实 电网污染日益加剧 传统的UPS和开关电源设备都会产生电流谐波反馈 大量电流谐波注入电网 造成电网电压畸变 谐波的危害 占用大量的电网KVA资源导致电力电缆发热 功率损耗零线电流增大电网谐振影响发电机组运行开关误动作 国家关于电流谐波污染的规定 通信用不间断电源 UPS标准 YD T1095 2000 12脉冲整流 8 THDi 6脉冲 滤波器 10 THDi 有源滤波器 THM 3 10 THDi IGBT整流技术 2 THDi 升压整流技术 8 10 THDi 治理电流谐波污染 6脉冲 30 THDi 12脉冲整流 滤波器 5 7 THDi 先污染后治理 高频UPS采用IGBT整流技术 主动式校正 IGBT功率元件 IGBT 绝缘栅双极晶体管诞生于1988年 是目前最先进可靠的功率开关元件目前已被全球所有UPS厂商用于逆变器的功率元件 消除电网中的各种污染和干扰超宽输入电压范围 20 满载 50 20 半载 超宽输入频率范围 45 65Hz抑制电网谐波反馈污染 适应恶劣电网环境 适合新时代负载供电需要 新时代负载供电特点高功率因数 0 9负载高功率密度 体积重量降低80 的UPS负载率 50 负载功率因数在提高 kVA kW 10年前计算机设备功率因数普遍为0 6 0 7今天的计算机和服务器均采用了输入功率因数校正 计算机PF普遍为0 9为此要求UPS可提供更多的有功功率KW 现代服务器功率因数 0 9 传统服务器功率因数 0 7 输入 PFC PowerFactorCorrection PFC电路 输入 输出 输出 负载功率因数在提高 高频UPS提供更多的有功功率 输出功率因数可达0 9而传统UPS输出功率因数仅为0 7 0 8高频UPS具有更强的带载能力 高效节能 整机效率 94 不同技术UPS的效率比较 高频UPS节省大量运行支出 高频系列UPS整机效率高达94 以100kW的负载为例 和12脉冲整流的UPS相比 高6 高可靠性设计 全数字控制 32位DSP芯片 ABM智能化电池管理冗余的逻辑控制电源风道式冷却设计冗余风扇冗余并联技术防回馈保护 32位全数字化DSP控制 集成度高 减少板件 简化电路连接 降低故障率处理速度快 事件处理及时 准确避免了模拟控制固有的硬件差异及参数漂移等缺陷整机内部无任何电位器 UPSABM电池管理技术 超宽输入范围 电池很少需要放电ABM智能电池管理技术电池充电温度补偿关键时刻电池提供充足能量 长期浮充导致电池极板钝化 缩短电池使用寿命 传统的充电方式为 长期浮充 A C B 直流母线正极 直流母线负极 逆变器 蓄电池一直连在直流母线上 滤波电容 市电 ABM 周期性电池充放电 ABM电池管理功能 A C B 电池可控硅触发电路 蓄电池 直流母线正极 直流母线负极 市电 逆变器 电池充满后从直流母线上脱开 纹波电流为零电池的充电和放电是两个回路 ABM带来的好处 实验监测证明 采用ABM电池管理功能可延长电池寿命50 风道式冷却设计优化顺序冷却风扇的冗余配置风扇的转速检测进风口设有除尘过滤网 UPS冷却系统 整机冷却通道前面进风顶部出风优化顺序冷却先冷却接线端子和机械部件再冷却上半部分的功率器件 风道式冷却方式 冗余风扇设计 风扇为 N 1 冗余设计任何单只风扇故障 不影响冷却效果可热插拔更换 UPS热同步并机 UPS之间无需数据通讯电缆 消除并机系统单点故障隐患 UPS单机均完整并独立工作 无任何主从关系 采用自适应算法进行同步跟踪和负载均分 单机的并机参数在线调试 不需要转旁路 负载不平衡度 2 关键负载 UPS1 UPS2 3 4 upto8 双总线输出柜 负载均分 高速动态相位调节 小步长 高频率调节方式 每秒采样3000次 Fn Fn 1 相位同步 负载均分 相位同步