9305原理.doc

爱克赛POWERWARE 9305系列UPS电源的工作原理 Powerware 9150 和 9305系 列 UPS 的 技 术 优 势 采 用 以“ 微 处 理 器” 为 核 心 的 数 字 处 理 技 术， 高 频 脉 宽 调 制 IGBT 型 设 计 的在 线 式UPS。 它 们 能 在 恶 劣 的 电 网 条 件 下， 长 期 可 靠 地 工 作， 性 能 优 越， 便 于 维 护， 予 期 的UPS 单 机 的 平 均 无 故 障 工 作 时 间(MTBF)24 万 小 时。采用独 特的“热同步”直接并机技术，在各UPS单机 之间无需 通讯电缆 连接，就可实现并机的“均流”控制。对于并机系统 中 的各台UPS，它们都处于完全“平等“的调控状态之中. 每 台UPS 能“ 智 能” 地 将 位 于 并 机 系 统 中 的 各 台UPS 同 步 跟 踪 调 到 最 佳 状 态( 彼 此 之 间 的 相 位 差 几 乎 为 零) 和 实 时 动 态 地 调 节 所 带 的 负 载 百 分 比。 实 现 高 精 度 的 负 载 均 分 ,并 在 逆 变 器 万 一 发 生 故 障 时， 将 有 故 障 的UPS 迅 速， 可 靠 地 从 并 机 系 统 中 脱 机， 从 而 确 保 并 机 系 统 继 续 向 用 户 提 供 高 质 量 的 逆 变 器 电 源。 由 于采 用 独 特 的“ 高 频 度， 小 步 长” 的 高 精 度 相 位 调 控 技 术，并机系统 的“负载均流”的不平衡度小2。目前，其它公司 的同 类并机 系统 的“负载均流”不平衡度 为5。 9150 系 列 ( 单 进/ 单 出：8. 10 和12kVA， 三 进/ 单 出 8. 10 .12 和15kVA)9305 系 列( 三 进/ 三 出：7.5 、10、15、20、30、40、50、60kVA)1) 采 用 带 输 入 功 率 因 数 校 正 功 能(PFC) 的 高 频 脉 宽 调 制 型 的 IGBT 整 流 滤 波 器 技 术。 不 但 允 许 极 宽 的 市 电 输 入 工 作 范 围， 而 且， 可 减 少 电 池 的 放 电 次 数， 延 长 电 池 使 用 寿 命。 输 入 电 压 范 围：220V, -22%, +26%, 100% 负 载220V, -41%, +26%, 60% 负 载 输 入 频 率 范 围：50HZ 5HZ 输 入 功 率 因 数： 0.962) UPS 逆 变 器 有 很 强 的 抗 过 载 能 力， 对 阶 跃 性 负 载(0100% 负 载) “ 冲 击” 的 动 态 响 应 速 度 很 快， 仅1 毫 秒 就 可 恢 复 到 输 出 电 压 的 稳 态 值。 过 载 能 力：125, 10 分， 150, 30 秒，180 , 300毫秒3) 优 异 的 带 三 相 不 平 衡 负 载 能 力， 即 使 出 现“ 单 相 满 载” 这 种 极 端 不 平 衡 运 行 状 态 时，UPS 也 可 正 常 工 作 典 型 值： 三 相 相 电 压 差 1( 带100 不 三 相 相 位 移 差 2 平 衡 负 载 时) 4) 采 用“ 微 处 理 器” 监 控 的“ 三 阶” 智 能 化AMB 电 池 管 理 设 计( 短 时 快 速 的 恒 流 均 充 充 电 恒 压 浮 充 长 时 间 的 微 小 电 流 放 电 的 电 池 管 理 实 时 电 池性 能 “ 老 化” 检 测), 同 传 统 的 连 续“ 浮 充”方 式 相 比， 电 池 的 使 用 寿 命 可 增 加50 以 上。5) 采 用 独 特 的“ 热 同 步” 并 机 技 术( 公 司 专 利) ：无 需 在 各UPS 单 机 之 间 敷 设 通 电 缆 来 传 递 实 时 信 号， 就 可 实 现 并 机 UPS的 负 载 电 流 的“ 均 流” 控 制。 对 于 并 机 系 统 中 的 各 台UPS， 它 们 都 处 于 完 全“ 平 等” 的 调 控 状 态 之 中， 完 全 消 除 “ 系 统 级” 的 单 点“ 瓶 颈” 型 的 故 障。 由 于 采 用“ 小 步 长， 高 频 度” 的 同 步 相 位 调 控 法，每 台UPS 能“ 智 能” 地 将 位 于 并 机 系 统 中 的 各 台UPS 同 步 跟 踪 调 到 最 佳 状 态( 彼 此 之 间 的 相 位 差 几 乎 为 零) 和 实 时 动 态 地 调 节 所 带 的 负 载 百 分 比。 实 现 高 精 度 的 负 载 均 分 并 在 逆 变 器 万 一 发 生 故 障 时， 将 有 故 障 的UPS 迅 速， 可 靠 地 从 并 机 系 统 中 脱 机， 从 而 确 保 并 机 系 统 继 续 向 用 户 提 供 高 质 量 的 逆 变 器 电 源。 UPS并 机 系 统 的 “ 均 流” 不 平 衡 度 小 于2。6) 具 “ 冷 启 动“ 功 能。 当 输 入 电 源 停 电 时， 可 直 接 开 机 启 动UPS。7) UPS 的 系 统 运 行 效 率 不 仅 高 达94， 而 且 其 效 率 不 受 下 述 运 行 条 件 的 影 响： 带 计 算 机 型 负 载 时； 带 部 份 负 载 时( 即 使 负 载 量 小 于25 时， 其 效 率 仍 达 到91.5% 。其 它 同 类 产 品 的 效 率 大 大 低 于90)； * 当 输 入 频 率 和 电 压 发 生 变 化 时；当 利 用 该 机 的“ 效 率 优 先” 调 控 功 能 时，可 将 整 机 的 效 率 提 高 到99 左 右。8) 对 于 输 出 功 率 大 于20kVA 以 上UPS， 采 用 易 操 作 的 人 机 对 话 型 液 晶 显 示 操 作 屏。 操 作 人 员 可 直 接 读 取UPS 的 实 时 运 行 参 数、 故 障/ 报 警 信 息。9305 系 列 UPS向 用 户 提 供68 种 故 障/ 报 警/ 提 示 性 信 息。9) 利 用 两 个RS232 接 口， 干 接 点 输 出 等 接 口 和 相 应 的 电 源 监 管 软 件， 可 组 成 具 有 网 络 管 理 功 能 的 智 能 化UPS 供 电 系 统， 从 而 实 现 远 程 监 管UPS 的 功 能。一. Powerware 9305系列产品简介9305系列产品是爱克赛公司在97年推向市场的三进三出最新一代中等功率UPS不间断电源,功率等级分为7.5,10,15,20,30,40,50,60KVA.其设计目的是为了满足当今计算机网络系统对集中供电的需求,非常适合于网络系统供电和传统的仪器仪表以及工业控制,电信等应用场合.9305系列UPS电源综合了当今UPS领域内的多项先进技术,是一种性能价格比良好,适合中国市场的极具竞争力的UPS电源.综合起来,9305系列UPS电源具有如下突出特点:1.超宽的输入电压范围294-484VAC(380V, -23%, +27%) .适合大 部 分地区的恶劣电网情况,可大大减少电池的放电次数,延长电池寿命.是目 前同功率UPS电源中允许输入电压范围最宽的UPS。2.采用ABM型智能化“三阶”电池充放电管理系统和DC-Expert电池诊断系统,可延长电池寿命50%以上,并可对电池系统故障提前报警,提高系统可靠性.3.专利的无线并机技术Hot-Sync,卓越的并联功能,取 消传统 并机系统中的并机通讯线,提高整个并联系统的可靠性.4.强大的通讯方式和电源监控软件,满足集中供电方式下的UPS监控和管理,具有强大的网控集中监管功能.包括RS232通讯,Modem三遥工作方式,自动传呼网络通讯,继电器接口通讯.5.多种功能的有机组合,如:微处理器控制,电池启动功能,旁路优先功能,频率变换功能,静态旁路和维修旁路,LCD液晶显示,IGBT整流器和IGBT逆变器,旁路的滤波和浪涌抑制,输出隔离变压器,随机赠送LansafeIIIFailsafeIII电源监控软件等.9305系列UPS电源的标准配置如下:1.输入输出滤波器2.IGBT整流器3.IGBT逆变器4.电池充电器5.静态旁路6.手动维修旁路7.LED二极管指示灯显示面板(7.5-15KVA)8.LCD液晶显示面板(25-45KVA)9.继电器输入接口10.AS/400继电器输出接口11.LansafeIII电源监控软件12.直流启动功能13.旁路优先功能14.电池管理专家系统ABM,DC-xpert15.Modem通讯功能16.发电机接口17.逆变器远程关断接口9305系列UPS电源还可选用如下配件:1.外接LCD显示面板2.输出隔离变压器3. POWERVISION监控软件4.大功率充电器板5.远程状态面板6.报警扩展单元7. Hot-Sync并机功能8. LanquttroRS232接口信号扩展器9. Connectups网络适配器10. 10%谐波电流输入滤波器下面是9305系列UPS的结构框图:二.整流器为了尽可能地增宽市电输入电压和频率的工作范围和延长电池的使用寿命,9305系列UPS电源采用了最新的高频脉宽调制+IGBT升压电路(BOOST升压).电路如下所示:由于IGBT的高速开关能力和简单的电压驱动方式,使得该整流器的输入电压范围宽达294484VAC(满载),215484VAC(半载),191484VAC(轻载),336484VAC(满载并具有满充能力),输入频率范围4555HZ,输入功率因数大于0.96,输入谐波电流小于28%(加输入滤波器小于10%),是目前同功率UPS电源中输入参数最好的.其性能明显优于传统的可控硅整流器和二极管桥堆+晶体管升压电路.同时电路简单,可靠性高.三.电池管理众所周知,电池在UPS电源中占有相当重要的地位,同时,价格也很昂贵.因此,对电池的充放电管理和电池状态的监测就显得非常必要.爱克赛公司在9305系列UPS电源中采用了两个电池专家管理系统,第一是ABM电池充放电管理系统,第二是DC-Expert电池状态检测系统. 时 间ABM(ADVANCEeBATTERYwMANAGEMENT)电池充放电管理系统在充电过程中采用了三段循环充电方式:1.限流均衡充电.2.恒压浮充.3.“处于微小电流放电状态的停止充电”,使电池处于自然放电状态.这种充电方式的好处在于:利用“均衡充电”及时消除位于电池组中的各个单元电池所可能发生的电池端电压的不平衡度,并可缩短电池的充电时间。没有让电池永远处于浮充状态,从而消除电池因长时期处于“浮充”状态而造成的使用寿命缩短问题。由于超宽的输入电压范围使得电池使用次数减少.因此这三种因素结合起来,使得9305系列UPS在正常使用的情况下电池寿命延长50%以上.DC-Expert直流专家系统主要用于检测电池状态,提前对电池故障进行 报警 ,提高UPS的可靠性.该检测系统可利用如下两种方式及时向用户预报电池的潜在故障：可编程定期对电池容量进行自诊断测试；可以在不关闭整流器的条件下，利用所设置的“电池检修”报警阀值，及时发现可能出现的电池性能恶化问题。三.逆变器9305系列UPS电源采用了先进的IGBT逆变器,同时每相电路完全独立,互不影响,我们称这种逆变器为三相独立的IGBT逆变器.如图所示:该逆变器的优点在于由于每相完全独立,因此当负载为100%的不平衡负载时,其电压差1%,相位差1度,具有非常优越的带100%的不平衡负载能力.该逆变器的IGBT开关频率为20KHZ,动态响应极好(仅一毫秒左右).同时由于采用了以电流反馈为主的控制方式,因此对负载的突加或短路保护能力强.四.通讯方式及监控软件9305系列UPS电源的设计目的是为了解决计算机网络的集中供电,因此,其通讯方式强大,具有多种通讯能力:1.RS232接口,共2个,可直接接到单台计算机的RS232口.2.Modem电话线通讯,其中一个RS232接口具有接Modem能力,使用户可从远程(数千公里)对UPS进行监控.3.网络通讯,9305系列UPS电源可选用网络适配器ConnectUPS,它的一端被接到UPS的RS232接口,另一端接到网络的HUB上,从而实现网控管理.4.继电器输出接口,符合AS/400标准,可用于IBM计算机和工业控制的环境.5.继电器输入接口,使用户可输入发电机启动信号,逆变器关机信号,紧急停机信号,外接维修旁路,水警,火警等“用户自定义”报警信号.9305系列UPS电源均随机赠送LANSAFEIII/FAILSAFEIII电源监控软件,可用于单台计算机和计算机网络系统.并可与20多种操作和网络系统相配和,如,WINDOWS,WINDOWSNT,UNIX,OS/2,NOVELL,HP-UX,IBM-UX,SOLARIS等,功能强大,充分满足用户对UPS电源监控的需要.同时可选用功能更强的POWERVISION监控软件.五.并联技术9305系列UPS采用了爱克赛公司97年获得的专利技术Hot-sync 无线并机技术,彻底抛弃了传统UPS并联所需要的并联UPS之间的通讯线,取消了单点故障,提高了并机系统的可靠性.充分发挥微处理器控制软件的功能,控制UPS的并联运行,将环流减到最小,负载均分不平衡度0)，而输出电压降低(V0),电压及电流的变化值之乘积为负 ( I*V0)。当负载减少时，会引起UPS输出电流减少(I0),电压及电流的变化值之乘积为负 ( I*V0.因此通过分析I*V的正负，即可判断出UPS是否正常工作，并立即采取相应的处理措施。相比之下，”热同步”并机技术具有如下优点：1) 两机之间没有信号通信用的电缆，减少故障率。2) 两套UPS均独立工作，无主从关系。3) 当两套UPS的交流旁路同时工作时，提供更大的故障清除能力。4) 单机系统可以很容易的扩展至直接并机系统。5) 当一台UPS的输入电源发生故障时，另一台UPS的输出电源可对这台出故障的UPS的电池进行充电。确保电池组永远处于满充状态。2 并机工作方式：冗余供电系统的正常工作方式：两台机器的输入电源及旁路电源均正常，UPS无故障，负载无过载，则两台机器均由逆变器输出，平分负载电流。冗余供电系统的故障工作方式：负载无过载时，当一台UPS出现故障，逆变器不能正常工作时，该UPS会立即脱离并机系统，由剩下的一台UPS继续给负载供电。冗余供电系统中的某台单机无市电输入的工作方式：当一台UPS的主输入电源发生故障时，这时该机的整流器不能正常工作，由电池支持逆变器继续运行，9305系列UPS 采取了独特的调控方式，使该台UPS的电池并不提供能量让逆变器正常工作，和另一台UPS平分负载。而是将逆变器的输出相位逐渐调整到和市电供电正常的另一台UPS的逆变器输出处于锁相同步状态，使另一台UPS的输出不但独自承担负载。而且还通过它的逆变器给位于市电供电不正常的UPS中的电池组充电，保持电池满容量，这样就减少了电池使用时间，保证了并机系统随时能使用满容量电池，而在其它公司的