第四章 UPS技术概要.ppt

逆变技术，UPS技术摘要，第四章，介绍，今后相当长的时间内，我国市电网电力不足，电压波动严重，扰动严重的局面仍然存在于我国各行业，各领域的迅速发展，对电力质量的要求越来越高。特别是实时性强的重要系统、重要部门和重要电器的供电质量要求和我国电网实际情况之间的矛盾日益尖锐。间歇性电源越来越受到关注。1 .UPS开发概述，1.1UPS的出现，随着计算机、精密仪器、仪器设备和数据处理设备、自动生产设备的快速发展，电气设备的电能质量要求越来越高。电源设备不仅需要电源不间断供电，还需要输出电压波形、正确频率不受电网干扰的干净电源环境。但是由于公共电网本身的原因、闪电等一些自然现象的影响，公共电网无法满足用户对高精度高可靠性电源的要求。1.1UPS导致电网中的电能质量问题主要是，(1)浪涌(powersurges)表示高于额定110%的输出电压有效值，持续时间为1到多个周期。徐智主要是因为连接电网的大型电气设备停机时突然断电引起的高压冲击。在1.1UPS的情况下，电网中出现的电能质量问题主要表现在几个方面。(2)高压尖端脉冲最高可达6000V，持续时间从0.1毫秒到10毫秒。这主要是由闪电、电弧放电、静态放电或大型电气设备的开关操作引起的。随着1.1UPS的出现，电网中出现的电能质量问题主要是，(3)瞬态过电压(switchingtransients)表示峰值电压高达20000V。但是，1s到100s之间的脉冲电压。其主要原因和可能的损害与高压尖端脉冲类似，只是解决方法有差异。1.1UPS导致电网中的电能质量问题主要是，(4)电压降(powersags)表示额定80%到85%之间的有效电压，以及1到多个周期的有效电压状态。这可能是由于打开大型设备的电源，启动大型电动机，或访问大型电源变压器引起的。1.1UPS主要表示电源质量问题的几个方面。(5)“wire noise(导线噪音)”表示射频接口(RFI)和电磁干扰(EMI)以及其他各种高频干扰。电动机运行，继电器的运行，电动机控制器的运行。广播发射、微波辐射、电风暴等会引起电线噪音干扰。1.1UPS发生时，电网的电能质量问题主要表现在几个方面。(6)“frequency ariation(频率偏移)”是指主电源频率在3Hz以上的变化。这主要是由紧急发电机的不稳定运行或频率不稳定的电源引起的。1.1UPS的发生，电网中出现的电能质量问题主要表现在，(7)持续低压(brownout)是主电源电压低于额定，持续时间长的方面。原因包括大型设备的启动和应用。主电力线切换，大型电动机启动，线路过载等。1.1UPS的出现，电网中电源的质量问题主要是，(8)电源中断，意味着至少两个周期中持续数小时的主电源中断，这是由于线路中断、电源中断、电网故障等原因造成的。1.1UPS导致负载和电源质量之间的矛盾加剧。为了解决这个矛盾，创建了一种称为UninterruptiblePowerSupply(UPS)的新设备。1.2UPS的概念，UPS是什么？不间断电源UPS(UninterruptiblePowerSupply)是一种不间断电源，它包含逆变电源(逆变器)的主要组件，即恒压恒定频率。主要用于为单个计算机、计算机网络或其他重要设备提供不间断、高质量的电源，以及作为机场、发电站、医院等重要部门的备份电源。顾名思义，UPS可以为电力设备提供持续电力，以确保电源的可靠性。当电源输入正常时，UPS将电源供应给负载。此时，UPS是交流电源电压调节器，为内部电池充电。电源中断(停电)时，UPS立即为内部电池供电，并通过逆变器继续为负载供电，以保持运行状态，防止软负载、硬件损坏。供电中断只是电网故障之一，电网中存在的各种污染和干扰也是电力用品损坏的主要因素。因此，UPS还必须消除电网中的干扰，为电气设备提供高质量的电力。这意味着高可靠性和高质量是UPS的最基本要求。作为1.3UPS应用程序、电压均衡化纯电源，UPS现在被广泛认为是电源系统的重要组成部分。UPS在欧洲、美国和日本用作标准设备，电源质量高。国内电网供电质量差的UPS应用更是势在必行。UPS的典型应用程序包括：金融系统、制造、铁路运输系统、航空系统、石油/化学、煤矿、信息、邮政和通信、水利、电力中心、医疗卫生、学校、研究所、商业建筑、政府机构、军事设备等。1.3UPS的应用，1.4UPS的主要功能，UPS的主要功能可概括为四个方面，如隔离功能中所示：大多数UPS在电网中整流交流电压，然后切换到直流，部分电力用于为蓄电池充电，剩下的能量通过逆变器提供回负载，成为可调节电压的交流电源。电力网采用ac-ac转换形式，通过UPS为负载供电。整流和电容滤波消除了电网中原来存在的瞬时不连续性、谐波、噪声、电压波动、频率波动等扰动，电源的质量完全取决于变频器的功率转换能力。这样，UPS就成为将电网和负荷分开的中间环，防止了电网对负荷的干扰，并防止了负荷刘电网的干扰。(1)隔离功能，1.4UPS的主要功能，(2)备份功能，备份功能如图所示。UPS配备了可存储一定能量的电池。主电正常时，UPS除了从电网中吸收能量转换处理后的供应负荷外，还对蓄电池充电，将部分能量存储在电池中。如果电网无法供电，电池中存储的能量可以通过能量转换继续维持为负载供电一段时间的作用。备份时间可能是几分钟、几小时或更长时间，具体取决于设备中电池和充电器的容量大小。1.4UPS的主要功能，(3)频率转换功能：频率转换功能将输入电压的频率转换为负载所需的频率。目前我国的电网需要频率为50Hz，而部分进口设备需要输入电压为60Hz的频率和军用设备为400Hz的频率。要使这些设备正常工作，您可以为这些设备配备一组输出频率与相应输入频率相匹配的UPS。(4)将一种电压等级的功率转换为另一种电压等级的功率的电压转换功能。1.5UPS开发历史，20世纪60年代以前使用机械旋转。第一个UPS以非常原始的机械能量存储方式，配备大飞轮的电动机-发电机配备了数吨重量的飞轮，一般通过电流通过整流器给直流电动机供电，给发电机供电，在主断电时利用飞轮的惯性继续给发电机供电，使发电机正常供电几秒钟。这种方法稳定、技术简单、维修方便，但设备巨大、效率低、噪音大，现在基本报废了。机械旋转UPS，1.5UPS开发历史，70年代变频器技术和晶闸管在UPS中应用广泛。大功率半导体技术的快速发展，晶闸管的出现，实现了UPS技术的首次飞跃，变频器技术不断改进，得到了广泛应用，但是普通晶闸管没有自阻功能，没有抗干扰性，影响了UPS工作的可靠性。1.5UPS的开发历史，近10年来大功率晶体管(GTR、VMOS和IGBT等)的出现，部分取代了晶闸管，成功开发了各种IC控制芯片，微机的应用，并行和冗馀技术的发展，以及UPS性能的又一次飞跃。随着现代变频器UPS的出现，近10多年来发展迅速。这项技术从方波到正弦波，从离线状态在线，从小功率到大功率，从正常延迟(分钟级别)到长延迟(时间级别)，不仅仅是停电，而是从电源到智能操作和处理功能。1.5UPS开发历史，控制电路的开发电池和半导体技术的发展，控制电路的快速发展，从现有单个组件的简单控制到今天的微处理器控制，通过硬件控制和软件过滤器等软件控制进行开发；光纤通信也引入到UPS中，微处理器也广泛应用于小容量UPS中，并可以专门安装微处理器以监视电池，从而使电池保持最佳状态。随着1.5UPS的开发历史和UPS智能开发计算机网络结构的扩展，应用于网络的UPS不再仅仅是电源设备，而是逐渐从简单的不间断电源发展到今天的智能、多功能电源，成为整个网络的电源管理中心。新的UPS本身融合了多种新技术，UPS不仅是提供不间断电源的工具，还是作为负载的设备。UPS可以在停电时按预定顺序关闭电源，甚至可以自动呼叫或发送电子邮件给管理员。现代UPS可与服务器软件配合使用，实现事件记录、错误警报、UPS参数自动测试分析和调整等多种功能，从而提供完整的电源管理解决方案。某些UPS还可以监控环境温度、湿度、烟雾等。1.5UPS的发展历史，UPS的智能性还体现在增强UPS的节能功能“绿色UPS”上。“绿色UPS”减少了PC系统使用的电能，从而降低了成本，保护了环境。例如，绿色UPS会在检测到打印长度空闲时关闭打印机电源。当出现打印等待请求时，UPS可以立即为打印机供电，随着“绿色UPS”的出现，它提供了节能的理想解决方案。1.5UPS开发历史，保护功能的变化UPS在技术发展和改进过程中的保护功能也在不断变化。尤其是网络技术高速发展的今天，这种变化在下图中更加明显。1993年以前，重点是硬件保护，从1993年开始，电源的数据保护要求是最重要的。1993，1.6由于国内外UPS研究现状，UPS技术是实用技术，国内外主要电力公司、制造商和研究机构正在进行研究。在国外，已经将很多先进技术应用于实际系统，生产了很多知名品牌的UPS。国内UPS高级核心技术的研究主要集中在一些知名机构，大部分处于实验阶段。未能将其应用于实际系统。现在国内市场上，国内制造商基本上不能生产大型UPS，国内大型UPS市场几乎大部分被外国公司占据。中小型UPS可以由国内很多制造商生产，但其产品的可靠性和性能远低于国外同类产品。在整个中小型UPS市场中，90%以上被外国公司占据。2UPS的分类可以根据功率大小分为小功率(10KVA以下)、中功率(10 100KVA以上)和大功率(100KVA以上)。输出波形可分为方波、梯形波、正弦波。输入输出方法可以分为单相、三相、三相三相等。根据工作原理，也可以分为动态UPS、静态UPS。2UPS分类，静态UPS:是电池供电的能源存储工具，交流电源正常整流并转换为直流，将电力存储在电池组中，断电时，逆变器将存储在电池组中的直流转换为交流，为负载供电。动态UPS:使用惯性飞轮存储的动能保持负载功率供给的连续性。这种不间断电源的体积大，噪音、效率、转换时间等缺点已被静态不间断电源取代。根据2UPS的分类和工作方式，静态UPS可以分为：线上备援UPS。线上UPS。在线交互式UPS.Delta .增量转换UPS。3 ups原理，3.1冗馀ups，备份ups电源是经济实惠的通用UPS电源，仅满足一般客户的需求。通常使用工频变压器进行能量传递，由于性能限制，容量通常只有0.5-2kVA左右，这取决于市场的考虑。备用UPS电源方块图、3UPS原理、3.1备用UPS、备用UPS电源方块图、备用UPS电源的电源转换主电路主要由滤波电路和多选项卡变压器组成，滤波电路可以抑制主电源中的干扰，多选项卡变压器可以进行电压调节，以便在主电源中发生低频波动时保持UPS电源输出电压稳定。但是，由于主电源中频繁出现低频时操作方式的限制，备份UPS显然没有办法。3.1备份UPS在性能方面不能在线备份UPS电源的电源调节精度，但可以满足一般应用程序要求。在备份UPS切换过程中，输出发生瞬时断电。但是，转换时间非常短，通常只有几毫秒，不会影响普通计算机的运行。高端设备(如服务器)不受影响。仅备份UPS的电源质量是不够的。出于成本原因，备用UPS电源在逆变状态下输出电压波形失真较大、成本较低的系统电压输出波形为方波，可以很好地实现正弦波输出。很明显，备用UPS电源效率很高，因为在室外电源时不使用转换器。分析3.1.1备份UPS的工作原理，(1)主电源正常(主电源电压在175-264v之间)的主电源UPS工作状态，分析3.1.1备用UPS工作方式，充电器为UPS系统中的一组电池充电，提供在主电源断电时支持UPS正常工作的能量位于交流旁路电源通道上的电压调节器将电压变化很大的主电源视为电压调节器。对于典型的冗馀UPS电源，不同制造商的设计不同，交流旁路上电压调节器的电压调节器工作220v(4 10%)。在这种情况下，根据UPS逻辑控制电路的操作处理了电压调节器的主电源通过转换开关为负载供电(转换开关由转换时间为2 4毫秒的小型高速继电器组成)。此时，逆变器在逻辑控制电路的控制下保持停机待机状态。1，2，主电源正常备用UPS运行状态，3.1.1分析备用UPS运行方式，(2)主电源供应不正常(主电源电压低于175V或大于264V)的图。在UPS逻辑控制电路的控制下，UPS的每个主要部件的工作方式如下：主