UPS基本原理及应用(移动培训版)

UPS根本原理及应用主要内容UPS概述UPS原理UPS分类UPS术语及重要参数UPS高可靠性的供电方案UPS技术开展趋势UPS根底培训

一、UPS概述一、UPS概述

什么是UPS为什么使用UPSUPS的功能UPSUPS=UninterruptedPowerSupply信息及网络设备蓄电池市电什么是UPSUPS=UninterruptedPowerSystem什么是UPS电源：利用电能变换技术将市电或电池第一次电能转换成适合各种用电对象的二次电能的系统或装置。电能变换表达：变压、调压、整流、滤波、稳定、变换电能变换技术：线性稳压、相控、变频、PWM、SPWM、软开关PWM、移项谐振、无功补偿、功率因素校正等UPS:一种可以提供两个以上供电线路的设备，当主要供电失效时，可以切换至备份的供电路径。为您重要的设备提供灵活且完善的电源保护什么是UPS

－UPS系统组成一个完备的UPS系统，是由UPS主机、电池、市电〔发电机)、后台监控或网络监控软/硬件等单元共同组成的。ATS市电1UPSUPS输入配电柜UPS输出配电柜油机ATS市电2后台监控负载电池

UPS系统精密空调一、UPS概述什么是UPS为什么使用UPSUPS的功能为什么用UPS？－电网问题波形下限市电断电电压浪涌电线噪声瞬态尖峰频率漂移谐波失真……电网为什么用UPS？－电网问题电网问题引发原因现象市电断电停电、空气开关跳闸零电压持续2个周波以上电压浪涌大型设备关闭或雷击引起电压高于110%额定值，持续一个或多个周波波形下陷大型设备突然启动、电网切换电压低于80-85%额定值，持续一个或多个周波

瞬态尖峰闪电、电子开关工作，电焊电压峰值高达6000V，持续时间一般为0.5-5个周波谐波干扰电动机、电焊机、广播通信设备、无线通信设备、微波设备频率漂移小水电，发电机电源中断、电压波动、瞬态尖峰、电源浪涌、高压脉冲——造成效劳器、路由器、磁盘阵列等精密设备数据丧失、设备损坏、死机、停止工作等。谐波污染、线间噪声、频率漂移——造成网络传输误码率大增，数据传输速度低下等。为什么用UPS？－电网问题对设备的危害一、UPS概述

什么是UPS为什么使用UPSUPS的功能高可靠性不间断供电电网稳压、净化功能电池管理功能智能监控功能UPS的四大功能保证动力的连续性高质量供电、绿色电源延长电池使用寿命解决UPS维护问题UPS根底培训

二、UPS原理二、UPS原理常见四种架构UPS原理在线式UPS工作模式UPS主要模块功能介绍常见大型UPS原理架构市电负载逆变器电池组充电器175～264V220±4％～±10％V功率等级0.25-3KVA左右后备式UPS的根本原理市电负载低通滤波器逆变器/充电器降压绕组升压绕组电池组175～264V150～175V264～276V功率等级0.7-20KVA左右互动式UPS的根本原理功率等级10-480KVA左右市电负载主变换器电池组Delta变换器175～264V220±4％～±10％V补偿变压器Dalta变换UPS的根本原理〔一〕Dalta变换UPS的根本原理〔二〕－市电正常时，85％能量有市电直接提供，15％能量有一个逆变器提供，－当市电异常时，100％能量有电池提供。－无法解决市电上的谐波污染，比方：频率异常、浪涌、噪声等，将直接输入到重要负载。ACDCACDCACACACAC3phaseinput3phaseoutputMaininverterDeltainverterNeutralNeutralBatteryBattery整流逆变充电器电池组输入EMI输出EMI负载市电维修开关旁路输入空开市电输入空开切换开关1234功率等级0.7-1500KVA左右在线式UPS的根本原理〔一〕不管电网电压是否正常，输出交流电压都要经过逆变器，即逆变器始终处于工作状态。在线式UPS的根本原理〔二〕四种架构UPS性能比照二、UPS原理常见四种架构UPS原理在线式UPS工作模式UPS主要模块功能介绍常见大型UPS原理架构

在主路市电正常时，UPS一方面通过整流器、逆变器给负载在线提供高品质交流电源；另一方面通过整流器为电池充电，将能量储存在电池中，如图：

市电逆变工作模式：当主路市电掉电或不正常时，系统自动无间断地切换到电池工作模式，由电池逆变出用户所需的三相四线交流电源向负载供电。市电恢复后系统自动无间断地恢复到正常工作模式，如图：

电池逆变工作模式：旁路工作方式有两种，一种能自动恢复到正常工作模式；另一种需人工干预才能回到正常工作模式。在逆变器过载延时时间到、逆变器受大负载冲击等情况下，系统自动无间断切换到静态旁路电源向负载供电。在UPS恢复正常后，系统自动恢复正常供电方式。当用户关机，或主路市电掉电〔或不正常〕且电池储能耗尽，或发生严重故障等情况下，逆变器关闭，系统会停留在旁路工作模式。此后假设需恢复到正常工作模式，那么需要用户重新开机，如图：

静态旁路工作模式：

需要对UPS电源及电池等进行全面检修或设备故障需维修时，可以通过闭合维护开关Q3BP，将负载转向维修旁路直接供电，以实现对UPS不停电维护。维修需要断开UPS内部的主路、旁路输入电源和电池输入开关以及输出开关，实现UPS内部不带电而对负载仍然维持供电的维修工作模式，如图：

维修工作模式：二、UPS原理常见四种架构UPS原理在线式UPS工作模式UPS主要模块功能介绍常见大型UPS原理架构

整流器〔一〕：功能将市电AC电源转换成稳定的DC电源〔直流稳压电源〕输送足够能量供给逆变器带负载和给电池充电。缓启动/功率爬升。主要组成整流桥中/小容量UPS采用二极管、IGBT

中/大容量UPS采用SCR、IGBTDC滤波电容PFC功率因数校正电路(PowerFactorCorrection)整流器〔二〕：器件介绍：电力二极管、晶闸管SCR、绝缘门极双极型晶体管IGBTAGK其他器件，例如：电力场效应晶体管P－MOSFET、门极可关断晶闸管GTO、双向晶闸管TRIAC、光控晶闸管LCT、MOS控制晶闸管MCT、集成门极换流晶闸管IGCT等等

整流器〔二〕：可控硅整流理论根底三相全桥SCR整流器C143652+_ABCSCR触发脉冲顺序：1－2－3－4－5－6－1。。。整流器〔三〕：可控硅整流结构简单，控制易实现，可靠性高整流器〔四〕：三相全桥SCR整流器12脉冲整流器移相变压器负载电池和逆变器两个6脉冲整流桥30°整流器〔五〕：三相全桥IGBT整流

整流器〔六〕：

PFC工作原理目的：使输入电流在控制电路的作用下，跟随输入电压波形，接近正弦波，提高输入功率因素。整流器〔七〕：

PFC工作原理整流器〔八〕：

整流器〔九〕：控制要求设定充电电压输出稳定的DC电源，DCV波动≤±1%，纹波＜1%。相序保护〔三相SCR〕输入限流充电限流浮充/均充自动转换电池测试与保护即时/定时电池检测温度补偿2-3mv/℃自动调整放电终止电压

逆变器〔一〕：功能：把整流器或电池送来的DC电源变换成电压稳定〔额定值±1%〕，频率稳定〔额定值±1-2%，本机振荡精度可达额定值±0.05%〕，谐波含量少〔THD＜5%，在峰值因数为3:1〕，干净的再生正弦波AC电源供给负载。允许DCV变化范围：320V-490V。组成：－IGBT三相逆变桥

－AC输出滤波电容

－输出变压器

－控制逻辑电路半桥方案：经典逆变技术逆变器〔二〕：全桥方案：经典逆变技术逆变器〔三〕：

逆变器〔四〕：SPWM〔正弦脉宽调制技术〕:它用调整脉冲宽度和控制占空比的方法，来到达输出电源的稳定。

逆变器〔五〕：控制要求：－负反响调控输出电压；各相电压分相调整，瞬态变化恢复快。－三相电压相位角保持稳定120°±1°－良好限流功能，遇到过载或短路时保护IGBT－精准的本机振荡频率、锁相同步技术保证可调整的同步窗口，可调整的同步跟踪速率。－完善的保护功能和自检功能。－输出电缆线压降正动补偿。静态开关〔一〕：功能－在发生以下情况时，无中断地〔同步〕把负载电源转接到旁路电源：UPS输出端发生过载、甚至短路、逆变器故障〔包括过温，超/欠压〕－具有比逆变器更强过载能力〔100%可达200ms〕组成－用SCR做成无触点开关，在旁路和逆变器侧各有一组。－正因为无触点，开关整速度快，从而保证转换无中断，不会产生因电弧引起的高频干扰，影响负载运行。旁路实现逆变器不能正常工作时的市电带载反向并联静态开关组静态开关〔二〕：t1t2V1V2市电逆变器电源静态开关〔三〕：静态开关〔四〕：控制两组静态开关门驱动信号互锁，防止同时导道。检测市电电压，当市电电压超限〔一般为±10%〕时禁止转换。检测输出电压决定是否进行转换。过载检测，决定是否转换至旁路。手动维修旁路功能：为在不中断负载电源情况下，检修UPS。辅助触点发出信号，禁止逆变器启动。组成：加锁的手动开关。控制：手动控制、严格按操作步骤，把负载从逆变器供电转到手动维修旁路及恢复逆变器供电。电池〔一〕功能：当市电中断或超限时，供给逆变器能量〔DC电源〕保证负载电源不会中断。组成：阀控铅酸电池〔VRLA〕——全密封免维护电池。电池柜或电池架电池开关安装在电池柜内或电池房内温度传感器电池〔二〕控制：-三位电池开-DC欠压保护-温度检测信号-电池开关状态指示电池选配–功率算法根据每2伏单元放电功率计算电池容量〔AH〕P*1000*cosφW=--------------η·N*6式中：P-UPS容量〔VA〕 W-每2伏单元之提供的功率〔W〕 η-UPS效率〔一般可取0.9〕 Cosφ-UPS输出功率因数〔一般取0.8〕 N-一组电池中电池数量〔此处为12V电池〕 注：假设2V电池那么N*16V电池那么N*3电池选配–功率算法放电终止电压一般取1.67V根据客户要求电池支持时间查表，决定电池型号及组数如查表结果组数过多〔＞3〕，那么考虑大容量电池。上述计算公司是按UPS满载考虑，可视客户情况，按80%负载计算〔可降低容量或组数〕例：7200/30KVAUPS，客户要求支持30分钟计算W30*1000*0.8W=--------------=138(W)0.9*32*6查表：大力神UPS12-225电池〔75AH〕，当终止电压为1.67V时，30分钟可以提供161W功率，应选一组〔32只〕那么可到达要求。电池选配–电流算法根据最大放电电流计算电池容量〔AH〕最大放电电流P*1000*cosφImax=--------------η·Vend式中：Imax——最大放电电流〔A〕 P——UPS额定容量〔KVA〕 cosφ——UPS输出功率因数〔一般取0.8〕 η——UPS效率〔一般取0.9〕 Vend——该型号UPS放电终止电压〔V〕电池选配–电流算法查放电曲线确定电池放电率计算所需电池容量电池容量〔AH〕=K*电池最大放电电流*放电时间其中，K为调整系数，如下表：

例：7200/30KVAUPS电池支持时间1小时的电池容量计算。30*1000*0.8Imax=--------------=83.33〔A〕0.9*32*10从曲线上查得调整系数为2:

电池容量〔AH〕=83.33*2*1=176〔AH〕≈200AH

二、UPS原理常见四种架构UPS原理在线式UPS工作模式UPS主要模块功能介绍常见大型UPS原理架构传统SCR整流UPS〔工频〕优点：输入输出隔离、电网扰动不会影响负载、电池直接挂在母线上缺点：体积大，重量大、本钱高无隔离三相UPS〔高频机〕优点：功率因数高、谐波电流小、输入特性好、体积小、重量轻缺点：输入输出不隔离、电网的扰动对负载有影响；不可带半波整流非对称性负载高频整流UPS〔工频〕优点：输入输出隔离、供电质量好、输入特性好、功率因数>0.99、谐波电流<3%、负载适应能力强

缺点：本钱高、体积较大、重量较重UPS根底培训

三、UPS分类按工作原理不同，UPS分为：后备式UPS、互动式UPSDelta变换式UPS、在线式UPS按供电体系不同，UPS分为：单进单出UPS三进单出UPS三进三出UPS按输出功率不同，UPS分为：小功率〔<20kVA〕中等功率〔20至80kVA〕大功率〔>80kVA〕UPS分类按电池位置不同，UPS分为：电池内置式UPS〔标准机型〕电池外置式UPS〔长延时机型〕按多机运行方式不同，UPS分为：串联热备份UPS〔用于中小功率机器〕直接并联UPS(用于中大功率〕双母线并联UPS(用于中大功率)UPS分类UPS分类按变压器特点不同，UPS分为：高频UPS〔高频机〕工频UPS〔工频机〕按输出波形不同，UPS分为：方波输出UPS阶梯波〔准正弦波〕UPS正弦波输出UPSUPS根底培训四、UPS根本术语和指标UPS根本术语1UPS根本术语2主路输入电源：InputMainSupply静态旁路输入电源：StaticBypassMainSupply维修旁路：MaintenanceBypass隔离开关：Isolator断路器：CircuitBreaker整流器：Rectifier逆变器：Inverter直流母线:DCBusUPS根本术语3后备时间：AutonomyTime紧急停机：EmergencyStop逆变不同步：INVUnsynchronized单个UPS：UPSModule冗余并机：RedundantParallel增容并机：CapacityParallel

UPS根本技术指标1(以UL33为例〕UPS根本技术指标2(以UL33为例〕UPS根本技术指标3(以UL33为例〕UPS根底培训五、UPS高可靠性的供电方案适用范围：中小功率机型优点：价格廉价，安装方式简单可靠。缺点：从机电池寿命缩短。对单机抗阶跃负载能力要求高。没有扩容能力。市电负载AC/DC----DC/ACAC/DC----DC/AC主路从机旁路从机输出方案一：主从机串联“热备份〞方案适用范围：大功率机型优点：多台UPS平均分摊负载、可靠性高。缺点：控制电路复杂。本钱高。形式较多：直接并机〔N+1)、并机柜方式(并机旁路柜〕、导航型方式、热同步方式。市电负载AC/DC----DC/ACAC/DC----DC/AC主机从机从