UPS基础（技术讲解）

UPS基础UPS技术培训12主要内容UPS概述UPS基本原理UPS关键技术UPS主要参数UPS电池UPS监控系统2DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06UPS概述什么是UPS为什么使用UPSUPS的功能UPS的分类3DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06不间断地为用户设备提供交流电的一种电源设备负载蓄电池UPS什么是UPS？－不间断电源市电UPS－UninterruptiblePowerSupply4DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06UPS概述什么是UPS为什么使用UPSUPS的功能UPS的分类5DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06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6DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06为什么采用UPS?高频噪音干扰“切换瞬变”尖峰

纯净稳定的正弦波“振铃式”瞬态干扰电压下陷电压上涌“换相失真”干扰市电停电频率不稳传统经济时代

网络经济时代7DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06为什么采用UPS?全面消除电网波动和各种电网干扰连续供电，稳压，无频率突变，无干扰，无失真，纯净的正弦波电源

。只有真在线式UPS才能完全解决问题1、电力中断导致通信和网络中断，管理、计费业务停顿，甚至造成数据库资料丢失。2、谐波、瞬态尖峰、浪涌和感应雷击等甚至会导致设备硬件损坏；3、电子噪音会造成数据传输误码率增高，网络传输效率低下，通信质量差等问题。UPS的作用:8DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06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9DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06电源中断、电压波动、瞬态尖峰、电源浪涌、高压脉冲——造成服务器、路由器、磁盘阵列等精密设备数据丢失、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10DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06UPS概述什么是UPS为什么使用UPSUPS的功能UPS的分类11DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06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12DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06UPS概述什么是UPS为什么使用UPSUPS的功能UPS的分类13DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06UPS分类按工作原理不同，UPS分为：后备式UPS

在线互动式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（<10kVA）

中等功率（10至30kVA）

大功率（>30kVA）14DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06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

正弦波输出UPSUPS分类（续）15DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06主要内容UPS概述UPS基本原理UPS关键技术UPS主要参数UPS电池UPS监控系统16DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06后备式UPS工作原理有市电时，市电通过开关后直接供给负载，逆变器不工作；另外，市电通过充电器给电池充电。停电后，启动逆变器，把电池储存的能量通过逆变器和开关供给负载。充电器逆变器市电

负载

电池组功率等级0.25-10KVA左右17DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06在线互动UPS与后备式比，主要区别在于：逆变器与充电器合二为一，输出通过变压器的抽头跳变，实现分段稳压互动式UPS工作原理市电双向变换器

电池组

负载

市电正常/整流停电/逆变264-276V150-175V150-264V功率等级0.7-20KVA左右18DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06在线式UPS工作原理不管电网电压是否正常，负载所用的交流电压都要经过逆变电路，即逆变电路始终处于工作状态。19DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06后备式

UPS(供电正常时)电源电池负载充电器后备式逆变器K快速继电器(2-4ms)稳压电源220V±10%逆变器不工作220V±20%20DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06后备式

UPS(供电不正常时)电源电池负载充电器后备式逆变器K>220V±20%220V方波输出稳压电源逆变器启动，从关机状态到带载状态故障率高，时间长

21DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06后备式

UPS(供电恢复后)电源电池负载充电器后备式逆变器K特点:后备时间短

没有恒频、输入和输出谐波抑制成本低逆变器方波输出(不能带感性负载)由于元件功率低，不支持长的后备时间有限的应用于非重要的计算机负载

可靠性低(切换时)稳压电源22DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06K1电池电源负载双向逆变器和控制器调压器在线互动式

UPS特点:与后备式UPS一样，但有电压调整功能有限的应用于低端市场220V±20%不处理220V-25%-20%升压绕组220V+20+25%降压绕组>220V±25%市电不正常充电器23DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06△变换器

主变换器电池负载输入Vin△（Delta）变换型

UPS(正常供电时)旁路电压波动<380V±15%频率波动<50HZ±3HZ补偿变压器STS1STS2输出Vout当Vout=Vin时,补偿变压器功耗=0,UPS所起的作用相当于一条传输电缆当Vout≠Vin时,UPS相当于一台电压补偿型的升压或降压型的串联稳压电源△V380V±1%稳压不稳频无输出隔离无维修旁路24DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06△变换器

主变换器电池负载输入Vin△（Delta）变换型

UPS(不正常供电时)旁路电压波动>380V±15%频率波动>50HZ±3HZ无市电补偿变压器STS1STS2输出Vout380V±1%逆变25DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06△变换器

主变换器电池负载输入△（Delta）变换型

UPS(旁路供电)特点:不能调频，功率因数高

成本低△变换器对电网有调制噪音难于在油机/并机中应用当输入电压不需补偿时效率高，但当输入电压偏离时就恶化

大型UPS系统不宜采用

旁路STS1STS2输出过载或短路变换器故障温升过高26DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06Delta变换式UPSACDCACDCACACACAC3phaseinput3phaseoutputMaininverterDeltainverterNeutralNeutralBatteryBattery27DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06带功率因数校正的整流器逆变器电池负载输入在线式

UPS(正常供电时)优秀的UPS输出:连续供电稳压无频率突变无干扰无失真纯净的正弦波电源

旁路静态开关选择在线式UPS28DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06BYPASSSUPPLY380VACINPUTSUPPLY380VAC

15%--25%50Hz5%OUTPUTTOLOAD380VAC1%UPS原理单线图(正常供电)TIGBTST.SW.ST.SW.BatteryBankCLTHB1I1BCBI4I2I3OpenClose锁相同步29DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06BYPASSSUPPLY380VACINPUTSUPPLY380VAC

15%--25%50Hz5%OUTPUTTOLOAD380VAC1%UPS原理单线图(不正常供电)TIGBTST.SW.ST.SW.BatteryBankCLTHB1I1BCBI4I2I3OpenClose30DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06BYPASSSUPPLY380VACINPUTSUPPLY380VAC

15%--25%50Hz5%OUTPUTTOLOAD380VAC1%UPS原理单线图(旁路供电)TIGBTST.SW.ST.SW.BatteryBankCLTHB1I1BCBI4I2I3CloseOpen输出过载或短路整流器故障逆变器故障温升过高尽可能避免此工作状态31DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06三种UPS比较后备式在线互动式在线式逆变器状态后备热备工作输出电源质量低（供电差，仅是不停电功能）中等（分段稳压，滤除部分干扰）最高（稳压，滤除所有干扰）切换时间5～12ms4ms0成本低中等较高32DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06主要内容UPS概述UPS基本原理UPS关键技术UPS主要参数UPS电池UPS监控系统33DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06UPS关键技术双变换技术数字控制技术冗余技术电池管理技术34DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06UPS双变换技术AC－DC整流DC－AC逆变35DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06三相全桥SCR整流器C143652+_ABCSCR触发脉冲顺序：1－2－3－4－5－6－1。。。36DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan0612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°37DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06逆变器控制信号－SPWM波SPWM调制波的产生SPWM（正弦波脉冲宽度调制）：调脉冲宽度来控制输出电压稳定。38DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06DELPHYS

MX逆变器技术特点

SVM快速数字控制

(空间向量控制)

对六个IGBT模块同时控制

灵活适应控制系统的变化

数字实时控制技术控制输出电源质量DSP处理技术

极高的瞬间变换精度传统的PWM控制技术SVM39DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06三相全桥逆变器SR+RNTRSSTT_40DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06传统三相SCR整流UPS41DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06UPS关键技术双变换技术数字控制技术冗余技术电池管理技术42DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06UPS的控制±1°43DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06UPS的控制(同步的重要性)

交流旁路电源

静态开关1静态开关2

逆变器电源

环流

逆变器电源供电切换操作时间可能出现的环流

由于两路幅度相等交流电源间出现相位差而产生的瞬态电压差,形成环流即使相位相等，幅度差也会产生环流

交流旁路电源

逆变器电源尽可能减少旁路与逆变器输出的切换故障产生抗过载能力，抗短路能力重要指标44DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06数字控制技术数字信号处理器（DSP）控制技术单片机控制技术产生各驱动信号、控制整流器、逆变器、切换逻辑等45DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06UPS关键技术双变换技术数字控制技术冗余技术电池管理技术46DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06主从串联热备份用于中小功率，易于安装调试，没有扩容能力，从机电池寿命缩短。市电负载UPS1UPS2主机从机主机旁路从机输出47DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06逆变器输出静态开关1串联热备份48DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06并机冗余供电用于大功率，多台UPS平均分摊负载，可靠性高，控制电路复杂。市电负载UPS1并机逻辑控制UPS249DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06中大型交流供电解决方案（示意图）用户设备用户设备用户设备4.1.集中供电并机冗余UPS解决方案50DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06双母线供电电池UPS1AC配电柜LTM电池UPSAC配电柜双电源负载单电源负载ACSUPS2母线1母线2LTM51DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06输入电源“1+1”型UPS冗余并机供电系统UPS1UPS2主输入配电柜BCB1+1Kit1+1Kit~~~~UPS输出配电柜2MCCBMCBAMCBBMCCB1MCCB2正常工作各承担50%负载各自追踪旁路52DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06输入电源“1+1”型UPS冗余并机供电系统不正常供电UPS1UPS2主输入配电柜BCB1+1Kit1+1Kit~~~~UPS输出配电柜2MCCBMCBAMCBBMCCB1MCCB2各承担50%负载各自本振频率50HZ53DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06UPS1UPS2主输入配电柜输入电源BCB1+1Kit1+1Kit~~~~“1+1”型UPS冗余并机供电系统UPS输出配电柜2MCCBMCBAMCBBMCCB1MCCB2一台UPS故障故障UPS脱开另一UPS承担100%负载54DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06UPS1UPS2主输入配电柜输入电源BCB1+1Kit1+1Kit~~~~“1+1”型UPS冗余并机供电系统UPS输出配电柜2MCCBMCBAMCBBMCCB1MCCB2旁路工作状态两台UPS故障旁路同时闭合55DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan061+1系统-冗余电池BYPASSSTATICSWITCHRECTIFIERINVERTERINVERTERSTATICSWITCHPARALLELINGLOGICUPS-1BYPASSSTATICSWITCHRECTIFIERINVERTERINVERTERSTATICSWITCHPARALLELINGLOGICUPS-2OUTPUTTOLOAD,400VAC3PH,4-WBYPASS400VAC3PH,4-WINPUT400VAC3PH,3-WBYPASS400VAC3PH,4-WINPUT400VAC3PH,3-WBATTERYBATTERYRMTSTSTS普遍采用56DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan061+1系统-共用电池组BYPASSSTATICSWITCHRECTIFIERINVERTERINVERTERSTATICSWITCHPARALLELINGLOGICUPS-1BYPASSSTATICSWITCHRECTIFIERINVERTERINVERTERSTATICSWITCHPARALLELINGLOGICUPS-2OUTPUTTOLOAD,400VAC3PH,4-wireBYPASS400VAC3PH,4-WINPUT400VAC3PH,3-WBYPASS400VAC3PH,4-WINPUT400VAC3PH,3-WBATTERY**

CommonBatteryBox

RMTSTSTS可靠性差57DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06UPS1

UPS2

由于两路幅度相等交流电源间出现相位差而产生的瞬态电压差(离散性)由于两路同步的交流电源间出现的幅度差而产生的瞬态电压差

UPS1UPS2并机环流的产生数字均流技术及时调整UPS输出相位及电流电流不平衡度指标58DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06UPS1UPS2主输入配电柜输入电源BCB1+1Kit1+1Kit~~~~“1+1”型UPS冗余并机供电系统UPS输出配电柜2MCCBMCBAMCBBMCCB1MCCB2正常工作各承担50%负载各自追踪旁路

±1°系统级锁相同步

<1°并机板频率相位微调电压微调—均流检测环流，自动保护59DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06UPS1UPS2主输入配电柜输入电源BCB1+1Kit1+1Kit~~~~“1+1”型UPS冗余并机供电系统UPS输出配电柜2MCCBMCBAMCBBMCCB1MCCB2各承担50%负载各自本振频率50HZ跟踪输出母线输出频率精度重要不正常供电60DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06UPS关键技术双变换技术数字控制技术冗余技术电池管理技术61DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06电池均浮充管理1、均充限流：0.1C2、浮充转均充：0.05C

均充转浮充：0.01C62DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06电池充放电管理功能T1为恒压均充阶段，T2为浮充阶段，T3为电池逆变供电阶段，T4为限流均充阶段63DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06主要内容UPS概述UPS基本原理UPS关键技术UPS主要参数UPS电池UPS监控系统64DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06主要参数输入特性：1、输入电压范围：输入电压范围宽可减小电池放电机会，延长电池寿命。2、旁路允许电压范围：典型10％以内3、输入功率因数：功率因数低，输入无功功率大，谐波电流污染电网，影响干扰其它设备。4、主电源频率允许范围：通常5％以内5、输入电流谐波分量：（PFC、6/12脉冲变压器）65DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06主要参数输出特性：1、稳态电压精度：大型为1%，中小型为2%。2、输出瞬态特性：大型3%，中小型6%。3、输出过载能力：（如：过载125%10min;150%60S)4、输出功率因数：（容性0.6、0.7、0.8,0.9,1,感性0.9）5、输出电压畸变（THD）：典型2%以内。6、频率跟踪范围：50HZ±2Hz66DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06UPS主要技术参数

考虑到用户负载启动时的冲击，一般情况下最佳负载容量应为UPS容量的70%~80%。N+1并联为N的70%

VA（伏安）与W（瓦特）的区别VA----视在功率W----实际使用功率＝实际使用功率+无用功率UPS容量单位----VA负载容量单位----W、VAVA（伏安）与W（瓦特）的换算关系典型计算机负载：1W＝1.5VA67DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06６脉冲整流器三相输入电源30%电流谐波10%电流谐波５次谐波滤波器６脉冲整流器成本低于12脉冲整流

适用于中小型UPS负载

输入12脉冲整流器（选件）负载30°电池及逆变器输入两个6脉冲整流桥减小UPS输入电流的谐波对电网的污染，谐波含量小于10%，实现绿色电源的供电目的力博特所设计的12脉冲整流器提供冗余，为容量额定值的1.7倍69DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan0612脉冲整流器30°三相输入电源4%电流谐波11次谐波滤波器10%电流谐波12脉冲整流器作为工业标准，用于中大型UPS

负载

谐波的基本概念

谐波的定义：基波--指频率为F的正弦波；

谐波--指频率为F正整数倍的正弦波。谐波的产生：

(非线性负载)整流器/充电器的特征：*三相对称负载*可控硅整流桥产生大量的5次、7次、11次、13次谐波电流-非线性负载举例：

整流器，充电器，开关电源，调光器，变频调速器，电子计算机，感应电炉,荧光灯,微波炉，电视机，电话，传真机等等IV电流波形非正弦波71DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06谐波含量谐波次数5th7th11th13th17th19th23rd%谐波含量32383422(6脉冲整流器)%谐波含量1194112(12脉冲整流器)造成电力变压器过热电机类负载发热降低通话质量引起可控硅误动作72DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06消除谐波含量的方法73DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06输入滤波器～＝UPS整流器输入滤波器市电5次谐波滤波器－6脉冲输入谐波含量<33％to<10％输入功率因数：0.8to0.9311次谐波滤波器-12脉冲输入谐波含量<10％to<4.5％输入功率因数：0.90装于机组内部，无需占用外部空间74DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06输出直流母排逆变器线路TCIGBTIGBTIGBTIGBT+_IGBTIGBTDelta/Zig-Zag3-Phaseto3-PhaseTransformer75DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06逆变器(PWM脉宽调制技术）滤波后得到标准正弦波76DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06主要内容UPS概述UPS基本原理UPS关键技术UPS主要参数UPS电池UPS监控系统77DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06电池工作原理化学能电能78DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06电池结构79DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06放电特性80DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06电池容量C20C20：按0.05C20大小电流放电20小时所放出的容量100AH电池按5A放电可放20小时C10：按0.1C10大小电流放电10小时所放出的容量100AH电池按10A放电可放10小时81DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06电池电压单体每节电池组30节电池组32节浮充电压2.2513.5405432均充电压2.3514.1423460欠压保护1.8511.1333355终止电压1.7510.530633682DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06电池的维护83DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06放电试验放电试验：断开交流电带负载放电，放出蓄电池额定容量的30％至40％

84DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06UPS电池与通信用电池比较通信用UPS用设计取向长时间、小电流、深放电短时间、大电流放电、浅放电设计寿命10年以上3～5年铅膏配方长寿命配方，循环寿命长大功率配方，循环寿命短隔板长寿命隔板，较厚大孔径隔板，较薄，小电流深放电易造成枝晶短路，寿命终止。过放电恢复能力板栅合金高锡含量，良好一般密封方式高可靠密封一般容量10小时率20小时率85DELPHYSMP-Launch••Introduction27Jan06

UPS容量VA×UPS输出功率因数放电电流= 电池组电压V×电池逆变效率电池容量配置（1）、计算电池放电电流（2）根据放电时间要求查表确认容量系数（单位：小时）

（3）电池容量Q=放电电流I×容量系数C

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