UPS的基本概念和基本电路

UPS的基本概念和基本电路1编辑pptUPS的基本概念和基本电路1编辑ppt前言

电的一般基本知识：什么叫市电？1.

中国市电的电压和频率是多少？2.

市电同样可以用，为甚麽要去推销UPS？3.

为甚麽UPS的容量要用VA表示？这叫甚麽功率？4.

甚麽叫有功功率，甚麽叫无功功率？各有甚麽作用？5.

KSTAR的UPS产品分那几种类型？6.

UPS的作用是甚麽？7.

功率因数是百分数吗，为甚麽？8.

UPS效率的定义是甚麽，含义是甚麽？2编辑ppt前言电的一般基本知识：什么叫市电？2编辑目录

上篇：UPS的基本概念下篇：UPS的基本电路

3编辑ppt目录上篇：UPS的基本概念3编辑pptUPS的三大基本功能

稳压

滤波

不间断4编辑pptUPS的三大基本功能4编辑p

双变换UPS功能方框图ACDCACDC静态开关市电输入UPS输出构成UPS的四大基本部分：两个变换器、电池组和旁路开关5编辑ppt双变换UPS功能方框图ACAC静态开上篇：UPS的基本概念

一、名词概念二、电路指标概念三、电池概念四、UPS供电制式概念五、系统连接概念六、普通电源变压器是否抗干扰七、全桥变换、半桥变换与输出变压器的关系八、零地电压的形成九、可靠性与可用性6编辑ppt上篇：UPS的基本概念一、名词概念6编辑p一、名词概念7编辑ppt一、名词概念7编辑ppt1.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

SQP8编辑ppt1.视在功率S=电压V电流A=VA(伏安)无功功率有用吗？可以帮助有功功率做功可转化为有功功率UC9编辑ppt无功功率有用吗？可以帮助有功功率做功UC9编辑pp5.电流峰值系数Fi=IP/I和

脉冲状态下的功率因数电压负载电流有效值Ia（ms）负载电流脉冲50HZb（ms）负载电流脉冲峰值IP10编辑ppt5.电流峰值系数Fi=IP/I和

脉冲状态下的不同峰值系数的形成Ip2Ip1

IUCUC315111编辑ppt不同峰值系数的形成Ip2Ip1IUCUC316.浪涌系数IISINtFS=IS/INUPSISIN12编辑ppt6.浪涌系数IISINtFS=IS/INUPS12

7.跟踪速率：UPS输出频率跟踪输入频率的速度

外部输入电压波形UPS输出电压波形

UPS输出频率在指定范围内跟踪输入而不能稳定13编辑ppt

7.跟踪速率：UPS输出频率跟踪输入频率的速度外部输入电8.波形准方波0方波0阶梯波0梯形波正弦波14编辑ppt8.波形准方波0方波0阶梯波0梯形波正弦波14编辑ppt9.线性负载和非线性负载线性负载非线性负载若

I1=

I2，则U1=U2，反之亦然。若

I1

I2，则U1=U2，反之亦然。UI

U2

U1

I1

I2oUI

U2

U1

I1

I2o15编辑ppt9.线性负载和非线性负载线性负载非线性负载若I1=10.一般UPS为什么不能带容性负载ACDC

ACDC市电输入PSQQPS感性负载情况16编辑ppt10.一般UPS为什么不能带容性负载ACAC容性负载情况ACDC

ACDC市电输入PQQ0QPQ0pp0带容性负载时，电容不但不输出功率去抵消感抗，而且还吸收功率，使负载上得到的有功功率减小，容易过载p017编辑ppt容性负载情况ACAC市PQQ0QPQ0pp例：一台30kVAUPSF=

0.8，要求带相同功率的容性负载（即,F=+0.8）

计算：原来UPS可提供有功功率PW=24kW,无功功率Q=+18kvar,负载需要：有功功率PW=24kW,无功功率Q=+18kvar由于两个无功功率不是抵消关系，而是相加关系，并且这时原本向外提供无功功率的电容也成了逆变器的负载，即此时UPS的无功功率就是36kvar，比UPS的视在功率还大。

原来逆变器给出的电流只能是：IW=24kW/220V=109A

而现在仅无功电流就需要IQ=36kvar/220V=164A

全部需要逆变器给出电流

18编辑ppt例：一台30kVAUPSF=0.8，要求带相同功二、电路指标概念变换器1变换器2380V/220V

(1±10%)50Hz

(1±5%)输出电压精度、输出电压频率精度、输出电压波形失真度等19编辑ppt二、电路指标概念变换器1变换器2输出电压精度、19编辑ppt1.电压精度±1%±50%±10%220VUPS给定的旁路电压范围：380V/220V

(1±10%)20编辑ppt1.电压精度±1%±50%±10%220VUPS给定的旁路±5V±12V±24V来自UPS输出电压输入电压为额定值时的情况TPWM电源对输入电压的调整情况21编辑ppt±5V来自UPS输入电压为额定值时的情况TPWM电源对输入电输入电压低于额定值时的情况输入电压高于额定值时的情况保持面积不变22编辑ppt输入电压低于额定值时的情况输入电压高于额定值时的情况保持面积2.频率精度±5~6%±0.01%50HzFUPS给定的频率范围：50Hz

(1±5%)国家规定的电网频率范围：50Hz±0.2Hz23编辑ppt2.频率精度±5~6%±0.01%50HzFUPS给定的频2.三相三相三线制相序三相四线制UAUBUCABCIAIBICUABUBCUCANACBoIAIBIC24编辑ppt2.三相三相三线制UAABCIAIBICUABACBoIA3.电压波形失真度UPS给定的电压失真度3%~5%波形失真在50%甚至以上25编辑ppt3.电压波形失真度UPS给定的电压失真度3%~5%波形失真三、电池概念1.放电电流Id—放电电流，AP—UPS额定功率，WF—负载功率因数—逆变器效率Umin—UPS关机前一瞬间的电池电压,一般每单元1.75V。（1）26编辑ppt三、电池概念1.放电电流Id—放电电流，A（1）26编辑放电时间h放电电流Id图1C20Ah放电曲线2.查放电曲线法27编辑ppt放电时间h放电电流Id图1C20Ah放电曲线2.查放电恒流放电曲线放电时间放电电流图2容量合并放电曲线各种容量的电池放电曲线

容量增加方向28编辑ppt恒流放电曲线放电时间放电电流图2容量合并放电曲线各种容3.恒流放电查表法表1GNB恒流放电（A)至中止电压1.75V(25

C）50A055837272218161413119.3

1h2h3h4h5h6h7h8h10h12h

50A078756413328242219161450A0911675554437332926221850A1114694695647413633272350A13175112836756494439332850A15204131977866575146383250A0550A0750A0950A1150A1350A15100Ah160Ah210Ah260Ah320Ah370Ah29编辑ppt3.恒流放电查表法表1GNB恒流放电（A)至中止电压1.SenryFM65恒电流放电表FM655m10m15m30m45m1h2h3h5h8h10h12h24h1.60V22015511068.050.140.22416.811.07.406.355.422.841.65V20214510967.049.639.02416.811.07.406.355.422.841.67V19714210866.349.439.02416.811.07.406.355.422.841.70V19213710665.749.239.02416.811.07.406.355.422.841.75747.738.22316.310.67.396.205.302.841.80V15511796.061.747.237.422.615.810.47.005.905.102.701.85V11290.776.857.242.335.721.315.310.06.705.605.002.65表2恒流放电（A)至不同中止电压(25

C）30编辑pptSenryFM65恒电流放电表FM655m10m15m30例：30kVAUPSF=0.8，要求后备时间t=2h，UPS电池电压为32

12V，要求用GNB12V/100/Ah电池，需多少节?解：设逆变器效率=90%，设放电中止电压为1.75V，根据式（1）求得79.4A，由表1查得此值在2h放电到1.75V时,对应的相近规格是50A09（75A,210Ah)，即采用210Ah32或（100Ah32）231编辑ppt例：30kVAUPSF=0.8，要求后备时间t=2h恒功率放电查表法P—放电电流，APd—UPS额定功率，WF—负载功率因数

—逆变器效率（2）32编辑ppt恒功率放电查表法P—放电电流，A（2）32编辑ppt50A1566560355444938229625018715111250A05190172158128109847152433120m25m30m45m1h1.5h2h3h4h6h50A0728525823719216312710779644750A09380344316257218169143106856550A114754303953212722111791331098050A1357051747538532725421316013096表3

GNB额定放电功率（W/Cell）至中止电压1.75V(25

C）注意：这里给出的是一个2V单体的数值33编辑ppt50：30kVAUPSF=0.8，要求后备时间t=2h，UPS电池电压为32

12V，要求用GNB12V/100/Ah电池，需多少节?求放电功率，设逆变器效率=90%，设放电中止电压为1.75V，根据式（2）算得放电功率Pd=

26667W由表3对应100Ah（50A05）和2h的位置查得为p=71W，则所需电池单体数为：N=Pd/p=26667W/71W=375.59，取整数376，又因一个12V电池有6个单体，故电池数n=N/6=376/6=62.6（节）电池组数m=62.6/32=1.9582（组）所以用32

2节12V电池即可。34编辑ppt例：30kVAUPSF=0.8，要求后备时间t=2h

SenryFM65恒功率放电表FM655m10m15m30m45m1h2h3h5h8h10h12h24h1.60V36325719612896.278.045.832.121.114.311.910.35.41.65V34725419412595.275.745.132.121.114.311.910.35.41.67V34425219212493.875.745.132.121.114.311.910.35.41.70V33124818912292.475.745.132.121.114.311.910.35.41.75V30823218411290.875.744.331.620.814.211.710.35.41.80V27621617210589.975.243.531.120.614.011.69.95.31.85V22117915097.082.969.941.830.019.313.111.09.55.0表4额定放电功率至不同中止电压(25

C）35编辑pptSenryFM65恒功率放电表FM655m10m154.电池的组合假如用100Ah

提供2h后备时间Id=100A时，在曲线上查得28min，用Id=50A，在曲线上查得对应1h可用2组并联方案切记电池并联不得超过5组有的放电表给出的功率数值是一个单元（2V)的，36编辑ppt4.电池的组合假如用100Ah提供2h后备时间36四、UPS供电制式概念1.单相单相2线制火零线的确定用试电笔或万用表单相3线制火零线的确定最大电阻档顺时针：0LN37编辑ppt四、UPS供电制式概念1.单相最大电阻档顺时针：0L三相五线制UABUBCUCANACBoEE38编辑ppt三相五线制UABACBoE五、系统连接概念

—双市电供电UPS市电1市电2*两路市电同时接在同一台UPS上违背了市电一主一备的原设计思想打乱了原设计的程序不能在整个时间里保护负载39编辑ppt五、系统连接概念

UPS市电1市电2*实现一主一备的合理方案40编辑pptUPS市电1*实现一主一备的合理方案40编辑ppt六、普通电源变压器是否抗干扰I1

I2U1U2N1

N2

C

C普通电源变压器的作用是变压和隔离地41编辑ppt六、普通电源变压器是否抗干扰I1U1U2N1N2七、全桥变换、半桥变换

与输出变压器的关系全桥变换器UABUBCUCAN42编辑ppt七、全桥变换、半桥变换

VS1VS2VS3VT1VT2VT3VS4VS5VS6VT4VT5VT6

RcRbRa

UaUbUcUaUbUcN市电变压器

NVS1VT1VS2VT2VS3VT3

R1

R2

R3全桥变换器无数出隔离变压器的情况直接接负载等效电路43编辑pptVS1VS2VS3半桥变换器UABUBCUCAN44编辑ppt半桥变换器UAB44编辑ppt八、零地电压的形成接地装置名称接地电阻最大允许值（

）3

35kV配电所高、低压共用接地系统43

35kV线路杆、塔在居民区的接地系统30PE或PEN线的重复接地10电子设备型号接地4（在与防雷地共用时为1）屏蔽体、高频电炉、X光设备以及10

100Kv试验设备等的接地4防静电接地10建筑物防直击雷冲击接地电阻10（第一、二类）30（第三类）建筑物防雷电波侵入冲击接地电阻10（第一、二类）30（第三类）建筑物防雷电感应工频接地电阻10（第一类）1.接地电阻的最大允许值45编辑ppt八、零地电压的形成接地装置名称接地电阻最大允许值（）33零地电压的形成：三相电流不平衡、谐波电流、UAUB

NUC变电站R

ICIBIA0VEIN0VUNE一般的接法46编辑ppt零地电压的形成：三相电流不平衡、谐波电流、零地电压在高地频率时的区别高频机的零地电压比工频机高

工频时的导线截面积

高频时的导线截面积在高频下，导线的集肤效应使得电阻变大47编辑ppt零地电压在高地频率时的区别高频机的零地电压47编辑ppt九、可靠性与可用性MTBF:平均无故障时间MTTR：平均修复时间48编辑ppt九、可靠性与可用性MTBF:平均无故障时间48编辑ppt可用性A=0.99999时MTTR和MTBF的对应关系表1-1A=0.99999时的MTTR和MTBF的对应关系(n+1)修复时间MTTR要求的MTBF10min16667h

20min33333h30min50000h

1h100000h2h200000h

3h300000h4h400000h

5h500000h10h1000000h

20h2000000h49编辑ppt可用性A=0.99999时MTTR和MTBF的对应关系表1-只注重MTTR的后果

MTBF1

（h）MTBF2（h）同时出故障的周期（h）50512550500510255005000510025500050000510002550000只有两个因素同时注重才能保证合理的可用性50编辑ppt只注重MTTR的后果MTBF1（h）M停机时间与可用性的关系可用性A=0.99999时，允许一年的停机时间

t=一年的天数

一天小时数（1-A）=（365

24h

（1-0.99999）=8760

h

0.00001=0.0876

h=5.256min51编辑ppt停机时间与可用性的关系可用性A=0.99999时，允许一年的下篇：UPS的基本电路

一、电压源二、电流源三、串联调整四、并联调整五、串并联调整六、在线互动式的概念七、非在线式和在线式UPS区别的判断八、UPS几种波形形成的基本电路

52编辑ppt下篇：UPS的基本电路一、电压源52编辑pp一、电压源和电流源

U1

=E-Ir=E{1-（r/R+r）}r

/R+r=0

r(Zu)

0

U1

=EEr

(Zu)IRU1电压源原理方框图53编辑ppt一、电压源和电流源

U1=E-Ir=E{1-二、电流源

I=E

（

r+R）

r»R

r(Zi)

I=E

rEr(Zi)R电流源原理方框图54编辑ppt二、电流源

I=E（r+R）三、串联调整UinrUrIUoRACDC

ACDC市电输入一般传统双变换式UPS55编辑ppt三、串联调整UinrIACAC市电输入一四、并联调整rI

Uo

RUinIUUo56编辑ppt四、并联调整rIUinIUUo56编辑ppt五、串并联调整UinrUrIUoR

变换器1市电负载

变换器2

Delta双变换UPS57编辑ppt五、串并联调整UinrI主要功能目录1）一相电路结构原理2）电压调整原理3）隔离干扰等效电路原理结构4）隔离输入干扰效果5）输入输出隔离效果6）功率平衡原理7）软启动和负载软转移58编辑ppt主要功能目录1）一相电路结构原理58编辑pptPWMPWM~~sync~=1）一相电路结构原理59编辑pptPWMPWM~~sync~=1）一相电路结构原理59编辑pp（d）Ui

Uo时（a）输入电压Ui（b）Ui

Uo时（c）Ui

Uo时主静态开关主变换器防反馈控制器Delta变换器

Delta变压器

负载L2）电压调整原理60编辑ppt（d）UiUo时（a）输入电压Ui（b）UiUoDelta变压器

RFI(x)差模滤波器EMC

150kHz

L1输入NRFI扼流圈RFI(x)AC1

AC2L1输出5次谐波失真滤波GND

GNDRFI(y)理想50Hz电流发生器RFI(y)NRFI扼流圈3）隔离干扰等效电路原理结构61编辑pptDelta变压器RFI(x)差模滤波器EMC输入电压输出电压4）隔离输入干扰效果62编辑ppt输入电压输出电压4）隔离输入干扰效果62编辑ppt输入电压=输出电压时，加脉冲负载5）输入输出隔离效果1234

输入电流输出电流输入电压输出电压123463编辑ppt输入电压=输出电压时，加脉冲负载5）输入输出隔离效果12346）功率平衡原理输入电压=输出电压情况64编辑ppt6）功率平衡原理输入电压=输出电压情况64编辑ppt输入电压降低15%情况65编辑ppt输入电压降低15%情况65编辑ppt输入电压升高15%情况66编辑ppt输入电压升高15%情况66编辑ppt额定输入电压情况下的充电情况67编辑ppt额定输入电压情况下的充电情况67编辑ppt7）软启动和负载软转移Delta变换结构UPS的软启动特性68编辑ppt7）软启动和负载软转移Delta变换结构UPS的软启动特性6传统双变换结构UPS的软启动特性69编辑ppt传统双变换结构UPS的软启动特性69编辑ppt六、在线互动式的概念双向变换器抽头换接K滤波器波器负载市电输入GB抽头补偿式在线互动是两个电压之间的互动70编辑ppt六、在线互动式的概念双向抽头换接滤波器负市GB抽头一段补偿式双向变换器负载市电输入互动电压补偿环节在线互动式UPS一段补偿式原理方框图71编辑ppt一段补偿式双向变换器负市电输入互动电压补偿环节在线互动DC/ACInverter/charger

COM1INPUTCOM2NC1NO1NC2NO2RY5RY4NCNOTRANSFERCOMCOMRY3NCNORY2NCNOCOMCOMRY1NCNOOFFONOUTPUTPrimaryBoost/TrimLLNN一段补偿式结构原理图72编辑pptD