UPS基础及原理介绍-课件

UPS基础及原理介绍1UPS基础及原理介绍1

目录电气基础交流UPS原理和分类UPS供电系统介绍主要UPS厂家产品介绍2目录电气基础交流2精品资料3精品资料3你怎么称呼老师？如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你是否会认为老师的教学方法需要改进？你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？教师的教鞭“不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨，没有学问无颜见爹娘……”“太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”441.电气安全2.电气基本概念3.电气变换种类4.常用器件5.接地型式

电气基础交流51.电气安全电气基础交流5电气伤害：

触电是指人体组织接触电流形成回路，触电的致命因素是电流。欧姆定律表明电流与承受的电压成正比，与电阻成反比。

另外触电事故可能会伴随电弧及烧伤。触电因素：

二个影响人身的因素：包括接触的时间和电流的路径。

电流强度－受伤害的程度与流过人体的电流密切相关。

触电造成的伤害包括:无法随意活动；对身体的实际伤害：重要的器官动作受损或造成窒息；对身体的内在伤害；心肌颤动。

电气安全6电气伤害：电气安全6

电气安全7电气安全7防护措施：

第一个是对下电设备操作的必备策略。一定要用一块在带电设备上校对过（已知值）的万用表对要操作的电路进行检测。第二个策略是要在带电操作时使用适当的安全装备和流程。第三个策略是接地：这是次级保护措施。

“地”是指导体接地，通常指大地面。用作一个名词,是通过导电连接（不管有意无意），将带电设备连接到大地和地面。绝缘–一个确保不碰到带电线路或设备的方法是绝缘。

绝缘体指任何对电流有高阻抗的物质。当员工在对带电设备进行操作的时候，在接入电源前，检查绝缘确保没有裸露的电线。

电气安全8防护措施：电气安全8交流电—AlternativeCurrent，简称“AC。一般指大小和方向随时间作周期性变化的电压或电流。它的最基本的形式是正弦电流。直流电—DirectCurrent，简称DC，一般指方向不随时间变化的电压或电流。

电气基本概念9交流电—AlternativeCurrent，简称“AC。电气基本概念下述波形是交流电还是直流电？10电气基本概念下述波形是交流电还是直流电？10

电气基本概念电压--单位正电荷q从电路中一点移至另一点时电场力做功的大小，单位V(伏)，kV、

mV、μV电流--带电粒子有规则的定向运动，在单位时间里通过导体任一横截面的电量叫做电流强度，单位A（安培），kA、mA、μA11电气基本概念电压--单位正电荷q从电路中一点移至另一点时阻抗--在具有电阻、电感和电容的电路里，对电路中的电流所起的阻碍作用叫做阻抗。其中电容在电路中对交流电所起的阻碍作用称为容抗,电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为感抗，电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗。阻抗的单位是欧姆Ω。Z=R+j(ωL–1/（ωC）)=R+j（XL-XC）（有功）功率--单位时间内电场力所做的功，单位W(瓦)(Watt，瓦特)电能--在一定的时间内电路元件或设备吸收或发出的电能量，通常单位是“度”，它的学名叫做千瓦时，符号是kW·h。

电气基本概念12阻抗--在具有电阻、电感和电容的电路里，对电路中的电流所起的谐波—是指周期性波形中所含有的频率为基波的整数倍的量一般是对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其大于基波频率的电流产生的电量总谐波失真（THD）—输出的各次谐波总有效值和基波有效值之比。视在功率—电压有效值跟电流有效值的乘积，单位是伏安（VA）功率因数---为给定负载两端的有功功率(kW)和视在功率(kVA)之比效率—输出有功功率对输入有功功率的比值

电气基本概念13谐波—是指周期性波形中所含有的频率为基波的整数倍的量电气基交流→直流

整流变换直流→交流

逆变变换高压→低压

降压变换低压→高压

升压变换

电气变换种类14交流→直流电气变换种类14整流基础15整流基础15整流基础16整流基础16整流基础17整流基础17整流基础18整流基础18整流基础19整流基础19整流基础20整流基础20整流基础21整流基础21整流基础22整流基础22整流基础23整流基础23无源器件：电阻—消耗电能，电压电流同相位电感—产生磁场储存磁场能量，通直流阻交流，电流滞后电压电容—产生电场储存电场能量，通交流阻直流，电流超前电压半导体功率器件：

常用器件24无源器件：常用器件24常用器件二极管不可控频率低可控硅半可控电流驱动MOSFET全控电压驱动功率小IGBT

全控电压驱动25常用器件二极管25

常用器件之二极管RLuiuouiuott二极管:Diode具有单向导电性，用于整流、检波、钳位、变容等电路中，在二极管整流电路中，输入交流电压，输出端得到直流电压。不控型器件：开通、关断均不控

26常用器件之二极管RLuiuouiuott二极管:Diode

常用器件之二极管二极管的一般分类：按材料硅二极管锗二极管砷化镓二极管碳化硅二极管按工艺PN结型二极管肖特基二极管按功率信号二极管功率二极管按工作频率普通二极管开关二极管快恢复二极管快速软恢复二极管按功能整流二极管稳压二极管27常用器件之二极管二极管的一般分类：按材料硅二极管锗二极管砷

常用器件之晶闸管SCR:SiliconControlledRectifier晶体闸流管或Thyristor半控型器件：开通可控，关断不控

28常用器件之晶闸管SCR:SiliconControlle

常用器件之晶闸管可控硅整流原理:29常用器件之晶闸管可控硅整流原理:29

常用器件之IGBT什么是IGBT?InsulatedGate

Bipolar

Transistor绝缘栅型双极型晶体管全控型器件：开通可控，关断可控30常用器件之IGBT什么是IGBT?InsulatedG

常用器件之IGBT器件特点：高输入阻抗；电压型控制器件，驱动功率小；开关速度快、工作频率可达10-100KHz；饱和压降低（相比MOSFET小得多）；电压、电流容量较大，安全工作区较宽。通常反向集成体二极管

31常用器件之IGBT器件特点：31

PFC工作原理整流基础32

PFC工作原理整流基础32整流基础整流器类型：SCRIGBT主要差异：功率因素输入谐波33整流基础整流器类型：33储能装置飞轮

飞轮UPS作为一种电能储存方式,

可提供几秒到几分钟的电能电池

(1)Vented,VRLA

(2)Nicd34储能装置飞轮(2)Nicd34储能装置镍镉Nicd铅酸VRLA备注容量标称C5C10开口电压1.2V2V浮充电压1.4V2.23-2.27VFloating均充电压1.45V2.3-2.4VEqualize充电电流0.2C50.1-0.2C10Boost终止电压1-1.14V1.67-1.8V寿命15-20年5-10年温度适应性好差35储能装置镍镉Nicd铅酸VRLA备注容量标称C5C10开口电逆变基础冲量等效原理大小、波形不相同的窄脉冲电压作用于L、R电路时，只要脉冲电压的冲量相等，则他们形成的电流响应就相同。因此，要使图示的PWM电压波在每一个时间段都与该时段中正弦电压等效，除每一时间段的面积相等外，每个时间段的电压脉冲还必须很窄，这就要求脉波数量很多。如果按同一比例改变所有矩形脉冲的宽度，则可成比例地调控输出电压的数值。这种控制逆变器输出电压大小及波形的方式被称为正弦波脉宽调制方式SPWM。36逆变基础冲量等效原理如果按同一比例改变所有矩形脉冲的宽度，则逆变基础

中大功率UPS而言，通常定义额定输出容量时都标明输出功率因数滞后0.8的条件，也就是说，在其它某些负载功率因数下，UPS有可能不能输出额定的的标称功率。这主要与UPS逆变器输出的滤波器呈容性有关。大多数厂家也都会相应地给出在线性负载下不同负载功率因数对应的UPS能够输出的容量值.37逆变基础中大功率UPS而言，通常定义额定输出容量时逆变基础各种负载功率因素的功率折算(KVA)UPS:380V50HZUPS额定输出功率

（KVA）80120160200滞后0.6801201602000.7801201602000.8801201602000.976114152.5191.116699.2134.2169.2超前0.957.786.4118.1149.80.854.882.1112.6143.10.752.979.2108.9138.70.651.577.1106.3135.5各种负载功率因数下的功率折算（KVA）UPS：400V50HzUPS的额定输出功率（KVA）406080100120160滞后0.64060801001201600.74060801001201600.84060801001201600.93755749211014713045607590120超前0.92436486072960.82233445566890.72132425364850.6203040506081GalaxyHipulse38逆变基础各种负载功率因素的功率折算(KVA)UPS:静态开关切换开关类型：

接触器

晶闸管切换类型：

（1）同步切换

（2）不同步切换39静态开关切换开关类型：切换类型：39

接地型式建筑工程供电使用的基本供电系统有三相三线制三相四线制等，但这些名词术语内涵不是十分严格。国际电工委员会（IEC）对此作了统一规定，称为TT系统、TN系统、IT系统。其中TN系统又分为TN-C、TN-S、TN-C-S系统。第一个字母表示电源端与地的关系T（法文Terre）－电源端有一点直接接地；I（法文Isoland）－电源端所有带电部分不接地或有一点通过阻抗接地。第二个字母表示电气装置的外露可导电部分与地的关系T（法文Terre）－电气装置的外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点；N（法文Neutre）－电气装置的外露可导电部分与电源端接地点有直接电气连接。短横线后的字母用来表示中性导体与保护导体的组合情况S（法文Separateur）－中性导体和保护导体是分开的；C（法文Combinaison）－中性导体和保护导体是合一的40接地型式建筑工程供电使用的基本供电系统有三相三线制三相四线

接地型式TN-STN-C41接地型式TN-STN-C41

接地型式TN-C-STTIT42接地型式TN-C-STTIT42

目录电气基础交流UPS原理和分类UPS供电系统介绍主要UPS厂家产品介绍43目录电气基础交流43负载蓄电池UPS什么是UPS？－交流不间断电源市电作用：不间断供电净化供电UPS－UninterruptiblePowerSystem

利用电池化学能作为后备能量，在市电断电等电网故障时，不间断地为用户设备提供（交流）电能的一种能量转换装置。44负载蓄电池UPS什么是UPS？－交流不间断电源市电作用：UP高可靠性不间断供电—基本功能供电稳压、净化功能—提高供电可靠性的需求电池管理功能—电池是UPS系统中重要的一环智能监控功能—满足维护管理的需求UPS的功能45高可靠性不间断供电—基本功能UPS的功能45污染的电网46污染的电网46服务器数据丢失磁盘阵列损坏计算机死机路由器停止工作网络传输误码率增加数据传输速度低下。。。。。。电网问题对设备的危害47服务器数据丢失电网问题对设备的危害47UPS的发展历程市电正常时：市电一电动机一发电机组—负载市电异常时：

飞轮—发电机组—负载

柴油发电机—负载飞轮储能，飞轮惯性很大，实现贮能特点：

运行稳定可靠，维护简单方便

笨重，效率低，噪声大，操作控制不灵活飞轮UPS旋转型可控硅UPS静止型可控硅组成电能变换电路，用蓄电池作为贮能元件，当市电发生断电时由蓄电池代替整流器向逆变器供电特点：

重量轻，效率高，噪声小，操作控制灵活等

过载能力差，系统结构较复杂，维护技术要求高

大电流可控硅频繁工作污染电网，干扰其他用户巨型功率晶体管(UR)，功率场效应晶体管(MosFET)，绝缘栅双极晶体管(IGBT)48UPS的发展历程市电正常时：市电一电动机一发电机组—负载飞轮UPS的分类按供电体系不同，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）49UPS的分类按供电体系不同，UPS分为49按变压器特点不同，UPS分为高频UPS（高频机）工频UPS（工频机）按工作原理不同，UPS分为后备式UPS在线互动式UPS在线式UPSUPS的分类50按变压器特点不同，UPS分为UPS的分类50后备式UPS工作原理特点市电正常时逆变器不工作切换时间长负载逆变器电池组充电器175～264V功率等级0.25-2KVA左右市电山特K500型

51后备式UPS工作原理特点负载逆变器电池组充电器175～264特点逆变器与充电器合二为一

实现分段稳压互动式UPS工作原理

双向变换器

市电正常－整流停电－逆变264-276V150-175V175-264V功率等级0.7-20KVA左右电池组负载

市电UPS-1100CA52特点互动式UPS工作原理双向变换器市电正常

特点：正常情况下逆变电路始终处于工作状态功率等级0.7－1500KVA逆变器整流器市电电池组负载切换开关在线式UPS工作原理53特点：正常情况下逆变电路始终处于工作状态功率等级0.7－1三种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能质量低中等最高切换时间5～12ms4ms0成本低中等较高！后面的介绍都只针对于在线式UPS54三种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

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：在线式UPS工作模式55

市电逆变工作模式：在线式UPS工作模式55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：在线式UPS工作模式56

电池逆变工作模式：在线式UPS工作模式56

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。此后若需恢复到正常工作模式，则需要用户重新开机，如图：

静态旁路工作模式：在线式UPS工作模式57

静态旁路工作模式：在线式UPS工作模式57旁路旁路输入范围

同步要求

负载要求同源与否

整流工作方式相序

正相序

并机同相序58旁路旁路输入范围58

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：在线式UPS工作模式59

维修工作模式：在线式UPS工作模式591、数字控制技术模拟控制单片机控制DSP控制数字PID控制全数字矢量控制2、UPS冗余技术交替串联热备份技术单机/并机软件硬件兼容技术分散式直接并联技术数字并联技术3、UPS防护技术专业防雷技术集中式风道技术瞬态短路电流限定技术UPS发展趋势601、数字控制技术2、UPS冗余技术3、UPS防护技术UPS发5、绿色电源技术功率因数校正技术12脉冲整流技术隔离变压器技术电磁兼容技术4、高频开关技术晶闸管绝缘栅双极晶体管（IGBT）

工频整流技术高频整流技术简单高频逆变数字化高频逆变技术UPS发展趋势615、绿色电源技术4、高频开关技术UPS发展趋势616、电池自动管理技术均浮充转换和温度补偿电池放电终止电压自动调节市电和电池联合供电技术电池容量检测和寿命预估技术电池自动巡检技术7、网络监控技术中文视窗技术多数量UPS监控安全监控技术多协议、跨平台监控技术

UPS发展趋势626、电池自动管理技术7、网络监控技术UPS发展趋势62双变换技术ACDC整流DCAC逆变63双变换技术ACDC整流63双变换技术一、整流器功能ACDC充电器缓启动/功率爬升主要组成整流桥DC滤波电容PFC功率因数校正电路64双变换技术一、整流器64双变换技术种类二极管整流SCR整流IGBT整流65双变换技术65双变换技术1、二极管整流特点全导通角，无法调整整流后的电压幅值66双变换技术1、二极管整流66双变换技术2、SCR整流特点通过控制SCR导通角来控制导通时间，从而控制输出的直流电压67双变换技术2、SCR整流67双变换技术三相全桥SCR整流特点降压整流，结构简单，控制易实现，可靠性高68双变换技术三相全桥SCR整流68双变换技术3、三相IGBT全控整流桥特点PFC升压整流，高输入功率因数69双变换技术3、三相IGBT全控整流桥69双变换技术二、逆变器

功能DCAC保证为负载提供洁净的电源组成IGBT三相逆变桥AC输出滤波电容

控制逻辑电路输出变压器（transformer-base/transformer-less）70双变换技术二、逆变器70双变换技术单相半桥逆变电路71双变换技术单相半桥逆变电路71双变换技术SPWM调制波的产生定义SPWM（正弦波脉冲宽度调制）调脉冲宽度来控制输出电压稳定逆变器控制信号－SPWM波72双变换技术SPWM调制波的产生定义逆变器控制信号－SPW双变换技术SR+RNTRSSTT_三相半桥逆变器73双变换技术SR+RNTRSSTT_三相半桥逆变器73电池管理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为限流均充阶段电池充放电管理功能74电池管理T1为恒压均充阶段，T2为浮充阶段，T3为电池逆变供UPS电池注意事项

电池可用相同的多组（小于5）并联；电池需外接开关，电池开关要满足相关要求。电池到UPS的距离尽可能近。尽量使用电池架，便于以后维护电池。

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75UPS电池注意事项电池可用相同的多组（小于5）并联；ouUPS常见部件防雷器接触器熔断器电感变压器电容器磁环电流互感器电池开关浪涌抑制器76UPS常见部件防雷器76防雷器UPS内置D级防雷器，指示灯亮为正常。故障更换前，请检查上级（C级）防雷器或浪涌抑制器。防雷器UPS内置D级防雷器，指示灯亮为正常。故障更换前接触器电池接入延时启动交流接入接触器电池接入延时启动交流接入熔断器熔断器检测触点79熔断器熔断器检测触点79变压器80变压器80电容器直流电容交流电容停机后仍可能带电！电容器直流电容交流电容停机后仍可能带电！磁环、霍尔元件磁环（抑制谐波）霍尔元件（测直流电流）82磁环、霍尔元件磁环（抑制谐波）霍尔元件（测直流电流）82开关Q4、Q5标注不同，都是输出开关。主路输入旁路输入维修旁路输出83开关Q4、Q5标注不同，都是输出开关。主路输入旁路输入维修旁电池开关电池开关UPS主要参数——输入特性输入电压范围：典型±10%（一般可设置）旁路允许电压范围：典型±10％（一般可设置）输入频率允许范围：通常±5％输入功率因数：UPS作为电网负载的功率特性输入电流谐波分量：UPS回馈给电网的谐波电流85UPS主要参数——输入特性输入电压范围：典型±10%（一般可UPS主要参数——输出特性稳态电压精度：大型为1%，中小型为2%。输出瞬态特性：大型5%，中小型8%。输出过载能力：（如：过载125%5min;150%10S)输出功率因数：典型0.8、0.9、1.0输出电压畸变（THD）：典型3%以内。频率跟踪范围：50HZ±2Hz考虑到负载启动时的冲击，最佳负载容量应为UPS容量的70%~80%。86UPS主要参数——输出特性稳态电压精度：大型为1%，中小型为UPS主要参数——系统特性系统效率：满载时效率92%到97%。不同负载率下的效率曲线。不同负载率下输入端的无功。零地电压。87UPS主要参数——系统特性系统效率：满载时效率92%到97%

目录电气基础交流UPS原理和分类UPS供电系统介绍主要UPS厂家产品介绍88目录电气基础交流88

8989冗余技术－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，对单机抗阶跃负载能力要求高

90冗余技术－主从串联热备份用于中小功率，易于安装调试，没有扩冗余技术－并机冗余供电全部交流负载集中供电，由各台UPS平均分担，可靠性高各台UPS的旁路和输出分别并接在一起主路可以采用不同的输入交流电控制复杂，成本较高91冗余技术－并机冗余供电全部交流负载集中供电，由各台UPS平均冗余技术－双母线供电92冗余技术－双母线供电92冗余技术－三总线供电93冗余技术－三总线供电93

目录电气基础交流UPS原理和分类UPS供电系统介绍主要UPS厂家产品介绍94目录电气基础交流94功率(kVA)主要型号Hipulse20/30/40/60/80/100/120/160/200/300/400/50080/120/160/200/300/400102080/100/120/160/200/300/400/500603012020080080500/600/800HipulseUNXL20/30/40/60/80/100UL33艾默生UPS系列工频机30/4