UPS基本概念课件

什么是UPS?中文是“不间断电源”(uninterruptiblepowersupply)

它是能够实现两路电源之间无间断地相互切换的电气装置

有时人们叫它“不停电电源”，这种说法从专业上来说是不确切的。因为电源是能够提供电能、实现其他能量转换成电能的装置。UPS不能依靠能量的转换来提供电能，因此从严格意义上讲，UPS不是一种电源。它只是提供一种两路电源之间无间断转换的机会，这才是UPS设计的主要思想。UPS的价格之所以昂贵，就是贵在这种不间断切换的特点上。UPS=CVCF+BAT1为什么要使用UPS？ 理论上讲，供电设备应提供固定幅值和频率的正弦波电压（比如低压配电系统中400V，50Hz）。但实际的情况是，市电在额定值附近波动。在欧洲，EN50160标准定义了低压配电系统中正常的电压波动范围：电压+10%到-15%（一周内95%情况下必须在+10%之内）频率+4%到-6%（一年内99.5%情况下必须在±1%之内）

电能质量国家标准摘要

由于供电网络和负载的复杂性，以及自然界的雷击，地电和人为因素的影响，电网供出的交流电存在各种质量问题。2标准编号标准名称允许限值说明GB12325—90供电电压允许偏差

(1)35kV及以上为正负偏差绝对值之和不超过10％；

(2)10kV及以下三相供电为±7％；

(3)220V单相供电为+7％，一10％衡量点为供用电产权分界处或电能计量点GB2326—2000

电压波动和闪变电压变动d的限值和变动频度r(h-1)有关：当r≤1000时，对于低压(LV)和中压(MV)，d=1.25％～4％；对于高压(HV)，d=1．O％～3％；对于随机不规则的变动，d=2％(LV、MV)和d=1.5％(HV)，闪变限值如下表：此标准为GB12326—90修订版衡量点为电网公共连接点(PCC)；Pst每次测量周期10min，取实测95％概率值；几每次测量周期2h，不得超标；

(3)规定限值分三级处理原则；提供预测计算方法，规定测量仪器并给出典型分析实例。系统电压等级LVMVHV

Pst

1.0

0.9(1.0)

0.8

P1t

O．8

O．7(O．8)

O．6注1．括号中的值仅适用于所有用户为同电压级场合。

2．Pst为短时间闪变；P1t为长时间闪变。电能质量国家标准摘要3标准编号标准名称允许限值说明GB／T14549—93公用电网谐波各级电网谐波电压限值(%)衡量点为PEC，取实测95％概率值；对用户允许产生的谐波电流，提供计算方法；(3)对测量方法和测量仪器作出基本规定；(4)对同次谐波随机性合成提供算法电压(kV)THD奇次偶次O．3854.02．O6、1043.21.635、6632.41.211021.6O．8注1.220kV电网参照110kV执行。

2．表中THD为总谐波畸变率。GB／T15543—1995三相电压允许不平衡度

(1)正常允许2％，短时不超过4％；

(2)每个用户一般不得超过1.3％。

(1)各级电压要求一样；(2)衡量点为PCC，取实测95％概率值或日累计超过不超过72min，且每30min中超标不超过5min；(3)对测量方法和测量仪器作出基本规定；

(4)提供不平衡度算法。GB／T15945—1995电力系统频率允许偏差

(1)正常允许±0.2Hz，根据系统容量可以放宽到土0.5Hz；

(2)用户冲击引起的频率变动一般不得超过土0.2Hz对测量仪器提出了基本要求电能质量国家标准摘要4电网存在的质量问题：

5使用UPS的目的两路电源之间的无间断相互切换

隔离作用

电压变换作用

频率变换作用

提供一定的后备时间

TheUPSsolution8UPS的两路电源无间断相互切换功能UPS三类供电一类供电M1M2输出9UPS的隔离作用整流器直流逆变器交流输入交流输出将瞬间间断、谐波、电压波动、频率波动以及电压噪声等电网干扰阻挡在负载之前，既使负载对电网不产生干扰，又使电网中的干扰不影响载。

10UPS的电压变换作用输入电压变换输出380V220V380V400V415V（稳压作用）11UPS的频率变换作用50Hz50Hz60Hz400Hz输入频率变换输出（稳频作用）12UPS的后备功能整流器逆变器交流输入负载电池

UPS带有电池，贮存一定的能量，一方面在电网停电或发生间断时继续供电一段时间来保护负载；另一方面在UPS的整流器发生故障时使用户有时间来保护负载。按照用户的要求，后备时间可以是5分钟、10分钟、15分钟、30分钟(电池占UPS价格的一半)、90分钟等，甚至更长。13TheUPSsolution:highqualityandavailability14UPS的分类动态型（旋转型） 发电机+惯性飞轮+直流发电机+蓄电池静态型

输出功率：小功率<10KVA

中功率10-100KVA

大功率>100KVA

输出波型：方波（阶梯波，准正玄波） 标准正玄波

输出相数：单相输出（220V，50HZ）

三相输出（380V，50HZ）

功率器件：可控硅（SCR，SiliconControlRectifier）

功率晶体管（GTR，GiantTransistor） MOS场效应晶体管（MOSFET，Metal-OxideSemiconductorField EffectTransistor）

绝缘栅场效应晶体管（IGBT，InsulatedGateBipolarTransistorIPM, IntelligentPowerModule）15UPS的分类16动态UPS这一类UPS使用旋转机械来实现UPS的功能，获得“旋转逆变器的功能”。这一类UPS实际上是将一台高度简化的静态逆变器与一个电动机-发电机结合在一起。逆变器滤除市电的骚扰，同时只控制其输出电压的频率(通常以方波的形式)，并为电动机-发电机组供电。电动机-发电机组有时还会与飞轮组合在一起。电动机-发电机组产生以逆变器输出频率为参考的正弦波电压输出。

17静态UPS的分类后备式在线互动式双变换在线式18后备式19在线互动式20双变换在线式21性能特点——将关键负载和交流输入完全隔离。逆变器总是在向负载供电：当输入电源中断时，输出电压没有瞬时的下降，因为逆变器总处在运行的状态，并总是由直流输入供电；

共模噪声防护：输出逆变器通常包括一个隔离变压器，这一隔离变压器可以产生一个分离的中性线，这样就使得UPS被电气隔离，从而对负载提供共模噪声保护；

市电存在时，串连的两个变换都承担100%的负载功率，所以UPS整机的效率较低。由于全部的负载功率都由逆变器承担，因而UPS的输出能力不理想，对负载提出限制条件，如负载电流峰值系数，过载能力，输出功率因数等。对可控硅整流器还存在输入功率因数低，无功损耗大，输入谐波电流对电网产生污染等缺点。22UPS用功率器件1.可控硅（晶闸管）SCR普通型SCR电压高达6000V，电流达数千安培，自身电压降约为1.5V。开通时仅需在控制极上加一个小触发脉冲，关断电路复杂，工作频率不大于500HZ，主要用做整流器和静态开关。2.MOSFET晶体管全控型器件，采用电压控制，开关速度快。但其输入阻抗高，承载能力和工作电压较低，多用于电压为500V以下的低功率高频率能量变换装置。3.BJT（功率GTR）晶体管开关时间长，自身压降大，往往要求驱动电路输出很大的电流，造成较大的功耗。4.IGBT场效应晶体管IGBT是新发展起来的复合型电力电子器件，既有单极型电压驱动的MOSFET的优点，又有双极型器件BJT耐压高，电流大的优点。IGBT的最高电压为1200V，最大电流为1000A，工作频率高达100KHZ。普遍用于逆变器和斩波器，有的也用于整流器。23UPS的基本组成部件充电器逆变器静态开关电池24逆变器固定频率斩波在一个正弦周期内，斩波脉冲的前沿相位总是固定的，脉冲间隔相对于斩波频率是均匀的。通过在固定的时间间隔内调节脉冲宽度，来符合基准正弦波。图中的两条正弦波包络线对应于基准正弦波的容限范围(<1%)。2526GalaxyPWGalaxy3000GalaxyCometS31低频高频充电器功率器件SCR转换形式AC-DC工作频率<100Hz功率器件SCR转换形式AC-DC工作频率<100Hz功率器件IGBT转换形式AC-DC工作频率15KHz功率器件SCR/IGBT转换形式AC-DC-DC工作频率16KHzPFC整流器27标准整流器这是由六只可控硅SCR组成的三相整流桥。这种类型的整流器吸收n=6k

1(这里的k为整数)次的谐波电流，主要是H5和H7，H11和H13的幅值相对较小。利用滤波器可以控制这些谐波对上线的注入。

28静态开关用于将负载从逆变器切换到旁路，并且在切换时对负载的供电没有任何间断。容错功能使供电系统在各级供电发生故障的情况下以“低级”方式运行。在维修所必须的时间内，负载继续得到供电并创造产值。容错系统

有意识的逆变器停机；

过载超过了逆变器限定的能力(这种切换可以被人为地禁止)；

内部故障。以下的任意一种原因都可能导致自动切换：

29容错功能提高了可用性30UPS需要一个储能系统在市电故障或超限的情况下给逆变器供电。存储的能量必须具有如下的特性：

它能立即用来提供过渡市电的间断、短期的电压下降或停电时的电力；

具有足够的功率来为所有负载供电，即其额定容量等同于UPS系统本身的额定容量；后备时间(通常为10分钟)能适合负载的需要，并且能持续到获得其它的能源(例如由一台发电机组提供长时间的后备)。

电池：-密封铅酸电池，-开口铅酸电池，-镍镉电池。

超级电容；

飞轮：-传统飞轮，以低速旋转(每分钟1500转)并结合发电机组；-中速(每分钟7,000转)或高速(每分钟30,000到100,000转)飞轮。31输入功率因数和输出功率因数输入功率因数低时的危害视在功率的损失

电缆中的温度升高

中线电流增大自污染负载损坏电容变压器降容(Derating)越高越好UPS的供电质量线性负载非线性负载32对各种电气装置，谐波电流既不会产生有功功率也不会产生无功功率，只是通过焦耳效应产生损耗，即转变为焦耳热(ri2)。

33所有3次及3的整数倍次谐波电流在中线上相迭加34电压失真度反映出了电流的失