UPS电源的基础知识培训

UPS电源的基础知识●UPS的基础知识●UPS的定义●UPS的主要作用●UPS的分类和拓扑结构●UPS的基本组成●UPS的基本运行原理（单机/并机）●正常运行方式●电池后备运行方式●旁路运行方式●维修运行方式●UPS发展史●UPS的基本技术指标●UPS使用与维护●UPS的定义UPSUPS●UPS的定义●UPS的主要作用——为什么要使用UPS？●随着电子技术的飞速发展，各种各样的用电器越来越多，而这其中的绝大部分都是非线性负载(Non-LinearLoad)：•从电网提取电流的波形与电压波形不一致的负载；•阻抗随加在其两端的电压而变化的负载；•产生谐波电流的负载又称为畸变负载(DeformingLoads)或污染负载(PollutingLoad);●一方面，这些非线性负载给电网带来了大量的谐波以及其它的干扰，使供电的质量越来越坏;●另一方面，一些重要的用电部门，如机场、医院、银行等和一些重要的用电设备：如计算机、通讯设备等，对供电质量的要求越来越高:不仅要求不停电，还要求电压、频率稳定，还要求波形准确完好。简而言之，需要有一个干净或净化的电源；●这就使得负荷(用电器)与电网供电质量之间的矛盾日趋加深，必须解决。●在诸多的解决电源的方案中，UPS是最好的解决方案。●UPS的主要作用——电网中的骚扰（定义）●骚扰（disturbance）：任何可能引起装置、设备或系）：根据GB4824-1996的标准词汇，选用“骚扰”一词。●UPS的主要作用——电网中的骚扰●停电：短时间的、长时间的...运行故障和数据丢失(计算机系统)或生产中断(连续处理过程)。停电(Outages)电压在一个周期以上的完全消失：施工。停机并危及人身(如电梯)，数据丢失(如计算机系统)或生产中断(如连续处理过主要起因电压有效值下降至额定值的90%以下(但大于0%),并在10毫秒到1分钟之内备损坏及数据丢失。过电压(Qvervoltage)n暂时的电压升高超过额定电压的10%,持续时间从10毫秒到几秒钟。-电厂发电机组或输变电系统的质量问题；公共电网中的负载波动；-公共电网的切换；-大功率负载的停机。-对计算机系统：-温度升高和设备提前老化。欠电压(Underxoltage)电压下降持续几分钟到数天。要求时就会降低它的电压以计算机系统关闭；数据错误或丢失；突然、巨大的电压跳变(例如6KV)。处理过程错误、数据错各相电压有效值不相等或各相之间负载不平衡。-感应电炉；-非平衡的单相负载。-温度上升；●UPS的主要作用——电网中的骚扰●频率变化：频率波动、过高、过低、闪烁...主要起因主要后果频率变化(Frequencyvariations)频率波动(Frequencyfluctuations)频率的不稳定性。秒钟时间间隔的平均值)。-发电机组的调整；-频率不稳定的电源。这些变化超出了某些仪表和计算机的容限范围(通常为±1%)，因此可能会导致数据的错误或丢失。闪烁(Flicker)由于电压和频率(<35Hz)的下降造成照明系统的闪电焊机、电动机、电弧炉、X-光机、激光、电容组。生理骚扰。●UPS的主要作用——电网中的骚扰●其它骚扰：高频瞬态冲击、谐波、电磁兼容性...非线性负载吸收的谐波电流造成上的谐波往往可以忽略不计。●UPS的主要作用——电网中骚扰的解决方案●为了消除这些电网中的干扰，制定有关的供电标准：•供电标准EN50160定义了欧洲配电系统中的如下一些正常波动：电压+10%到-15%(每10分钟间隔的平均有效值)，其中每周95%的时间必须在±10%的范围内；频率+4％到-6%，一年中有99.5%的时间在1%的范围内•国家标准《电子计算机场地通用规范》（GB/T-2887-2000）中关于机房供配电要求如下：频率：50Hz，电压：380V／220V，相数：三相五线制或三相四线制／单相三线制：计算机房供电允许变化的范围-5～-5～+5-0.2～+0.2-10～+7-0.5～+0.5-15～+10-l～+l项目电压变化(％)频率变化(Hz)●UPS的主要作用——电网中骚扰的解决方案●为了消除这些电网中的干扰，制定有关的法规，限制用电器对电网造成的扰动，规定用电器给公共电网带来的干扰限值：•国际电工委员会制定的标准IEC1000-3-2,•欧洲标准EN60555-2,•以及国家标准GB12326-90（电能质量－电压允许波动和闪变）、GB/T14549-93（电能质量－公用电网谐波）等。●人们用了多年的时间来寻找各种解决办法最后才创造出UPS这样的新型设备,使电网和用电器进行隔离,既避免负载对电网产生干扰,又避免电网中的骚扰进入和影响负载。●UPS的主要作用——电网中的骚扰，各种电气装置解决方隔离变压器稳压器化器调谐滤波器动态机铁磁共UPS电压变化频率变化瞬间间断谐波后备时间●UPS的主要作用UPSUPS直流逆变器输入输出2.隔离作用：将瞬间间断、谐波、电压波动、频率波动以及电压噪声等电网骚扰阻挡在负载之前，即使负载对电网不产生骚扰，又使电网中的骚扰不影响负载；直流逆变器输入输出整流器220Vac220Vac●UPS的主要作用UPS230Vac240Vac50Hz()60Hz()50Hz4.频率变换作用：输入频率等于或不等于输出频率，如50Hz/50Hz，50Hz()60Hz()50HzUPS●UPS的主要作用1)1)和5)是保证对负载供电的连续性；2)、3)和4)是保证对负载供电的质量。●UPS的分类和拓扑结构•充电器•逆变器•电池交流输入充电器滤波器/调压器正常方式电池后备方式●UPS的分类和拓扑结构•充电器•逆变器•电池交流输入充电器滤波器/调压器正常方式电池后备方式逆变器●UPS的分类和拓扑结构交流输入充电器滤波器●UPS的分类和拓扑结构交流输入充电器滤波器/调压器正常方式电池后备方式逆变器●UPS的分类和拓扑结构•电池放电运行方式：当交许容限范围，或市电中断时，逆变器和电池在经过一个很短的切换时间(切换●UPS的分类和拓扑结构•电池放电运行方式：当交许容限范围，或市电中断时，逆变器和电池在经过一个很短的切换时间(切换直到电池提供的后备时间交流输入充电器滤波器/调压器正常方式电池后备方式逆变器●UPS的分类和拓扑结构•市电恢复正常后：在经过很短的切换时间(切换时间小于10毫秒)后,负载切换回市电供电;充电器开始给电池进行恢复充电，直到●UPS的分类和拓扑结构•市电恢复正常后：在经过很短的切换时间(切换时间小于10毫秒)后,负载切换回市电供电;充电器开始给电池进行恢复充电，直到交流输入充电器滤波器/调压器正常方式电池后备方式逆变器●UPS的分类和拓扑结构●UPS的分类和拓扑结构●UPS的分类和拓扑结构•静态开关•电池•旁路开关 ●UPS的分类和拓扑结构●UPS的分类和拓扑结构 ●UPS的分类和拓扑结构●UPS的分类和拓扑结构●UPS的分类和拓扑结构 ●UPS的分类和拓扑结构●优点：电路简单，价格便宜；●缺点：频率不能调节，动态特性差。UPS(3)双转换式(●UPS的分类和拓扑结构注意：这种类型的UPS常常被称作“在线式”，这表示负载由逆变器连续供电而不管交流输入电源的状态如何。●优点：稳压稳频、切换无间断；●缺点：价格昂贵。单机UPS的基本组成b.QF1：电池电路保护开关；Q1Q4SUPSQ1Q4SQF1Q3BPQ5N去楼宇监控系统去电话网络去楼宇监控系统去电话网络整流器充电器逆变器整流器充电器逆变器modemmodem通信接口板监控监控PC机(5)(5)维修旁路开关(7)旁路交流输入(7)旁路交流输入关市电流输入市电流输入滤波器滤波器输入配电保护开关输出配电保护开关输入配电保护开关2.UPS的基本电路和组成●(1)整流器/充电器●(2)逆变器2.UPS的基本电路和组成●(4)静态开关●以下的任意一种原因都可能导致切换：•UPS自行关机；•超越逆变器容量上限的过载；•内部故障。●(5)手动维修旁路开关●用于在维护时将负载切换到旁路。当UPS上线和下游的频率一致时方可进行●转换到旁路方式运行不会导致对负载供电的中断，因为转换是通过静态开关进行的。●(6)市电输入开关、(7)静态旁路输入开关、(8)逆变器输出开关和(9)电池断路器●这些置于UPS内的装置在维护期间隔离各种组件；●电池短路器提供电池过放电保护、保护整流器/充电器和逆变器免受电池短路2.UPS的基本电路和组成●(10)旁路输入隔离变压器(选件)●当下线负载由旁路供电时提供UPS输入/输出的电气隔离；●在上线与下线的地线系统不一样的情况下尤其重要；●对于部分系列，上线隔离变压器能安装在UPS机柜里。●将电压调节至所需的值。●(12)输入谐波滤波器(选件)●在主电源输入端，有可能需要在整流器上线安装谐波滤波器；●目的是消除反送回配电系统的谐波电流：谐波电流是由整流器中的二极管或可控硅的开关作用产生的，它是产生电压失真度的原因之一；●安装谐波滤波器可以降低上线的配电总线中的电压失真度。将上线的THDU(总谐波电压失真度)控制在允许的水平内；2.UPS的基本电路和组成●(13)内置通信接口板和(14)调制解调器接口●除了需要友好的人-机界面对UPS实行有效的监控之外，UPS与其外部电力和计算环境(监控系统，楼宇和能源管理(BEM)系统)通讯的也变得越来越重要；●标准机型配备以下装置：•带有图象显示和模拟图形面板的友好的人/机界面：该界面是围绕自监控系统和自检测系统建立的，能持续地指示UPS不同部件的状态；例如：•电池监控系统具有全面的电池管理功能，可连续地监控电池的状态；•温度监测系统监测电池温度；•电池保护系统能够迅速地探测和定位电池的故障；•内置的与环境的通讯接口，包括：•干接点；•RS232ASCII；•使用SNMP协议的以太网卡；•JBUSRS485；•用于Teleservice(远程服务)的调制解调器。●这些接口允许用户通过一台PC用监控软件(如Monitor-Pac软件)或楼宇能源管理系统来远程控制各种设备、或者享受远程服务的优越性，等等。●它们还允许网管员管理整组的UPS(例如Management-Pac软件)或者在电池电力终止之前自动执行电脑系统的关机操作(例如Solution-Pac软件)。2.UPS的基本电路和组成●以下设备可以随UPS一起提供：•通过在交流输入回路使用断路器提供上线低压保护。对于GalaxyPW系列的UPS来说，这种保护措施可以作为选件集成在UPS中；•在上线低压开关屏中安装断路器以保护UPS的交流输入(正常交流输入及旁路交流输入);•在下游低压开关屏中安装断路器以保护不同的输出回路以避免故障的扩散和传播；I1浮充或再充电逆变器●●正常运行方式•正常运行方式：提供给负载的所有电力都经过整流/充电器和逆变器的双重转换（AC-DC-AC），双转换模式因此而得名。整流器/充电器对电池进行浮充电以保持电池处于满充状态。工作方式：当交流输入电压超出UPS允许的容限范围或市电中断时，逆变器和电池无间断地投入，继续为负载供电。UPS将持续运行直到电池放电时间终止，或在市电恢复正常时回到正常运行方式。主交流主交流旁路交流输入输入充电器静态开关中逆变器旁路负载整流器/手动旁路交流输入旁路交流输入整流器/充电器逆变器主交流输入静态开关手动●恢复充电运行方式•市电恢复正常(充电)工作方式：提供给负载的电力都经过整流/充电器和逆变器的双重转换，同时整流器/充电器开始给电池进行恢复性充电。旁路交流输入旁路交流输入整流器/充电器手动主交流输入静态开关逆变器●●旁路运行方式当停止逆变器时，负载可以无间断地切换到旁路交流输入(根据安装方式的不同由市电或后备电源供可能是：•UPS内部故障；•负载电流瞬变电流尖峰(冲击电流或故障电流)；•人为停止逆变器。UPS的基本运行原理主交流旁路交流整流器/充电器逆变器●维修运行方式•UPS维修时，通过手动的方式将负载无间断地切换到维修旁路，这样可以将UPS的内部进行隔离，在不中断负载的运行的情况下对UPS进行维护和维修。主交流旁路交流整流器/充电器逆变器●维修运行方式•UPS维修时，通过手动的方式将负载无间断地切换到维修旁路，这样可以将UPS的内部进行隔离，在不中断负载的运行的情况下对UPS进行维护和维修。•整流器/充电器，逆变器和静态开关被关闭并从主电源隔离出来。电池被其保护性断路器隔离。UPS的基本运行原理-p`-手动维修旁路手动维修旁路旁路交静态开关(静态旁路)流输入流输入正常交负载B-静态开关(静态旁路)负载A机流输入流输入整流器/充电器正常交流输入整流器/充电器逆变器电池电池逆变器逆变器主UPS的基本运行原理·并联冗余；须是同一路电源；可靠性旁路交正常交p(静态旁路)(静态旁路)负载充电器充电器电池—旁路交(静态旁路)正常交充电器电池●提高UPS可靠性的方法－公共旁路并联●由2到6台同等容量的并联型UPS组成，采用大容量的公共静态旁路开关柜，以便实现：•并联冗余；或●提高UPS可靠性的方法－公共旁路并联●由2到6台同等容量的并联型UPS组成，采用大容量的公共静态旁路开关柜，以便实现：•并联冗余；或•并联增容。●优点：公共旁路过载能力大；可靠性高。●缺点：占地面积大；价格昂贵。公共静态旁路开关柜旁路交流输入正常交流输入UPS1正常交流输入负载UPS2正常交流输入UPS3手动维修旁路静态开关/器充电器逆变器池/器充电器逆变器池/器充电器逆变器池UPS发展史●从动态UPS静态UPS●UPS由早期电动机/发电机组成的动态机组发展到以半导体变流技术为基础的静态UPS。●分立元件数模电路集成电路●UPS的控制技术由早期的分立元件发展到数字集成电路、微处理器控制电路、到现在的16位微处理器控制电路。●SCRGTRIGBT●UPS的功率器件由早期的可控硅(SCR)逆变器发展到电力晶体管(GTR)逆变器、到现在为绝缘门极晶体管(IGBT)。●UPS的整流器基本采用SCR桥式整流，个别UPS厂家已采用IGBT，或采用SCR+IGBT混合的含功率因数校正功能的整流器，容量小于500KVA，例如MGEGALAXY7000型UPS。●数码管LCD图形界面计算机通信●UPS的人机对话界面从只有数码管，发展到有图形显示界面，现在又发展到了可以通过计算机的接口实现人机对话。UPS的常用技术指标——基本技术指标(PFC+IGBT) UPS的常用技术指标——基本技术指标Ic2Ic2宽IbxIuIbxIuUPS的常用技术指标——基本技术指标 ●UPS交流输出●三相输出电压不平衡度——在100%不●逆变器过载能力：125%—10分钟；150%-●旁路过载能力：10倍额定电流承受20毫·反应一次性投资的效益，例如损耗小●50%负载时的效率UPS的常用技术指标——其它技术指标