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UPS电源技术培训UPS技术培训基础部分2009-01-01提纲•1、什么是UPS•2、UPS发展史•3、为什么使用UPS•4、UPS的分类和工作原理•5、UPS的供电方案•6、UPS的新技术•7、UPS电源功率器件•8、UPS的原理•9、UPS的工作模式•10、蓄电池的原理、安装、使用与维护•11、UPS工程设计参考•12、UPS电源安全防护•13、UPS的监控系统介绍•14、UPS设备维护基本要求、操作使用1、什么是UPS?•UPS－UninterruptedPowerSystem•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。1、什么是UPS?市电或燃油发电机UPS主机蓄电池用户设备2、UPS的发展史•初期的不间断电源装置是旋转型的,它是采用柴油发电机(以下简称“油机”)一电动机一发电机组来实现电能的。变换在正常情况下，市电供给电动机，电动机去带动发电机，把发电机发出的电供给负载。电源系统中的飞轮惯性很大，它是一个贮能装置，当市电发生断电时，电动机就停止运行，这时靠飞轮的惯性使发电机继续发电，同时立即起动油机供电，从而使负载不断电。这种不间断电源装置运行稳定可靠、维护简单，方便但笨重，效率低噪声大，操作控制也不灵活。•由于电力半导体器件的发展，特别是可控硅制造工艺的不断改进，质量不断提高，价格逐步降低，便开展对静止型不间断电源装置的研制。于是在60年代初，出现了用可控硅制成的静止型不间断电源装置，它以可控硅组成电能变换电路，2、UPS的发展史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，从而使负载不断电。它与旋转型电源装置相比，没有电动机、发电机和飞轮之类的旋转体，因此具有重量轻、效率高、噪声小、操作控制灵活等优点。但它过载能力差，系统结构也比较复杂，维护技术要求高。从60年代到70年代，这种不间断电源装置发展得很快，使用也很广泛。它采用了波形叠加技术，主电路采用可控硅。由于可控硅不能自关断，因此逆变器需要换向电路，同时逆变器输出的电压需要进行滤波，而换向电路和交流滤波电路都是出电感和电容所组成。它们的出现不但增大了体积，而且惯性大，使电源装置输出的动态性能变差，同时由于大电流可控硅频繁地工作，使电网波形变差干扰其他用户。•到了80年代，就利用自关断的巨型功率晶体管(UR)来制作成实用的静止型不间断电源装置，这样既省去了换向电路，简化了主回路，减小了体积，提高了效率，改善了动态性能，也提高了可靠性。但由于功率晶体管是一种少数载流子工作的半导体器件，它要求的驱动电流较大，对器件各参数的选择也要求严格，随后又发展到利用自关断的功率场效应晶体管。2、UPS的发展史•(MosFET)来制作成实用的静止型不间断电源装置。功率场效应晶体管是多数载流子工作的器件，它采用电压驱动。因此没有存储时间，从关断到开通的速度很快。所需的驱动功率也小，所以用功率晶体管和功率场效应晶体管制作成的静止型不问断电源装置，目前使用得很广泛。•到了90年代，就利用绝缘栅双极晶体管(IGBT)来制作成实用的静止型不间断电源装置，绝缘栅双极晶体管是一种由双极晶体管和功率场效应晶体管的组合器件，既具有功率场效应晶体管的栅极电压可控的特性和快速开关的特性，又具有双极晶体管的大电流处理能力和低饱和压降的特点，因此用它制成的不间断电源装置具有广阔的发展前途。3、为什么使用UPS?•对于精密负载设备来讲,如大型数据中心、电信移动计费中心、银行证券等金融系统的电脑网络、医疗设备、工业控制仪器等。上述市电问题会引起数据丢失，设备坏或死机停止工作等影响用户的正常工作。•由于供电网络和负载的复杂性，以及自然界雷击等因素的影响，供给负载的交流电并不是稳定的标准正波，会出现各种不良现象，这些市电问题分类如下：3、为什么使用UPS?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\高压闪电、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3、为什么用UPS？电源中断--给用户造成各种经济损失!1，数据丢失，通信中断，商机延误......——直接损失以每分钟5000-100000元计2，设备停运，仪表失灵，手术中断......——间接经济损失无法估量3、为什么用UPS？电源污染--严重影响网络安全和运行效率!——造成网络传输误码率大增，数据传输速度低下瞬态尖峰、电源浪涌、高压脉冲、——造成服务器、路由器、磁盘阵列等设备硬件损坏谐波污染线间噪声频率漂移3、为什么用UPS？1、不停电功能解决电网停电问题2、交流稳压功能解决网压剧烈波动问题3、净化功能解决电网与电源污染问题4、管理功能解决交流动力维护问题UPS的四大功能3、为什么用UPS？用投资额百分之几的UPS保护占投资额百分之九十几的设备实现客户价值的不间断增长提供永久安全电力实现用户心中梦想!净化电网供电备份UPS的功能及地位演化3、为什么用UPS？电紧张已成为广东经济难以突破的瓶颈供最新出版的《瞭望》周刊报导，由于供电形势紧张，广东省2002年上半年累计限电7437次、限电量7682万瓩，限电地区主要集中在经济发达的珠江三角洲地区。因电力供应不足，珠三角的部分地区已停止新用户申请用电，许多企业只能自行发电。目前排队等候装电的企业中，深圳龙岗区占了200多家，宝安区则超过300家。哪些行业需要UPS？金融33%电信28%邮政5%能源3%家庭2%交通2%制造6%政府10%其它7%教育4%2008年UPS行业需求预测：80亿RMB银行系统证券系统保险系统财政系统税务系统公安系统邮政系统教育系统铁路系统电力系统3、银行系统哪里需要UPS？•总部容灾备份中心（服务器、存储器等设备动力保护）•各银行总部将建立1个容灾备份中心•总部数据仓库与分析系统（服务器、存储器等设备动力保护）•数据及时采集、集中存储、挖掘有价值数据•区域数据中心（服务器、存储器等设备动力保护）•各银行将建立2-5区域性数据中心•省市级集中网络动力保护（交换机、路由器等网络设备动力保护）•集中帐务、统一核算、各地市信息单元合并•客户服务网点（PC、外设等终端设备动力保护）•建设和改造营业网点、客户服务系统3、银行系统哪里需要UPS？UPS需求特点：（中小型UPS的更换周期为3—5年）省、市行数据中心：30－200KVA支行：10－30KVA储蓄所：3-10KVAATM自动取款机：1－2KVAUPS采购流程：省市行主管处长、部分分行主管行长或主管副处长、科长和相关工程师参与选型；省市行计划上报主管行长和总行审批建设资金。4、UPS分类和工作原理•按工作原理不同，UPS分为：•离线式（后备式UPS、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：•微型6kVA•小型6-20kVA•中型20-100KVA•大型100kVA4、UPS分类和工作原理•按电池位置不同，UPS分为：•电池内置式UPS（标准机型）•电池外置式UPS（长延时机型）•按多机运行方式不同，UPS分为：•串联热备份UPS（用于中小功率机器）•交替串联热备份UPS（中小UPS)•直接并联UPS(用于中大功率）4、UPS分类和工作原理•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•阶梯波（准正弦波）UPS•正弦波输出UPS4、UPS系统结构UPS用户机用户机监控平台监控平台电源线电源线网线网线通讯线网络系统市电柴油机监控平台也是UPS的最重要组成部分之一4、UPS的基本原理后备式UPS运行原理有市电时，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其特点是结构简单体积小成本低但输入电压范围窄输出电压稳定精度差有切换时间且输出波形一般为方波4、UPS的基本原理•其特点是结构简单、体积小、成本低，但输入电压范围窄、输出电压稳定精度差、有切换时间，且输出波形一般为方波。4、UPS的基本原理互动式UPS运行原理在线互动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，实现分段稳压市电功率等级0.7-20KVA左右150-264V变换器电池组市电正常/整流停电/逆变264-276V150-175V4、UPS的基本原理•在线互动式UPS，在市电正常时，直接由市电向负载供电。当市电偏低或偏高时，通过UPS内部稳压线路稳压后输出。当市电异常或停电时，通过转换开关转为电池逆变供电。其特点是：有较宽的输入电压范围、噪音低、体积小等特点。但同样存在切换时间。4、UPS的基本原理功率等级0.7-1500KVA左右在线式UPS运行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。4、UPS的基本原理4、UPS的基本原理•在线式UPS，在市电正常时，由市电进行整流，提供直流电压给逆变器工作，由逆变器向负载提供交流电。在市电异常时，逆变器由电池提供能量，逆变器始终处于工作状态，保证无间断输出。其特点：是有极宽的输入电压范围，无切换时间，且输出电压稳定，精度高，特别适合对电源要求较高的场合，但是成本较高。4、UPS的基本原理Delta变换UPS运行原理Delta变换器和补偿变压器实现稳压功能，主变换器是双向变换器。不能稳定频率。功率等级10-480KVA左右市电220±4％～±10％VDelta变换器主变换器电池组主变换器负载负载Delta变换器电池组4、UPS的基本原理较低中等较高较高成本5ms－12ms4ms左右零零切换时间低（供电差、仅是不停电功能）中等（分段稳压、滤除部分干扰）较好（稳压、滤除部分干扰）最高（稳压、滤除电网所有干扰）输出电源质量后备热备热备工作市电模式下逆变器状态后备式互动式Delta变换式在线式四种UPS的比较5、UPS供电方案集中供电方式：优点：可以实现网络设备资源的等电位控制，减小传输误码率。缺点：初期投资大，单机故障影响大。分散供电方式：优点：方案布置灵活，故障影响小。缺点：如整个设备不能保持同地线，易引发干扰。5、UPS供电方案–UPS高可靠性供电方案•本节主要介绍三种方案：主从串联热备份、直接并机和双母线供电。5、UPS供电系统一个完备的UPS供电系统，是由前端配电（市电，发电机，配电柜），UPS主机、电池、后端配电组成，附加后台监控或网络监控软/硬件等单元。ATSPD~/––/~~/~+-5、UPS供电方案一主从机串联“热备份”市电AC/DC----DC/ACAC/DC----DC/ACSSSS主机旁路从机主机从机输出负载5、UPS供电方案一主从串联备份优点：两台甚至多台UPS基本处于相对独立、互不干扰的运行状态。对于UPS同步跟踪性能要求较低。采用不同型号、不同容量UPS构成串联热备份方式。缺点：从机长期处于空载运行状态、效率低。机电池组长期处于浮充状态，得到定期带载放电维护机会少，会影响电池寿命。从机必须有良好的带阶跃负载能力。长期运行，主机逆变器=静态旁路转换功能良好是关键无扩容功能。相对于“并联”冗余系统平均无故障时间偏低。5、UPS供电方案一直接并联AC/DC----DC/ACAC/DC----DC/AC市电负载从机输出并机逻辑控制5、UPS供电方案一直接并联并联条件：同型号、同容量UPS两台逆变器输出必须在同频率，同相位的严格同步跟踪状态。两台逆变器输出电压幅值必须相等。优点：完善的锁相同步技术保证多台UPS直接并联时可均分负载电流。良好的扩容性能（N+1）避免了“串联