不间断电源UPS资料讲义

1第4章不间断电源UPS4.1UPS的功能及原理4.2UPS的组成和设计4.3UPS输出电压控制4.4UPS的模块化及串联冗余技术24.1UPS的功能及原理一、概述一般电网供电时会出现的问题为什么会出现UPS?34.1UPS的功能及原理一、概述：44.1UPS的功能及原理一、概述：典型UPS结构图54.1UPS的功能及原理一、概述：UPS的最基本要求：高质量、高可靠性UPS的主要功能：1、后备功能2、隔离功能3、电压变换功能4、频率变换功能64.1UPS的功能及原理一、概述：74.1UPS的功能及原理二、UPS的类型及其工作原理UPS的分类方法有很多，一般根据UPS的电路结构及供电方式可分为：84.1UPS的功能及原理二、UPS的类型及其工作原理94.1UPS的功能及原理二、UPS的类型及其工作原理后备式UPS特点104.1UPS的功能及原理二、UPS的类型及其工作原理114.1UPS的功能及原理二、UPS的类型及其工作原理124.1UPS的功能及原理二、UPS的类型及其工作原理双变换在线式UPS特点134.1UPS的功能及原理二、UPS的类型及其工作原理144.1UPS的功能及原理二、UPS的类型及其工作原理154.1UPS的功能及原理二、UPS的类型及其工作原理164.1UPS的功能及原理二、UPS的类型及其工作原理174.1UPS的功能及原理二、UPS的类型及其工作原理184.1UPS的功能及原理三、UPS的发展方向UPS的发展方向1、控制系统的全数字化2、主电路拓扑高频化和软开关技术3、智能化、网络化4、绿色化5、模块化和冗余化6、功能、结构、品种多样化194.1UPS的功能及原理三、UPS的发展方向1、控制系统的全数字化模拟器件控制的特点：电路复杂、元器件多、器件特性的分散性、修改控制板周期长、不能使用先进的算法只能使用PID控制等数字化控制的特点：元器件少抗干扰能力高、设计调试和修改灵活、效率高可靠性高、容易实现与计算机网络通信、可以使用先进的离散控制算法等204.1UPS的功能及原理三、UPS的发展方向2、主电路拓扑高频化和软开关技术逆变器开关频率提高，采用高频隔离代替工频隔离，降低开关损耗采用软开关技术等3、智能化、网络化普通UPS加上微机系统，由微机系统完成对UPS的控制和各类信息的分析综合等，并可以实现联网功能214.1UPS的功能及原理三、UPS的发展方向4、绿色化提高输入功率因数，减小输入电流谐波和从电网吸取的武功能量等5、模块化和冗余化模块化和冗余化设计，提高系统的灵活性和可靠性等224.1UPS的功能及原理三、UPS的发展方向6、功能、可用性、电路结构、品种多样化功能：除了三大基本功能（稳压、滤波、不间断）外，还具有自我监控、对外报警、集中监控、联网、电池自动补偿和检测、直接并机等功能可用性：指在规定时间内UPS系统利用率低百分比，UPS不再是一台单独的机器，形成一种供电的基础结构电路结构：多脉波整流、多电平逆变234.1UPS的功能及原理三、UPS的发展方向6、功能、可用性、电路结构、品种多样化品种多样化：商用、工业用、变频UPS等，又出现了专用UPS，如：小灵通UPS、CATVUPS、EPS等244.2UPS的组成和设计不间断电源装置的组成框图：254.2UPS的组成和设计一、蓄电池组：1、蓄电池的种类及其要求UPS对蓄电池的要求：在短时间内满足输出电流的要求保证供电维持时间铅酸蓄电池的种类：涂浆式高效铅电池：HS型－经济（广泛使用）AHH型－低温覆盖式铅电池：CS型－长放电时间小型密封铅电池：M型－密封式免维护，广泛使用铅酸蓄电池的工作原理：充电时将电能转换成化学能，放电时将化学能转换成电能。264.2UPS的组成和设计一、蓄电池组：2、蓄电池的基本性能指标蓄电池是用多个单体串联而成。每个单体的标称电压为2.0V：1）放电中止电压蓄电池不允许再放电时的电压。通常1.75V/单体。2）容量在充满电的情况下，采用一定的电流A进行恒流放电，放电至中止电压的时间H，所能释放的能量AH即蓄电池的容量。274.2UPS的组成和设计一、蓄电池组：3）放电率：放电至中止电压的电流大小或时间快慢。表示：用电流来表示，用时间来表示6AH－－－0.3A－－－20h4）放电电流：通常用蓄电池的容量（C）乘以某个系数来表示。C=6AH－－－－0.1C＝0.6A0.25C=1.5A5）自放电率：蓄电池不用时的自放电。0.01C/天蓄电池长期不用时应定期给蓄电池充电。284.2UPS的组成和设计一、蓄电池组：3、蓄电池的充电和维护：初始充电：时间长，充电电流要小，额定电流的十分之一。正常充电：分阶段不同电流充电方式，各个阶段充电电流逐渐减小，后期采用涓流充电。浮充：恒压充电（浮充电压与环境温度有关）均充：对每个单元进行均衡充电，消除各单元的不均衡状态。294.2UPS的组成和设计一、蓄电池组：4、蓄电池的容量的选择：蓄电池容量－－－－－可供使用的容量影响可供使用的容量的因素：放电电流的大小蓄电池温度（环境、放电电流大小、波形）蓄电池的实际储能负载的类型和特性1）最大放电电流：UPS工作在额定输出情况下，电池电压下降到临界放电电压时的放电电流MINmaxEcosPI304.2UPS的组成和设计一、蓄电池组：4、蓄电池的容量的选择：2）根据蓄电池的工作温度和用户确定的后备工作时间，结合蓄电池的放电特性曲线表，可以得到电池组的放电速率值，由放电速率等于放电电流和电池标称容量的比值可以求得电池的标称容量。放电率maxIC314.2UPS的组成和设计二、整流器和PFC电路：1、整流器的作用功能：为逆变器供电；为蓄电池供电通常要求：电压要求：输出电压大小能调节输出电压稳定，1%纹波要小，1%有一定的过载能力保护和报警：过压、欠压、过载、短路、过热等起动平稳，运行可靠324.2UPS的组成和设计二、整流器和PFC电路：2、整流器和充电器整流器带充电功能：稳压精度和稳流精度不高充电器：稳压和稳流精度都很高大容量UPS：充电特点：充电电压高，充电电流大－－－绝对误差可大成本比例：控制电路成本比例很小－－－控制可以复杂主电路成本所占比例大－－－主电路应简单方式：整流和充电可以统一，整流器（整流和充电）小容量UPS：充电特点：充电电压低，充电电流小－－－绝对误差小成本比例：控制电路成本比例很大－－－控制应简化主电路成本所占比例小－－－主电路可复杂方式：整流和充电需分离，整流器＋充电器（恒压限流充电）334.2UPS的组成和设计二、整流器和PFC电路：3、功率因数校正电路功率因数要高：谐波电流要小无功能量要小无功功率：基波无功＋谐波无功功率因数：三相不控整流输出不加平波电感时功率因数不足0.8三相不控整流输出加大的平波电感时功率因数可达到0.95221111coscosQPUISUISPv344.2UPS的组成和设计三、逆变器：1、逆变器的作用要求：输出电压波形：稳压：静态、动态波形畸变率THD要小，单次谐波要小恒频：静态、动态电压频率可调动态响应快（电压、频率）有一定的过载能力保护报警功能：过压、欠压、过载、短路、过热等启动平稳、运行可靠354.2UPS的组成和设计三、逆变器：2、逆变器的类型方波、阶梯波、正弦波、PWM等3、逆变器主电路结构选择主电路结构：全桥：中大容量半桥和推挽：小功率电气隔离功能：小容量UPS：不用或前级DC/DC隔离或高频链隔离大容量UPS：输出接工频变压器隔离364.2UPS的组成和设计四、逆变、市电切换电路：逆变、市电的切换电路作用：保证负载供电的连续性保护UPS和负载切换开关：机械电磁开关、静电开关、混合式开关UPS中常用的转换开关(c)混合式开关(b)静态开关(a)机械接触器374.2UPS的组成和设计四、逆变、市电切换电路：1、机械电磁开关主要有：继电器、接触器（吸合时间比释放时间长）小容量UPS中应用优点：结构简单、自动互锁、损耗小缺点：切换时间长，会产生供电中断，易产生电弧，存在扰动改进措施：采用双继电器实现互锁交流旁路电源逆变器电源负载交流旁路电源逆变器电源负载K1K2384.2UPS的组成和设计四、逆变、市电切换电路：2、静态开关半导体开关切换过程：关断已处于导通的晶闸管检测负载电流电流过零时开通原处于关断的晶闸管优点：供电不中断、不存在环流、缺点：存在导通损耗交流旁路电源逆变器电源负载静态开关1静态开关2394.2UPS的组成和设计四、逆变、市电切换电路：3、混合式开关机械开关＋静态开关要求：逆变器波形与市电波形同频、同相、同幅优点：供电不中断、损耗小缺点：对逆变器要求高、不能实现快速关断、有环流0交流旁路电源逆变器电源负载静态开关K1K2K1断开K2闭合静态开关导通静态开关关断{市电－逆变器逆变器－市电K1闭合K2断开静态开关关断{404.2UPS的组成和设计五、滤波电路：滤波器的设置：交流输入滤波整流直流电压滤波交流输出滤波器LC交流输出滤波器的参数设计：LC大：优点：系统输出波形越好缺点：体积大、重量大、成本高、相位滞后严重、稳定性差LC小：优点：体积小、重量轻、成本低缺点：谐波含量高414.2UPS的组成和设计五、滤波电路：LC的要求：能有效滤掉高次谐波，对基波没有影响L过大：优点：电流纹波小、稳定性提高、动态响应慢缺点：体积大、重量重、电压损失大snf.LC2101LffRCL)8.0~5.0(424.2UPS的组成和设计六、旁路控制电压和系统辅助电源：434.2UPS的组成和设计七、接地装置、保护和报警系统：1、接地装置接地的目的：固定设备的电位，保障设备和人身安全1）机壳接地目的：保护设备和人身安全2）逻辑接地目的：减轻或消除电源本身或外部电磁干扰对控制电路的影响，避免因逻辑地和机壳以及其他元器件因电位差及其变化而导致设备故障。3）防雷接地目的：避免雷击而损坏设备444.2UPS的组成和设计七、接地装置、保护和报警系统：2、保护和报警系统1）过载保护过载不能太大、过载时间不能太长2）过压保护输入输出交流过电压、整流直流过电压、器件的过电压3）欠压保护输入电压过低、输出电压过低、电流过大、各辅助电源不正常4）短路保护短路电流大器件和电缆发热严重器件损坏、绝缘破坏5）过热保护风道不通、风机故障、环境温度过高元器件损坏、绝缘破坏454.2UPS的组成和设计七、接地装置、保护和报警系统：6）蓄电池液面和温度保护7）三相输入型UPS输入电压异常保护缺相：整流后电压低、逆变输出电压低，控制电路不正常、系统发热严重相序错：无法实现逆变器和市电的同步无法切换464.3UPS输出电压控制一、UPS的输出电压波形控制：UPS输出电压波形控制逆变器的性能很大程度上决定了整个不间断电源的性能，逆变器输出电压的质量是衡量UPS的重要指标一般要求输出电压正弦度好、动态响应速度快474.3UPS输出电压控制二、UPS同步锁相技术：同步的意义：保证逆变器与市电的频率、相位一致，有效防止因频率、相位的不一致而导致的环流以及对负载产生过大冲击。市电存在时的同步要求：频率：逆变器频率随市电频率变化而变化，保证同频相位：逆变器相位与市电同相市电故障时：同步由逆变器自身给定，恒频。484.3UPS输出电压控制二、UPS同步锁相技术：锁相环的基本原理：494.3UPS输出电压控制二、UPS同步锁相技术：同步锁相技术模拟锁相环：电路复杂、稳定性不高、响应速度慢、精度不高数字锁相环：电路简单、控制灵活、精度高、可靠性好504.3UPS输出电压控制二、UPS同步锁相技术：数字锁相环：514.3UPS输出电压控制三、UPS交流电压幅值快速检测：o90移相器tUKissintUKiscos乘法器乘法器isU++交流电压幅值检测原理框图UPS切换条件：电压检测、电流检测524.4UPS的模块化及冗余技术一、UPS的模块化534.4UPS的模块化及冗余技术二、冗余式UPS的供电系统544.4UPS的模块化及冗余技术二、冗余时UPS的供电系统554.4UP