UPS基础及原理介绍

UPS基础及原理介绍目录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1.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。电气安全电气安全防护措施：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。电气基本概念电气基本概念下述波形是交流电还是直流电？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、μA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整流基础整流基础整流基础整流基础整流基础整流基础整流基础整流基础整流基础无源器件：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，关断不控常用器件之晶闸管可控硅整流原理:常用器件之IGBT什么是IGBT?InsulatedGateBipolarTransistor绝缘栅型双极型晶体管全控型器件：开通可控，关断可控常用器件之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LCViVO＋＋－－＋－图aLCViVO＋＋－－＋－图biLiLLTCD1VO＋＋－－＋－Vi＋＋－－工作过程：1、当功率管导通时，等效如图a，二极管D截止，电感L储能，感应电压为左正右负，电容向负载放电。2、当功率管截止时，等效如图b，二极管D导通，电感L中的磁场将改变线圈L两端的电压极性，以保持电流iL不变。电感L上的感应电压与输入电压Vi串联，对电容充电和向负载供电。3、控制电路根据输出电压和电流的变化，控制功率管的导通和关断时间，就可以控制输出电压的大小。PFC工作原理整流基础整流基础整流器类型：SCRIGBT主要差异：功率因素输入谐波储能装置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)Nicd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年温度适应性好差逆变基础+380V-380V220VLN+-NQ1Q2C1C2D1D2LC3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。SPWM调制波的产生SPWM调制波的产生逆变基础中大功率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.逆变器LC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0.92436486072960.82233445566890.72132425364850.6203040506081GalaxyHipulse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接地型式L2L3L1NLPE电源端接地点设备设备外露可导电部分L2L3L1LPEN电源端接地点设备设备外露可导电部分TN-STN-C接地型式L2L3L1LN电源端接地点设备设备外露可导电部分L2L3L1L电源端不接地或通过阻抗接地设备设备外露可导电部分TN-C-STTIT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。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的功能污染的电网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UPS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)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）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-1100CA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UPS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：-~~-MainsoutputBypass市电逆变工作模式：在线式UPS工作模式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