UPS基础知识-培训资料解析

电源的基础知识梅兰日兰电子（中国）有限公司UPS简介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的基本技术指标目录page2UPS的基础知识UPS的定义UPS是英文UninterruptablePowerSupply的缩写，中文译为“不间断电源”；它是能够实现两路电源之间不间断地相互切换的电气装置；从严格意义上讲，UPS不是一种电源，它不是依靠能量形式的转换来提供电能，它只是提供一种两路电源之间无间断切换的机会，这才是UPS的主要设计思想；UPS的价格之所以昂贵，就是贵在这种不间断切换的特点上page3UPS输出第二路供电三类供电一类供电第一路供电UPS的主要作用——解决电网中的骚扰停电：短时间的、长时间的...page7骚扰特征主要起因主要后果停电(Poweroutages)间断(Micro-outages)电压完全消失10毫秒。大气条件、切换、故障、电网施工。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：-短时停电：3分钟(70%的停电都小于1秒钟)-长时停电：3分钟大气条件、切换、故障、意外事故、电网施工。视停电持续时间而定，机器停机并危及人身(如电梯)，数据丢失(如计算机系统)或生产中断(如连续处理过程)。UPS的基础知识UPS的主要作用——解决电网中的骚扰电压变化：电压跌落、过电压、欠电压、电压尖峰、三相不平衡...page8UPS的基础知识UPS的主要作用——解决电网中的骚扰频率变化：频率波动、过高、过低、闪烁...page9骚扰特征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。典型情况为+5%、-6%(10秒钟时间间隔的平均值)。-发电机组的调整；-发电机组的运行失调；-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烁。电焊机、电动机、电弧炉、X-光机、激光、电容组。生理骚扰。UPS的基础知识UPS的主要作用——解决电网中的骚扰其它骚扰：高频瞬态冲击、谐波、电磁兼容性...page10骚扰特征主要起因主要后果其它骚扰(Otherdisturbances)高频瞬态(HFtransients)突然、巨大和非常短暂的电压跳变。类似于电压尖峰。大气现象(雷击)和电网切换。破坏设备、加速老化、器件或绝缘故障。极短的持续时间(Shortduration)1微秒幅值1到2kV频率为几十MHz小型感性负载的起动，低压继电器和接触器的重复开、关。稍长的持续时间(Mediumduration)1微秒到100微秒峰值为额定电压的8到10倍，频率为几MHz故障(闪电)或高压开关的切换通过电磁耦合传输到低压系统。较长的持续时间(Longduration)100微秒峰值为额定电压的3到5倍频率为几百KHz)。感性负载停机或高压故障通过电磁耦合传输到低压系统。谐波失真(Harmonicdistortion)非线性负载吸收的谐波电流造成电流和电压的波形失真。25次以上的谐波往往可以忽略不计。带磁芯的电力机械(电动机、空载变压器，等等)、开关电源、电弧炉、变频调速器。设备需增容，温度升高，电容谐振，毁坏变压器，电动机噪声增大。电磁兼容性(EMC)电磁或静电的传导或辐射骚扰。目标是保证低发射率和高抗扰性。电子部件(晶体管，可控硅，二极管)的开关、静电释放。敏感性电子装置的功能失常。UPS的基础知识整流器直流逆变器输入输出UPS输出第二路供电三类供电一类供电第一路供电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；page16UPS的主要作用1.两路电源之间的无间断相互切换；UPS的基础知识UPS220Vac220Vac230Vac240Vac(稳压作用)UPS50Hz50Hz60Hz(稳频作用)(频率变换)4.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，包括稳频作用；page17UPS的主要作用3.电压变换作用：输入电压等于或不等于输出电压，如380V/380V，380V/220V，包括稳压作用；UPS的基础知识整流器直流逆变器输入输出电池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。page18UPS的主要作用5.提供一定的后备时间：UPS的电池贮存一定的能量，在电网停电或间断时继续供电一段时间来保护负载；后备时间为10分钟、30分钟、60分钟或更长。UPS的基础知识UPS的分类和拓扑结构（1）被动后备式(PassiveStandby，也称为离线式OFF-Line)组成–充电器–逆变器–电池–滤波器/调压器工作原理–见右图page19UPS的基础知识UPS的分类和拓扑结构（2）线互动式(LineInteractive)组成：–静态开关–双向逆变器–电池–旁路开关工作原理：–见右图page21UPS的基础知识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。UPS的基本运行原理page26电池后备运行方式–市电停电或超限、电池放电工作方式：当交流输入电压超出UPS允许的容限范围或市电中断时，继续为负载供电。UPS，逆变器和电池无间断地投入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。page27UPS的基本运行原理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。page28UPS的基本运行原理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电）,引起旁路运行的原因可能是：–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。page29UPS的基本运行原理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。page30UPS的基本运行原理提高UPS可靠性的方法－热备份式并联：可由两台不同容量的UPS组成，主机带重要负载，备机带次要负载或不带载；主机到备机的切换无间断。优点：可靠性最高；连接简单；后备时间延长。缺点：不能增容；过载能力不能增大。page31UPS的基本运行原理提高UPS可靠性的方法－直接并联由2到4台单机型UPS组成，每台UPS具有各自的静态旁路，可实现：–并联冗余；–并联增容。优点：并联简单；不增大占地；价格适当；负载均分。缺点：所有UPS的旁路必须是同一路电源；可靠性略低。page32UPS的基本运行原理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。page33UPS的基本运行原理UPS的常用技术指标——基本技术指标page34主交流输入主输入电压U1：380V±15%主输入频率F1：50Hz±10%–输入范围越宽，对市电的要求越低，电池放电的机会越少，受市电影响也越小。启动电流：小于In（额定电流）–UPS应具有斜坡启动的功能，以减小启动电流对电网的冲击，造成输入开关跳闸。输入功率因数PF：0.8(SCR-6p)或0.9(SCR-12p)，0.95(SCR+IGBT)，0.99(PFC+IGBT)输入电流谐波总失真度THDI：30%(SCR)，20%到30%(SCR+IGBT)，10%(SCR-12p)，5%(PFC+IGBT)–THDI越大，对电网注入的谐波含量越大，特别是使用发电机时应注意。UPS的常用技术指标——基本技术指标page35旁路交流输入旁路输入电压U2：380V±10%旁路输入频率F2：50Hz±10%–输入范围越宽，要求负载的输入范围也越宽短路电流ISC2：xxKA–表示静态旁路的短路承受能力，对下线的保护装置很重要注：建议主电源与旁路电源采用分离供电方式，因为这样能提高系统的整体可靠性；但如果主低压开关柜中没有两个分离的回路时，主交流输入和旁路交流输入也可以由同一主电源提供(分为二根电缆)。UPS的常用技术指标——基本技术指标page36UPS交流输出稳态输出电压：380V+0.5%到+3%–输出电压越精确,对计算机的供电越稳定，但IEC标准仅要求小于5%,计算机即可接受同步跟踪速率：0.5Hz/秒到2Hz/秒–同步速率越快，输出电压的波动也越大，有利于热备份联结；同步速率越慢，对输出电压的波动也越小，有利于直接并联动态响应：+5%，恢复时间10到20毫秒–动态电压越小，表示动态调整能力越强，适应负载变化的能力越强；响应时间越短，表示恢复速度越快，适应非线性负载的能力越强输出功率因数：0.8滞后，(IEC标准)输出电压总谐波失真度THDU：2%到5%（线性负载或非线性负载）UPS的常用技术指标——基本技术指标page37UPS交流输出三相输出电压不平衡度——在100%不平衡负载电流下的最大不平衡电压：–30%不平衡度时小于+1%，100%不平衡度时小于+5%averageminmaxUUUx100nminmaxIIIx100输出电流峰值因数：大于等于3：1–峰值因数高，则承受非线性负载的能力强逆变器过载能力：125%－10分钟；150%－1分钟–逆变器同时应具有限流能力旁路过载能力：10倍额定电流承受20毫秒旁路与逆变器的切换时间：小于等于5毫秒并机负载电流不平衡度：小于等于5％UPS的常用技术指标——经济技术指标page38UPS损耗空载损耗–小于等于额定容量的10%满载损耗–反应一次性投资的效益，例如损耗小则意味着导线的截面减小，开关的容量减小，环境空调的容量减小。UPS主机效率50%负载时的效率100%负载时的效率–10KVA以上应大于等于90%；反应长期运行的经济效益，特别是轻载或并联运行时很有意义。UPS的常用技术指标——其它技术指标page39噪声55dBA到75dBA–取决于UPS容量重量，体积，占地面积等平均无故障时间MTBF单机大于20万小时双机热备份为55万小时公共旁路并联为50万小时双机直接并联为45万小时平均修理时间MTTR：2到10小时电池管理功能UPS与计算机智能通讯功能UPS的常用技术指标——其它技术指标page40满足国际标准IEC62040：UPS性能及安全IEC60950：UPS安全IEC61000-2-2：低频传导干扰IEC61000-3-2，-4：小于等于16A和大于16A的谐波干扰IEC61000-3-5：电压波动干扰IEC61000-4-2：抗静电放电IEC61000-4-3：抗射频磁场IEC61000-4-4：抗瞬态电冲击IEC61000-4-5：抗浪涌能力认证证书ISO9001：设计，生产，销售，服务，ISO14001：环境保护独立实验室认证