UPS基础知识咨询中心李豁亮2012年7月22UPS•全称叫做:UninterruptiblePowerSystem•中文名称:不间断电源系统•主要功能:•稳压•滤波:消除电网中各种干扰•不间断:依靠电池提供长延时33UPS分类•按照UPS的工作状态分为•动态UPS:飞轮旋转式,通常为500KVA以上大功率UPS•静态UPS:市场主流,固定式安装•按照UPS的输入输出相数分为•单进单出•三进单出•三进三出•按照UPS使用环境分为•商用UPS•工业UPS•按照UPS硬件结构分为•后备式•在线互动式•在线式44我国的用电制度•分为三相和单相两种电压•电网中传输的是三相电,频率50Hz•三相电又叫工业电,标准电压是380V•单相电又叫市电、民用电,标准电压是220V•三相负载分为Y形和△形两种接线方式•UPS输入端需要使用Y形接线方式•电动机一般使用△形接线方式•三相四线和三相五线的区别•在于低压配电网中采用三相四线传输•三相四线和三相五线的区别在于有没有保护地线(G)•保护地线在变压器侧和零线(N)接在一起•供电线路中需要采用三相五线UAUBUCNG55正常模式电池模式电池交流输出市电输入市电输入后备式UPS转换开关逆变器充电器66后备式UPS优缺点•优点:•结构简单•效率高•价格便宜,适于家庭或个人电脑使用•缺点:•负载平时为市电直接供电,供电质量差,无法消除各种市电干扰•逆变器平时不工作,因此转换停电后,转换时间10mS•电池逆变输出波形通常为阶梯波(模拟正弦波),谐波含量大77交流输出电池电池模式正常模式市电输入在线互动式UPS稳压器逆变器88互动式UPS优缺点•优点:•整机效率高•逆变输出为正弦波•价格便宜,适于家庭或个人电脑使用•缺点:•功率小•负载平时为市电直接供电,供电质量差,无法消除各种市电干扰•逆变器平时不工作,因此转换停电后,转换时间10mS99在线双变换式UPS整流器逆变器主输入旁路输入手动维护旁路静态开关蓄电池负载1010在线双变换式UPS•双变换:是指UPS将输入市电经过交流-直流-交流的双重变换,最终为负载提供了与市电隔离的纯净交流电源•在线式双变换结构被证明是可适应各种极端恶劣电网环境、最为可靠的UPS架构,适用于各种关键负载供电1111所谓的“工频机”和“高频机”的区别•“高频机”无需输出隔离变压器,体积小,重量轻•“高频机”输入THDI低,是绿色环保电源•“高频机”采用IGBT整流控制技术,各项指标高,更稳定可靠。特别需要说明:国际标准没有任何的“工频机”和“高频机”的定义。这个名词是中国UPS界“特有”的。1212“工频机”原理•全桥式逆变结构必须加装输出升压变压器UWV+-U1W1V1N1313“高频机”原理整流器升压器++逆变器INV.STATICSW.RES.STATICSW.UVWNU1V1W1N1U2V2W2N2输入输出±380VDC1414IGBT器件:逆变器PWM斩波输出+380VDC-380VDC15151.视在功率S=电压V电流A=VA(伏安)2.有功功率P=S功率因数F=W(瓦特)3.无功功率(乏)4.功率因数F=P/S=cosSQPvar12FSQ22QPSUPS参数详解1616UPS参数详解•视在功率:电流与电压有效值的乘积•有功功率:是电器实际工作时做工的功率,是电度表中计量的读数,即为付费的数量•无功功率:在市电与负载之间往返传递的功率•功率因数:有输入功率因数和输出功率因数之分•输入功率因数:是表示UPS本身具备的负载特性及向电网引入有功功率的情况,越高说明对市电的利用越充分。•输出功率因数:实际上等于负载的功率因数。台式电脑大概为0.6-0.7,服务器现在可以做到0.9,实际计算UPS容量的时候要根据负载的功率因数来计算,如果UPS的输出功率因数可以做到0.9,但是实际负载的功率因数只有0.7,则只能按照0.7计算。1717UPS参数详解UPS并不稳频•市电在一定范围内变化时,UPS时刻跟踪市电的变化,保持同步。•当市电变化范围超过频率跟踪范围时,UPS不跟踪市电,稳频工作。•相关指标为:输入频率、频率跟踪范围、频率跟踪速率:1818UPS参数详解峰值因数(CF)•所谓的CF是指周期波形的峰值与有效值之比。•由于计算机性负载接受正弦波电压会产生CF(介于2.4-2.6倍的电流),因此,UPS设计时常需能提供CF值3的规格,以满足计算机性负载的应用。(3:1)•冲击性负载的CF远大于3:1,因此需要增加UPS的功率来承受冲击。1919UPS参数详解THDI输入电流谐波总失真度•THDI代表了UPS工作是向电网造成污染的程度,这项指标越低越好。•“工频机”THDI很高2020UPS参数详解电池相关知识•UPS中使用的电池一般为12V,长延时可能会用到2V。•AH表示电池容量,A表示电流,H表示小时。UPS中常用100AH电池•100AH电池一般是基于20小时放电率下的,即以5A放电电流,可以放20小时。因此如果放电电流更大,则容量达不到100AH。以沈松电池为例:2121相关产品图片---Powerware系列UPSEaton9130Eaton9135Eaton9155700~3000VA5~6kVA8~30kVAEaton9390Eaton939540~160kVA200~1100kVAEaton93558~40kVAEatonBlade(刀片式)12~60kVAPowerware系列200~625kVAEaton93152222相关产品图片---Powerware系列UPSPowerware系列-船用8~30kVA9155M8~40kVA9355M40~160kVA9390MPowerware系列-PPM精密配电柜20~300kVA23231~3kVA4~24kVA15~120kVAXPA3A35~25kVAARRAY系列MP1~3kVA6~20kVA60~80kVACC-3C3C320~40kVA城堡系列3C3EXMT-Pro500~1kVA500~1kVATG500~1kVA后备式K-Pro产品展示---山特UPS0UPDU16~32A2424山特现有UPS的输入/输出类型类型机型容量输入/输出备注后备式K-Pro500VA~1000VA1/11代表:单相电压:220VAC3代表:三相电压380VACMT-Pro500VA~1000VA1/1TG500VA~1000VA1/1在线式城堡C1KVA~3KVA1/1城堡C6KVA~10KVA1/1城堡3C10KVA~20KVA3/1城堡3C3-EX20KVA~40KVA3/3城堡3C360KVA~80KVA3/3XP1KVA~3KVA1/1A4KVA~24KVA1/1、3/1MP5KVA~25KVA3/1、3/33A315KVA~120KVA3/32525伊顿爱克赛9390系列UPS40KVA60KVA80KVA120KVA160KVA2626宽度519mm宽度944mm深度804mm高度1872mm313kg60-80kVA120kVA40kVA160kVA257kg480kg530kg尺寸与重量2727绿色电源----电源发展的潮流全IGBTUPS输入功率因数:0.99输入电流谐波失真度:3%发电机配比:1:128286脉冲整流器电流谐波电压失真现实-----电网污染日益加剧•传统的UPS和开关电源设备都会产生电流谐波反馈,大量电流谐波注入电网,造成电网电压畸变。2929谐波的危害•占用大量的电网KVA资源•导致电力电缆发热,功率损耗•零线电流增大•电网谐振•影响发电机组运行•开关误动作3030国家关于电流谐波污染的规定通信用不间断电源-UPS标准(YD/T1095-2000):指标1类产品(IGBT整流器)2类产品(12脉冲+输入滤波)3类产品(6脉冲+输入滤波)输入电压范围±25%±20%±10%输入功率因数≥0.95≥0.90≥0.85输入电流谐波总失真度5%15%25%313112脉冲整流(8%THDi)6脉冲+滤波器(10%THDi)有源滤波器(THM)(3-10%THDi)IGBT整流技术(2%THDi)升压整流技术(8-10%THDi)治理电流谐波污染6脉冲(30%THDi)12脉冲整流+滤波器(5-7%THDi)先污染后治理3232电压电流高频UPS采用IGBT整流技术(主动式校正)3333IGBT功率元件•IGBT:绝缘栅双极晶体管•诞生于1988年,是目前最先进可靠的功率开关元件•目前已被全球所有UPS厂商用于逆变器的功率元件3434•消除电网中的各种污染和干扰•超宽输入电压范围:•±20%(满载)•-50%~+20%(半载)•超宽输入频率范围:•45~65Hz•抑制电网谐波反馈污染适应恶劣电网环境3535适合新时代负载供电需要新时代负载供电特点•高功率因数0.9•负载高功率密度,体积重量降低•80%的UPS负载率50%3636负载功率因数在提高kVAkW•10年前计算机设备功率因数普遍为0.6~0.7•今天的计算机和服务器均采用了输入功率因数校正,计算机PF普遍为0.9•为此要求UPS可提供更多的有功功率KW3737现代服务器功率因数=0.9传统服务器功率因数=0.7输入PFC=PowerFactorCorrectionPFC电路输入输出输出负载功率因数在提高3838标称功率输出PF输出功率差异100kVA0.770kW28%100kVA0.880kW11%100kVA0.990kW高频UPS提供更多的有功功率•输出功率因数可达0.9•而传统UPS输出功率因数仅为0.7~0.8•高频UPS具有更强的带载能力3939高效节能,整机效率94%4040不同技术UPS的效率比较整流技术效率6脉冲整流器90%12脉冲整流器88%升压整流器93%IGBT整流94%4141高频UPS节省大量运行支出•高频系列UPS整机效率高达94%•以100kW的负载为例,和12脉冲整流的UPS相比(高6%)效率差异每小时每天每年6kW6度144度52560度每度电(商业)为1元每年节省52560元UPS寿命为10年:10年节省525600元4242高可靠性设计全数字控制(32位DSP芯片)ABM智能化电池管理冗余的逻辑控制电源风道式冷却设计冗余风扇冗余并联技术防回馈保护434332位全数字化DSP控制•集成度高,减少板件,简化电路连接,降低故障率•处理速度快,事件处理及时、准确•避免了模拟控制固有的硬件差异及参数漂移等缺陷整机内部无任何电位器4444UPSABM电池管理技术•超宽输入范围–电池很少需要放电•ABM智能电池管理技术•电池充电温度补偿•关键时刻电池提供充足能量4545长期浮充导致电池极板钝化!缩短电池使用寿命传统的充电方式为------长期浮充ACB直流母线正极直流母线负极逆变器蓄电池一直连在直流母线上滤波电容市电4646ABM™------周期性电池充放电4747ABM电池管理功能ACB电池可控硅触发电路蓄电池直流母线正极直流母线负极市电逆变器•电池充满后从直流母线上脱开,纹波电流为零•电池的充电和放电是两个回路4848项目传统技术结果ABM™结果浮充长期浮充极板钝化90%休息极板不钝化过充电长期充电,存在可能90%休息,不可能电流纹波长期充电,影响很大90%休息,不可能热失控长期充电,存在可能90%休息,不可能电池检测强制放电,影响整流器工作电池自放电,不影响整流器电池寿命无法延长电池寿命延长电池寿命达50%ABM带来的好处4949实验监测证明•采用ABM电池管理功能可延长电池寿命50%5050•风道式冷却设计•优化顺序冷却•风扇的冗余配置•风扇的转速检测•进风口设有除尘过滤网UPS冷却系统5151•整机冷却通道•前面进风•顶部出风优化顺序冷却•先冷却接线端子和机械部件•再冷却上半部分的功率器件风道式冷却方式5252冗余风扇设计•风扇为(N+1)冗余设计•任何单只风扇故障,不影响冷却效果•可热插拔更换5353UPS热同