UPS关键知识与培训

1、G A 北京办事处目录1. 电网污染术语2. 配电3. UPS概述4. UPS参数及相关术语5. 电池6. 监控方式7. 与发电机的配合8. UPS的备份系统9. UPS实际应用注意事项10. 几种产品介绍11. 框图附表：电池及电池柜资料 绝缘铜导线耐流表 常用负载功率表一电网污染术语浅释由于在市电电网中接着各式各样的设备，电网线路四能八达、无所不至，因此来自外部的、内部的各式各样的噪声对电网形成了污染或干扰。分得更细一点，要用很多术语来表示，而这些术语又是在UPS资料中经常出现的，在此整理如下：1) 电压浪涌(surge) 是指一个周期或多个周期，电压超过额定电压值的110%。比如重型设备

2、的关机，由于电网中电流突然消失，其线路电感(分布参数)反电势造成电压上升;另一方面线路电阻上的电压降也突然消失，造成电压上升等。2) 电压尖峰(spike)是指电压10ms至100ms期间内叠加的电压脉冲达6000KV以上。这主要由雷电、开关操作、电孤式故障和静电放电等因素造成。3) 电压瞬变(transient) 是指在10ms至100ms期间，叠加在市电电压上脉冲电压达20KV者。它的产生大致和电压尖峰差不多，只是在量上有区别。4) 噪声电压(noise) 是指叠加在工频电压上的低度、频率范围很宽的高频分量。这种现象很普遍，它一般产生于旋转的电机电刷打火、继电器动作、电机控制设备的开合、广

3、播发射、微波空中传播、电器放电、电弧焊接、点火系统的电弧式故障及远距离雷爆等。5) 过压(over voltage) 是指超过电网电压正常有效值一定百分比的稳定高电压。它一般是由接线错误、电厂或电丫的误调整、附近重型设备关机引起的;对单相电压而言，也可能由三相负载不平衡或者是中线接地不良等原因造成。6)跌落 是指一个或多个周期电压低于80-85%额定电压有效值。大多是由附近重型设备的启动或者电动机等类机器启动造成的。7) 欠压(under voltage) 指低于正常市电有效值一定百分比的稳定低电压。这主要是由过载而造成电网电压的降低。8) 电源中断(blackout) 是指超过一个周期的无电

4、压状态。可能由供电开关误动作、供电厂所故障等造成。造成上述干扰及故障的自然因素还有冰雪、风暴、龙卷风、飓风、地震、洪水等等。电网的这些污染所造成的后果各不相同。比如电压中断造成的停电可能引起计算机硬件损坏、数据丢失以及文件污染等。电压跌落可使硬件提前老化及文件受损;过压或欠压或电压跌落或浪涌等可损坏驱动器、存储器、电路以及可产生不可预料的软件故障。噪声和瞬变电压叠加在电网上，可损坏逻辑电路和文件数据。二配电世界各国交流用电标准不同，中国和欧洲大部分国家为220V/50Hz，美国为110V/60Hz。国内电网220V/50Hz表示电压220V，频率为50Hz，220V指单相而言。从配电室出去的一

5、般为三相电，每相对地电压220V，每两相之间因为120度相位差而相对电压为380V。三相电一般包括3个相线，1个中性线(工作地)和1个地线(保护地)。单相电一般包括零线(三相电中的中性线)，火线(三想电其中一相)和地线。理论上零地等电位。三相电带载不平衡，将导致中性点偏移而使各相电压不平衡，有高有低。零线过长过细，因其上有电流流过而产生的压降将导致零地电压升高。导线的最大而流值和导线种类、线径及布线方式有关，详见附表。单相电的三芯插座常见的有两种，一种为国标，一种为美标，国内用电的零火关系见在工业配店环境中，常见的配电方案如下：三UPS概述1) 意义解决电网污染的设备。有市电时对市电进行加工；

6、停电或市电超标后持续一定时间的供电。2) UPS发展史UPS的发展经历了从动态到静态的发展过程。早期UPS是动态UPS，它们基本被淘汰。目前静态UPS占UPS市场主导地位，其主要由电力元件组成。以下内容均指静态UPS而言。3) UPS分类从容量上讲，10KVA以下为小功率UPS，10100KVA为中功率UPS，100KVA以上为大功率UPS。从原理上讲分在线式(双变换)、后备式两种。在线互动式是介于其间的一种形式。区分在线后备的基准是逆变器工作在什么状态。图(2)-(4)为几种UPS的框图。其中，整流器为将交流转换为直流电的设备，逆变器为将直流电转换成交流电的设备，充电器为给电池充电的设备。后

7、备UPS的典型框图。有市电时，市电经稳压输出正弦波给负载供电，另一方面给电池充电。市电无效后，电池供电，逆变器启动，输出交流电给负载，此时波形多为准方波。后备UPS不能带感性负载，从交流供电向直流供电转换时有10ms左右的间断。在线互动式UPS。其变压器是具有集中磁参数的超隔离变压器。其中双向变换器在市电状态下是充电器，在电池状态下是逆变器。其特点是市电效率高，输出效果接近传统在线UPS。典型的在线UPS如图。有市电时，市电经整流、逆变给负载供电，同时给电池充电。当市电失效时，电池供电使逆变器继续工作，不间断地给负载供电。当逆变器关闭、超载或UPS故障时，负载由旁路（Bypass）供电。四UP

8、S参数及术语UPS参数1. 输入输出功率因数cos 电压和电流都是矢量，它们之间夹角为（不考虑波形失真的情况），电压电流有效值乘积UI=S(视在功率)，UIcos=Q(无功功率)S单位为VA，P单位为W(瓦)，Q单位为Var(乏)，S是P和Q的均方根，Ul=jLI,Ur=RI,Uc=I/jC。其中，消耗能量那部分为P，只进行能量交换那部分为Q。输入功率因数为输入电压和输入之间的夹角的余弦值，一般在线UPS都有功率因数修正电路(PFC)，输入cos都在0.9以上。输出功率因数反映UPS输出有功功率和无功功率的一种能力。比如山特C1KVA UPS输出cos=0.7表示，其最大输出有功功率700W，

9、视在功率1Kva，任一指标到达额定值都算满载。2. 峰值因数crest factor电容性负载而言，它要求UPS电源所提供的峰值电流远大于UPS电源在驱动电线性负载时所需要提供的峰值电流。衡量UPS电源带容性负载能力大小的指标即峰值因素(又叫峰值系数)。它的定义为：在容性负载和纯阴性负载具有相同阻抗值的前提下，用同一正弦波电源在带整 流性负载时所出现的最大容性峰值电流以同带纯阴性负载时所产生的峰值电流之比，一般UPS的峰值因数为3：1，个别设备为5：1左右。3. 总谐波失真度(THD)电压或电流的总谐波失真度指各谐波电压或电流有效值的平方根除以基波电压或电流的有效值。前者影响负载，后者影响前级

10、，如电网或发电机。4. 效率包括交流转换效率和直流转换效率。效率高的的UPS所需附加费用(电费)要远低于效率低的UPS的附加费用。5. 直流输入电压指外加电池组的标称电压值，一般不可调。6. 电池备用时间指交流断电以后负载能持续工作的时间，可由公式算出，但不精确，其与很多外在因素有关。7. 海拔高度电力设备工作时，会产生大量的热，及时有效的散热是保障电力设备正常工作的主要考虑因素。空气是热的传导介质，随着海拔的增高空气变得稀薄，会导致热的传导效率降低。因此，海拔超过1500m时，UPS应降低容量使用。UPS的相关术语1. PWM脉宽调制正弦波脉宽调制技术是通过调节一组不宽度和距离的脉 冲来等效

11、市电正弦波电压的技术，其特点是可以很方便地调节逆变器的输出电压有效值，改善瞬态响应特性。逆变器就是利用PWM技术将直流电压转换成交流电压的。2. EPO(Emergency Power Off)紧急电源判断开关，在特殊场合才用，启动它将关断UPS的输出和电池等开关。3. 维修旁路维修用的旁路。转到维修旁路方式时，负载应处在旁路供电方式。它起到不间断负载供电又可让技术人员检修UPS的作用。详见图。4. 功率因素矫正(P.E.C.)提高输入功率因素，降低设备对电网的干扰的一种电路。提高PFC的意义在于减少对电网的污染、降低对输入短路保护装置的冲击，同时，可以减少UPS内部整流功率器件的电应力，提高

12、器件的寿命。5. 静态开关(S.T.S.)静态开关通常由两只反相并联的快速可控硅组成。由于可控硅本身导通时间和判断时间都只是微秒的数量级，在技术上实现对市电供电逆变器供电的零转换时间的控制。普通有一个输出继电器的UPS在市电供电的相互转换中，会出现瞬间中断，如果在逆变输出和UPS输出间并上一个静态开关，在逆变器输出向旁路输出转换过程中，先导能静态开关，在将继电器触点打至旁路上，实现短时双路供电以达到零转换，然后再关断静态开关。由旁路向逆变器转换和上面的道理一样。一般在5KVA以上的UPS中才采用静态开关。如果有旁路、逆变两个断电器，可以通过先合后断的方式实现转换零中断。6. IGBI(Insu

13、lated Gate Bi-polar transistor)大约出现在1984年，是MOSFET和晶体管技术的结合，综合了MOSFET和GTR之优点，导能电阻低，开关频率高，电压驱动，驱动功率小，传送功率增大。一般工作频率为10-30KHZ。目前市场上的UPS中，在线UPS逆变器的电力元件多为IGBT。7. IPM(Intelligent Power Module)IGBT+保护电路+驱动电路。出现在少数UPS中。8. 关于旁路一般指UPS的AC输入输出相通，即市电不经处理，将UPS简化成一组导线而至输出的一个通路。一般UPS在有市电进入时就进入旁路状态，在转逆变器稳定工作后，因UPS损坏或

14、超载等原因使逆变器断开后才转由旁路供电。有一些UPS在逆变器不开启时，无旁路输出，只有在逆变器工作后，因帮才转旁路供电。在小型UPS中，旁路输入和整流器输入在机器上是一个端口，就称AC Input，而中大型UPS将两个输入分开，正常时，两者短接，在需要双路供电的情况下才将之分开，另外，在UPS作为50/60HZ转换用时，旁路空接。有旁路系统比无旁路系统的可靠性高。9. 旁路优先方式 (经济运行方式)有些UPS有这种功能。当UPS选定这种方式时，如果市电质量较好时，UPS则在旁路方式下工作，市电质量不好或断电时，UPS则以在线方式下工作。这种工作方式，UPS的效率特别高，它适合供电质量较好的地区

15、使用。五 电池1. 电池概况（不同标称倍率电池，保护电压不同）时所测量到的总安培小时数来计量的，容量的单位为AH(安时)。C表示电池流放电的程度。小电流放电，放电时间越长，释放容量越大;放电电流越大，其放电时间越小，释放容量越小。同一块电池以不同放电速率标称的额定容量值亦不同，HR越大，AH越大，反则相反。以100AH/20HR电池为电池为例，2HR时2*34.8=69.6AH;20HR时，5*20=100AH，100HR时100*1.04=104AH，详细情况见附表100AH电池放电表。2. 电池的充放电UPS电池的充电方式有均充、浮充和脉冲充电等。一般情况下以浮充方式充电，每块12V电池充

16、电压在13.8V左右。一般放电电流不可超过3C，充电电流不超过，一般在较好。小电流长时间放电，放出容量较大，亦对电池有坏处。3. 电池的保养a. 放置环境有一定要求，温度湿度合适，不能倒置，最好正向放置。b. 僻免硬伤。c. 不过压过流充电，不深度放电(长时间小电流)，不短路放电。d. 长期浮充的电池应定期人为放(每2个月)以激活电池活性。e. 长期搁置的电池应定期充电(每3个月)f. 放电后的电池应及时回充，以提高其寿命。g. 不同品质，容量，新旧不一的电池不可混用。h. 具有温度补偿的充电器可以延长电池的使用寿命。4. 判断电池好坏a. 是否裂缝、漏液。b. 电池回充电后，电压是否低至12

17、V，低于12V者不可复用。c. 内阻是否过大。检测办法：电池电压在12V以上带12V灯泡，灯泡暗或不亮者表示内阻过大，电池内部老化，一般不可复用。d. 电池有一定寿命，一般三到五年，出厂日期过早的电池慎用。5. 长延时电池选配对于长延时供电系统来说，主机选定后，电池组的电压就确定了，再根据负载有功功率、直流转换效率，计算出直流最大放电电流，再根据供电时间查电池放电曲线表选出最佳配置;或根据配置找出实际供电时间。根据能量守恒，Udc*I*Ed=P(其中Udc为直流输入最小电压，即电池最小电压，I为最大放电电流，Ed为直流转换效率，P为负载有功功率)。I=P/(Udc*Ed)=P/(10.5xn*

18、Ed)(其中n为电池组串数),知道了放电电流，就可以查放电曲线选择配置了。计算单体电池的放电功率，再查单体电池功率放电表来计算放电时间，结果更准确。因为电池种类有限所以很难选配，找最合理的即可。实际UPS很少满载使用，长延时的配置应具体情况具体分析。六 UPS的监控方式大多数在线UPS都有通讯介面，可以和电脑系统(如一台PC机)连接，通过监控软件实现对UPS的监控。一般实现的监测功能有内外部各种参数值和支行状态的监测;控制功能有自动开关机功能;管理功能有在关机前按不同方式将正在操作的文件自动存盘。按通讯方式分两种，一种为RS232方式，真正的串行通讯;另一种为Relay(干接点)方式，只有状态

19、和命令(0或1)的传递。另外，一般的通讯软件还具有自动拨号功能和网络功能(不占用PC资源时，有些UPS可直接与调制解调器或网络适配器连接来实现这些功能)。实现监控功能的方式还有远程监控面板(RMP)。有些UPS提供继电器的输入输出信号端口，前者实现对UPS以外其它开关信号的管理，后者提供UPS内部的各种状态信息。七 与发电机的配合1、发电机仅供UPS负载的情况当后备时间要求较长时(大于2小时)，通常选用柴油发电机与具备5-10分钟后备电池的UPS构成电源系统。当市电故障时，UPS先转入电池运行，同时发电机启动并逐渐转入稳定工作状态，一旦发电机进入稳定工作状态，UPS将返回正常运行。对于一般UP

20、S，发电机的容量不低于UPS的三倍。发电机与UPS的配合有如下问题：UPS的整流部分(用控硅时)对电源设备(如发电机)产生切口，即THD谐波电流，它会对发电机产生过度的热量，影响发电机的正常运行。利用12脉冲整流器或输入滤波器可降低THD来解决此问题。具有FPC功率因素校正或具有Delta变换的UPS无此问题。当发电机开始运行并与UPS相接时，主机的运行会对发电机产生突然的频率和电压的变化，具有Walk-in特性(在10-30秒内逐渐将发电机的电流交给UPS)可避免此问题。3. 电压增加当发电机与UPS容量相同并不带其它负载时时发生。提高发电机的容量，发电机在带了其它负载后再转向UPS，可解决

21、此问题。4. 频率波动UPS应具有高频波动控制装置，与5Hz/s以上的大量输入频率波动相协调。UPS的可控硅整理器受频率影响极大。6. 旁路同步输出如果保持同步，关键负载可转向旁路输出，即发电机直接为负载供电。八 UPS的备份为了提高UPS的可靠性，常采用备份系统。备份形式很多，主要有串联备份和并联备份等。串联备份即将备份机输出接在主机旁路上，见图(6)。串联备份的优点是结构简单，安装方便，价格低廉，组合灵活(不同品牌，功率的UPS也可以串联);缺点是不可增容，主从机器老化程度不一，从机电池寿命低，负载短路或超载时从机逆变器易损，主机的静态开关为瓶颈点。串联备份的变种有一备多系统，见图(7);

22、旁路可优生系统(机器具有此功能);负载主从分配串联系统，如图(8)。后两种系统克服了主从机老化不一和从机电池寿命短的缺点。并联系统是将两台或多台一样的机器输出并联在一起的系统，可独立旁路或共用旁路，可实现冗余备份或扩容，一般为负载均分，有输出开关柜。并机系统多为N+1并机系统，各主机间一般有通讯线相连。并机的优点是增容性，抗过载性，抗冲击性强，老化程度一致，N+1方式节省投资;缺点是价格高图(9)为典型的并机系统。九UPS实际应用注意事项1. 后备UPS一般为准方波输出，220V的方波输出用普通万用表测量其电压值为185V左右。因为普通万用表交流电压 档测量方波时，将其视为失真较大的正弦波处理

23、，因而不准确。用带有真均方根值(TRUE RMS)樗的万用表方可准确量出方波有效值。另外方波输出的UPS不可带感性负载。2. UPS不宜带可控硅负载，半桥 逆变的UPS不宜带半波整流负载。UPS带载量不宜过高，留有一定富裕较好。UPS负载指标要有功功率和无功功率综合考虑。非迫不得已，不要让电池深度放电，因为电池的寿命和深度放电的次数有关，一般为200-250次左右。电池供电时，不宜长时间轻载运行。其它保养事项见电池一章。3. 大部分UPS和发电机配合使用时，效果不好。因为UPS对市电侦测较严格，而发电机输出电压不够好，常超出指标范围，能和发电机配合使用的UPS会在技术指标中指到可带发电机这一点

24、。有些UPS有一个选择开关，可先市电输入或发电机输入。与发电机配合的其它问题详见第八章。4. 后备机器不宜在前级增加带有大电抗元件的交流稳压器，这样奉造成市电供电向逆变转换时间的明显增长。有些交流稳压器在断电后复电时输出会有一个瞬间过压，给UPS加稳压器要慎重。5. UPS不宜带载开关机。对于一些大启动电注的负载来说，可在UPS旁路时启动负载，负载正学运行后再启动逆变器，以保护逆变器。6. 在线式UPS从市电到电池供电的转换过程无间断，而后备式UPS的这个转换过程的间断在几毫秒到几十毫秒之间。计算机等开关电源类负载因内部有电容储能，故可容忍小于50ms的电源间断；有些精密设备的供电则不能有丝毫

25、的间断。选择UPS类型时应注意考虑负载特性。7. UPS对供电环境起一定的净化作用，但并不是全能的，如无法解决地间噪声问题。8. 小功率UPS的交流输入配线一般为插头形式，零火关系弄错将许多问题，如断电时零火反相，输出零地电压过高等。9. 一般在10-40KVA这个容量范围内，UPS输入输出形式有三入单出和三入三出两种。前者主要适合于单相大功率负载(这样的负载用单入单出方案会给市电配电带来麻烦，启动与关断对电网的单相冲击都很大)，其旁路情况比较特殊，一般旁路为A相或硬线任选 ，其容量应为其它相的三倍。10. 在三相供电系统中，理论上三相平衡的线性负载的总中性电流为零。因为计算机负载的三次谐波电

26、流的原因，既使负载平衡，中性电流也很大，故在三相UPS的输出配电中，中性线应粗一些，输入则不用考虑。11. UPS的效率指输出的能量与出入的能量的比值。输入的能量的一部分转换成输出，另一部分能量则转化成热量损失掉。小型UPS一般不用考虑散热问题。算出设备的总散热量(可计算或查表)，就可以大致求出所须的制冷量，再选择相应的空调。以下是一些有用的换算公式： 1KW=861KCAL/h 1KW=3293BUT 1P=735KW1P的制冷量=2000KCAL/h十几种竞 争 产品介绍1. 爱克赛产品(EXIDE)美国UPS专业厂商，产品系列全，目前市场常见的产品有PLUS，PLUS5+，PRESTIG

27、E，PROFILE和PRIME几种，缺点为售后服务制度不够好。目前，暂时退出了主流产品的竞争。有一款模块化的产品，还没有引进国内。l 6KVA，为在线UPS，特点：外观优美体积小，重量轻。l 15KVA，有PFC，三入单出在线UPS，有维修旁路和效率优化器，启动效率优化器时(节能方式)，当市电正常时，产PS工作在旁路方式，市电不太好时再转入逆变供电，以提高效率。默认值为普通在线方式，PROFILE另一特点，噪音奇特。l 60KVA，三入三出在线，产地芬兰，为工业型UPS，特点机器坚固。缺点，噪音较大，不适用于机房。l PLUS40400KVA为美国本土生产的UPS（源自IPM）。在传统机中，技

28、术水平占有优势位置，其有如下几个特点。(1)独特公共风道、冗余散热风扇和过滤网，使散热更有效，更节能。(2)超大9英寸液晶显示屏。(3)三块冗余逻辑电源板。(4)智能型输入滤电器。(5)先进电池管理功能-在线安全侦测电池好坏。(6)机内无扁平电缆线。(7)先进无线并机（双机）（8）双零线设计。l PRIME7.5-45KVA，三入三出在线，有PFC，效率优化器，体积小，重量轻。将有热并联机种推出。2APC产品APC是美国的工业控股公司，初期包装的产品以软件见长，宣传过一段网络UPS的概念。它应该是中国市场中，最善于包装、宣传、投入最大的公司。后备式产品有BACK系列，容量范围为2501400K

29、VA。在线互动式产品有SMART系列和MATRIX系列。SMART系列容量为2503000KVA，有支架型产品，转换时间为2-4毫秒。MATRIX系列容量为30005000KVA，无转换时间。单相在线产品有SYMMETRA电源阵列UPS，容量为4-16KVA，4KVA是一个功率模块，机架有8KVA和16KVA两种，电池亦为原装模块，可实现N+1冗余备份，机器的设计比较好，但因电池的外接及价格问题，目前市场销量较少。三单机型还未在国内上市。三相在线产品有APC-SILCON(秀康)，产地为丹麦。其中DP300E系列容量从10-480KVA。其结构采用DELTA变换，区别于传统在线UPS的双变换结

30、构，特点为输入功率因素为1，不对市电产生干扰(输入电流为正弦波)，效率高(95%以上)，无PVC或其它有害材料。和同类其它产品比较，秀康产品体积小，重量轻。使用情况不好，不是APC主推产品，会慢慢淡出市场。目前，主推的英飞是UPS市场中模块化UPS的领军品牌。与power相比，产品的电器性能特点是输出采用了大功率的INV，输出功因数为1！其他方面，我们的评价一般，应该逊色于power。APC倡导多年的网络UPS概念优势已不存在。系统中有一个输出PDU柜（含手动旁路），包装的不错，设计一般，应该是把libert一二十年的东西拣过来的。APC的产品型录中，有一款单个模块40k,最大装机可达1280

31、K的设备。目前，没有推出。它的出现不会对我们造成太大的冲击，主要的竞争对象应该是传统大功率UPS。但APC会借此引入一些IDC机房的供电概念，发挥一下。我们可以借鉴。最近，APC收购了瑞士的工业机厂家GUTOR。完善了它的产品线。3. NEWAVE瑞士产品，在国内销售多年。主导产品是模块化的UPS。它的系统架构相对主流产品不尽合理，缺陷明显。模块的容量为10K/15K/20/30K/40K。每个机柜最大可以并到三个模块，最近可以机柜间并联，没有看到成功案例。4STK(山特)山特在国内的市场占有率很大，应该可以进入前三，主要产品集中在中小型设备。市场口碑不好，价格非常便宜，销售渠道网络很大。03年推出了模块化的3A3系列。在此之前推出过每个模块4K、单机最大24K的模块化UPS，设备存在问题很多，后来不推了。3A3的产品现在看，应该不错。模块的架构类似APC的英飞，整机的拓扑类似power。现在，销售策略不清，不好评价。5SOCOMAN-SICON（MG）UPS技术的落伍者，市场在萎缩。模块化的产品，有一个单模块4K、