不间断电源系统UPS基础

1、2 Emerson ConfidentiallUPS概述lUPS基本原理lUPS关键技术lUPS主要参数lUPS电池lUPS监控系统3 Emerson Confidential什么是UPS为什么使用UPSUPS的功能UPS的分类4 Emerson Confidential不间断地为用户设备提供交流电的一种电源设备不间断地为用户设备提供交流电的一种电源设备负载负载蓄电池蓄电池UPSUPS市电市电UPS UPS Uninterruptible Power Supply Uninterruptible Power Supply5 Emerson Confidential什么是UPS为什么使用UPSU

2、PS的功能UPS的分类6 Emerson Confidential波形下限波形下限市电断电市电断电电压浪涌电压浪涌电线噪声电线噪声瞬态尖峰瞬态尖峰频率漂移频率漂移谐波失真谐波失真电网电网7 Emerson Confidential电网问题电网问题引发原因引发原因现象现象市电断电市电断电停电、空气开关跳闸停电、空气开关跳闸零电压持续零电压持续2 2个周波以上个周波以上电压浪涌电压浪涌大型设备关闭或雷击引起大型设备关闭或雷击引起电压高于电压高于110%110%额定值，持额定值，持续一个或多个周波续一个或多个周波波形下陷波形下陷大型设备突然启动、电网切换大型设备突然启动、电网切换电压低于电压低于80

3、-85%80-85%额定值，额定值，持续一个或多个周波持续一个或多个周波瞬态尖峰瞬态尖峰闪电、电子开关工作，电焊闪电、电子开关工作，电焊电压峰值高达电压峰值高达60006000V V，持续持续时间一般为时间一般为0.5-50.5-5个周波个周波谐波干扰谐波干扰电动机、电焊机、广播通信设电动机、电焊机、广播通信设备、无线通信设备、微波设备备、无线通信设备、微波设备频率漂移频率漂移小水电，发电机小水电，发电机8 Emerson Confidential电源中断、电压波动、瞬态尖峰、电源浪涌、高压脉冲电源中断、电压波动、瞬态尖峰、电源浪涌、高压脉冲 造成服务器、路由器、磁盘阵列等精密设备造成服务器、

4、路由器、磁盘阵列等精密设备数据数据 丢失、设备损坏、死机、停止工作等。丢失、设备损坏、死机、停止工作等。谐波污染、线间噪声、频率漂移谐波污染、线间噪声、频率漂移 造成网络传输造成网络传输误码率大增，数据传输速度误码率大增，数据传输速度低下等。低下等。9 Emerson Confidential什么是UPS为什么使用UPSUPS的功能UPS的分类10 Emerson Confidential 高可靠性不间断供电高可靠性不间断供电 电网稳压、净化功能电网稳压、净化功能 电池管理功能电池管理功能 智能监控功能智能监控功能保证动力的连续性保证动力的连续性高质量供电、绿色电源高质量供电、绿色电源延长电池

5、使用寿命延长电池使用寿命解决解决UPSUPS维护问题维护问题11 Emerson Confidential什么是UPS为什么使用UPSUPS的功能UPS的分类12 Emerson Confidential按按工作原理工作原理不同，不同，UPSUPS分为：分为： 后备式后备式UPSUPS 互动式互动式UPS UPS 在线式在线式UPS UPS 按按供电体系供电体系不同，不同，UPSUPS分为：分为： 单进单出单进单出UPS UPS 三进单出三进单出UPS UPS 三进三出三进三出UPSUPS按按输出功率输出功率不同，不同，UPSUPS分为：分为： 小功率（小功率（103030kVAkVA）13

6、Emerson Confidential按按变压器特点变压器特点不同，不同，UPSUPS分为：分为： 高频高频UPSUPS（高频机）高频机） 工频工频UPSUPS（工频机）工频机）按按输出波形输出波形不同，不同，UPSUPS分为：分为： 方波输出方波输出UPSUPS 正弦波输出正弦波输出UPSUPS14 Emerson ConfidentiallUPS概述lUPS基本原理lUPS关键技术lUPS主要参数lUPS电池lUPS监控系统15 Emerson Confidential有市电时，市电通过开关后直接供给负载，逆变器不工作；另外，市电有市电时，市电通过开关后直接供给负载，逆变器不工作；另外，

7、市电通过充电器给电池充电。通过充电器给电池充电。停电后，启动逆变器，把电池储存的能量通过逆变器和开关供给负载。停电后，启动逆变器，把电池储存的能量通过逆变器和开关供给负载。充电器逆变器市电 负载 电池组功率等级功率等级0.25-20.25-2KVAKVA左右左右16 Emerson Confidential在线互动在线互动UPSUPS与后备式比，主要区别在于：逆变器与充电与后备式比，主要区别在于：逆变器与充电器合二为一，输出通过变压器的抽头跳变，实现分段稳压器合二为一，输出通过变压器的抽头跳变，实现分段稳压市电 双向变换器 电池组 负载 市电正常市电正常/整流整流停电停电/逆变逆变264-27

8、6V150-175V150-264V功率等级功率等级0.7-200.7-20KVAKVA左右左右17 Emerson Confidential-UPS输出RECINV旁路输入主路输入 静态开关Q3BP Q5 TR2 Q2 Q1 KM 蓄电池 静态开关不管电网电压是否正常，负载所用的交流电压都要经过逆变电路，即逆变电路始终处于工作状态。18 Emerson Confidential后备式后备式在线互动式在线互动式在线式在线式逆变器状态逆变器状态后备后备热备热备工作工作输出输出电源质量电源质量低低（供电差，仅是不（供电差，仅是不 停电功能）停电功能）中等中等（滤除部分干扰（滤除部分干扰）最高最高（

9、稳压，滤除（稳压，滤除所有干扰）所有干扰）切换时间切换时间5 51212msms4 4msms0 0成本成本低低中等中等较高较高19 Emerson ConfidentiallUPS概述lUPS基本原理lUPS关键技术lUPS主要参数lUPS电池lUPS监控系统20 Emerson Confidential双变换技术数字控制技术冗余技术电池管理技术21 Emerson ConfidentialACACDC DC 整流整流DCDCAC AC 逆变逆变22 Emerson Confidential移相变压器移相变压器负负载载电池和逆变器电池和逆变器两个两个6 6脉冲脉冲整流桥整流桥3023 Eme

10、rson Confidential24 Emerson Confidential旁 路 输 入主 路 输 入输 出25 Emerson Confidential 旁 路 输 入 主 路 输 入 输 出 26 Emerson Confidential+380V-380V220VLN+-NQ1Q2C1C2D1D2LC3+380-380U27 Emerson ConfidentialSR+RNTRSSTT_28 Emerson Confidential双变换技术数字控制技术冗余技术电池管理技术29 Emerson Confidential数字信号处理器（DSP）控制技术 单片机控制技术 产生各驱动信

11、号、控制整流器、逆变器、产生各驱动信号、控制整流器、逆变器、切换逻辑等切换逻辑等30 Emerson Confidential例：整流逆变例：整流逆变DSPDSP控制板控制板ULW2L61U2监控单元板ULW2L61K1键盘板LCD液晶320*240ULW2L61U11整流DSP板ULW2L61U12逆变DSP板检测驱动坂ULW2L61M2检测驱动坂ULW2L61M2并机板ULW2L61M3外部用户接口并机接口31 Emerson Confidential双变换技术数字控制技术冗余技术电池管理技术32 Emerson Confidential用于中小功率，易于安装调试，没有扩容能力，从机电池寿

12、命用于中小功率，易于安装调试，没有扩容能力，从机电池寿命缩短。缩短。 市电负载UPS1UPS2主机从机主机旁路从机输出33 Emerson Confidential 用于大功率，多台用于大功率，多台UPSUPS平均分摊负载，可靠性高，控制电路复杂。平均分摊负载，可靠性高，控制电路复杂。市电负载UPS1并机逻辑控制UPS234 Emerson Confidential电池电池UPS1AC PPCSTS电池电池UPSAC PPC双电源双电源 负载负载单电源单电源 负载负载LBSUPS2母线母线1母线母线235 Emerson Confidential双变换技术数字控制技术冗余技术电池管理技术36

13、Emerson Confidential1、均充限流：0.1C2、浮充转均充：0.05C 均充转浮充：0.01C37 Emerson Confidential400300100200200-20-40-600母线电压V电池电流A时间tT1T2T3T4T1T1为恒压均充阶段，T2为浮充阶段，T3为电池逆变供电阶段，T4为限流均充阶段38 Emerson ConfidentiallUPS概述lUPS基本原理lUPS关键技术lUPS主要参数lUPS电池lUPS监控系统39 Emerson Confidential输入特性：输入特性：1 1、输入电压范围：输入电压范围宽可减小电池放电机会，延长电池、输

14、入电压范围：输入电压范围宽可减小电池放电机会，延长电池 寿命。寿命。2 2、旁路允许电压范围：典型、旁路允许电压范围：典型1010以内以内3 3、输入功率因数：功率因数低，输入无功功率大，谐波电流污染电、输入功率因数：功率因数低，输入无功功率大，谐波电流污染电 网，影响干扰其它设备。网，影响干扰其它设备。4 4、主电源频率允许范围：通常、主电源频率允许范围：通常5 5以内以内5 5、输入电流谐波分量：（、输入电流谐波分量：（PFCPFC、6/126/12脉冲变压器）脉冲变压器）40 Emerson Confidential输出特性：输出特性：1 1、稳态电压精度：大型为、稳态电压精度：大型为1

15、%1%，中小型为，中小型为2%2%。2 2、输出瞬态特性：大型、输出瞬态特性：大型5%5%，中小型，中小型8%8%。3 3、输出过载能力：（如：过载、输出过载能力：（如：过载125% 5125% 5min;150% 10S)min;150% 10S)4 4、输出功率因数：、输出功率因数： （0.60.6、0.70.7、0.80.8）5 5、输出电压畸变（、输出电压畸变（THDTHD）：）：典型典型3%3%以内。以内。6 6、频率跟踪范围：、频率跟踪范围：5050HZHZ2Hz 2Hz 41 Emerson Confidential 考虑到用户负载启动时的冲击，一般情况下最佳负考虑到用户负载启动

16、时的冲击，一般情况下最佳负载容量应为载容量应为UPS容量的容量的70%80%。 VAVA（伏安）与伏安）与W W（瓦特）的区别瓦特）的区别VA-视在功率视在功率W-实际使用功率实际使用功率实际使用功率实际使用功率+无用功率无用功率UPS容量单位容量单位-VA负载容量单位负载容量单位-W、VAVA（伏安）与伏安）与W（瓦特）的换算关系瓦特）的换算关系典型计算机负载典型计算机负载：1W1.5VA42 Emerson ConfidentiallUPS概述lUPS基本原理lUPS关键技术lUPS主要参数lUPS电池lUPS监控系统43 Emerson ConfidentialPbO2 + 2H2SO4

17、 +PbPbSO4 + 2H2O + PbSO4放电放电充电充电正极活物质正极活物质电解液电解液负极活物质负极活物质正极活物质正极活物质电解液电解液负极活物质负极活物质PbO2 + 2H2SO4 +PbPbSO4 + 2H2O + PbSO4放电放电充电充电正极活物质正极活物质电解液电解液负极活物质负极活物质正极活物质正极活物质电解液电解液负极活物质负极活物质v=1个单体具有更高正电动势的极板定义为正极板图1化学能电能44 Emerson Confidential端极柱电池盖电池壳排气阀正极板隔板负极板电池结构图45 Emerson Confidential单体每节电池组 30节电池组 32节

18、浮充电压 2.2513.5405432均充电压 2.3514.1423460欠压保护 1.8010.8324346终止电压 1.671030032046 Emerson Confidential通信用UPS用设计取向长时间、小电流、深放电短时间、大电流放电、浅放电设计寿命10年以上35年铅膏配方长寿命配方，循环寿命长大功率配方，循环寿命短隔板长寿命隔板，较厚大孔径隔板，较薄，小电流深放电易造成枝晶短路，寿命终止。过放电恢复能力板栅合金高锡含量，良好一般密封方式高可靠密封一般容量10小时率20小时率47 Emerson ConfidentialUPS容量容量VAUPS输出功率因数输出功率因数放电电流放电电流=电池组电压电池组电压V电池逆变效率电池逆变效率（1）、计算电池放电电流）、计算电池放电电流（2 2）根据放电时间要求查表确认容量系数（单位：小时）根据放电时间要求查表确认容量系数（单位：小时）用用户户要要求求的的放放电电时时间间0.5 1 2 3 4 5 6