UPS基础知识-培训资料

UPS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的定义UPS是电力电子技术的产品：以电力为对象，以电子技术为手段实现控制的技术称为电力电子技术。它的主要任务是利用电力和电子器件实现对电能的控制和转换。从1956年第一只可控硅（SCR）诞生之日起，即进入了电力电子技术的时代。70年代末期由微电子技术与电力晶体管（GTR）技术相结合，进入了现代电力电子技术的时代。现代电力电子技术应用于所有的电气工程领域，例如：发电厂的储能设备、直流输电设备、动态无功补偿、电力机车牵引、变频调速电机、不间断电源、开关电源、中高频感应电炉、电视、办公自动化、通讯、汽车自动化、家用电器等等。page4UPS的基础知识UPS的主要作用——为什么要使用UPS？随着电子技术的飞速发展，各种各样的用电器越来越多，而这其中的绝大部分都是非线性负载(Non-LinearLoad)：从电网提取电流的波形与电压波形不一致的负载；阻抗随加在其两端的电压而变化的负载；产生谐波电流的负载又称为畸变负载(DeformingLoads)或污染负载(PollutingLoad);一方面，这些非线性负载给电网带来了大量的谐波以及其它的干扰，使供电的质量越来越坏;另一方面，一些重要的用电部门，如机场、医院、银行等和一些重要的用电设备：如计算机、通讯设备等，对供电质量的要求越来越高:不仅要求不停电，还要求电压、频率稳定，还要求波形准确完好。简而言之，需要有一个干净或净化的电源。page5UPS的基础知识这就使得负载与电网供电质量之间的矛盾日趋加深，必须解决。在诸多的解决电源的方案中，UPS是最好的解决方案UPS的主要作用——解决电网中的骚扰骚扰（disturbance）：任何可能引起装置、设备或系统性能降低或对有生命、无生命的物质产生损害作用的现象；干扰（interference）：由骚扰引起的设备、传输通道或系统性能下降的现象；

从严格意义上讲，“骚扰”和“干扰”是两个不同的概念：“骚扰”是一种客观存在的现象；“干扰”是一种在“骚扰”作用下，使敏感设备受到影响时的现象。（根据GB4824-1996的标准词汇，选用“骚扰”一词。）page6UPS的基础知识UPS的主要作用——解决电网中的骚扰停电：短时间的、长时间的...page7UPS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...page9UPS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...page10UPS的基础知识UPS的主要作用——电网中骚扰的解决方案为了消除电网中的骚扰，必须制定有关的供电标准，如：EN50160

定义了欧洲配电系统中的一些正常波动：电压+10%到-15%(每10分钟间隔的平均有效值)，其中每周95%的时间必须在±10%的范围内；频率+4％到-6%，一年中有99.5%的时间在1%的范围内。国家标准《电子计算机场地通用规范》（GB/T-2887-2000）中关于机房供配电要求：

频率：50Hz，电压：380V／220V，相数：三相五线制或三相四线制／单相三线制：page11UPS的基础知识page12UPS的基础知识供电电源的分类：一类供电：指需要建立不停电供电的电源系统从两个可靠的独立的变电站各自引入一路供电线路；两路电源不会同时检修停电的现象；每条线路平均每月停电次数不大于一次；平均每 次故障时间不应大于0.5小时（供电可用性为99.9％）；两路供电线路需配有自动切换装置。page13UPS的基础知识供电电源的分类：二类供电：指需要建立带备用的供电系统一路具有上述供电能力的市电输入；一路用户自主起动的备用发电机组；市电平均每月停电次数不应大于3.5次；市电平均每次停电不应大于6小时（供电可用性为99％）。page14注：此处供电电源的可用性应是指UPS的输入端UPS的基础知识供电电源的分类：三类供电：指一般用户供电市电平均每月停电次数不应大于4.5次；市电平均每次停电时间不应大于8小时（供电可用性为95％）。page15负载的供电等级一级负载：这种负载是指：如果突然中断供电，负载将不能工作，其影响将关系到国计民生的大事，或将会导致重大的人身伤亡和恶性事故的发生。例如国防建设、生产、交通运输、电信、财政、金融、航空管理等部门，一旦因供电突然中断将会造成难以弥补的重大损失。一级负载应采取一类供电，即对负载建立不停电的电源系统。二级负载：这种负载是指：如果突然中断，负载将不能正常运行，在一定的程度上造成一定的损失。例如一些科研单位、计算机过程控制的生产单位等。二级负载应采取二类供电，即需要建立具有备用电源的供电系统。三级负载：这种负载是指：一旦因突然中断供电不会引起过大的损失。UPS的基础知识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；page16UPS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；page17UPS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。page18UPS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（1）被动后备式(PassiveStandby，也称为离线式(OFF-Line))应用：小于2KVA的UPS；优点：电路简单，价格便宜；缺点：频率不能调节，切换有间断。page20UPS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UPS的分类和拓扑结构（2）线互动式(LineInteractive)应用：此种配置不太适合作为中-大功率为敏感性负载的电源，因为无法进行频率的调节。由于这个原因，在除小功率以外的设备中很少采用这种配置。通常小于10KVA，用于非关键性负载。优点：电路简单，价格便宜；缺点：频率不能调节，动态特性差。page22UPS的基础知识UPS的分类和拓扑结构（3）双转换式(Double－Conversion，又称为在线式On-Line)基本组成：整流器/充电器逆变器静态开关(静态旁路)手动旁路开关(手动维修旁路)电池逆变器串联在交流输入和负载之间工作原理：见右图page23UPS的基础知识UPS的分类和拓扑结构（3）双转换式(DoubleConversion，又称为在线式On-Line)应用：在这中配置中，由于使用了静态开关，将负载切换到逆变器所需的时间可以忽略不计；而且，输出的电压和频率完全独立于输入电压和频率。这意味着这种类型的UPS可以被设计作为频率转换器使用。实际上，这种类型是中大功率的主要配置（10KVA以上）。注意：这种类型的UPS常常被称作“在线式”，这表示负载由逆变器连续供电而不管交流输入电源的状态如何。优点：稳压稳频、切换无间断；缺点：价格昂贵。page24UPS的基础知识page25单机UPS的基本组成1).整流－充电器：由可控硅三相全控整流桥功率电路和相应的控制电路组成。它将电源1输入的交流电变换成直流电，供给电池组充电及逆变器的输入。2).逆变器：由IGBT逆变功率电路和相应的控制电路组成。它将整流－充电器输入的直流电变换为正弦交流电供给负载。3).旁路静态开关：由反并联的可控硅功率电路和相应的控制电路组成。它实现负载在逆变器与旁路电源2之间的不间断切换。4).电池电路：由可充电的电池组组成。将直流能量贮存在电池组中，当电源1停电或超限时，向逆变器电路释放能量，以对负载进行后备式的供电。5).各种隔离保护装置：a.Q1：整流器输入开关；b.QF1：电池电路保护开关；c.Q4S：电源2或静态旁路输入开关；d.Q5N：逆变器输出开关;e.Q3BP：手动维修旁路开关。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page36UPS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page37UPS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%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；