移动开关电源

通信用高频开关电源主讲:沈雪红通信局站电源的框图主要内容高频开关整流器结构及主电路的工作原理高频开关整流器的主要技术开关整流器的控制和驱动电路功率因数校正原理高频开关整流器滤波电路和电磁兼容性监控单元参数设置原理开关电源的选型故障处理与维护一、通信整流技术的发展概述高频开关电源系统由交流配电单元、整流模块、直流配电单元和监控模块组成开关电源系统。交流配电直流配电整流模块整流模块整流模块电池负载交流输入监控模块48VDC220/380V………开关电源系统示意图

1、高频开关整流器方框图(P231)T1、T2--晶闸管D1、D2--晶体管T1T2D1D2RLuLu2AB高频变换减小变压器体积原理

U=4BSfN式中：U是变压器电压，单位为VB是磁通，单位为GsS是变压器铁芯截面积，单位为㎝2f是变压器工作频率，单位为HzN是变压器绕组匝数从公式可以看出，在变压器电压和磁通（与电流有关）一定的情况下，即变压器功率一定的情况下，工作频率越高，变压器的铁芯截面积可以做得越小，绕组匝数也可以越少。2、高频开关整流器的特点

（1）重量轻、体积小。适合于分散供电方式。（2）节能高效。一般效率在90％左右。（3）功率因数高。（4）稳压精度高、可闻噪音低。（5）维护简单、扩容方便。（6）智能化程度较高。

3、高频开关整流器分类依据输入交流电源类型,高频开关整流器有单相和三相之分。根据DC／AC逆变电路工作原理的不同，高频开关整流器可分为PWM型和谐振型两类。二、高频开关整流器主要技术1、时间比例控制稳压原理2、功率转换电路1、时间比例控制稳压原理改变开关接通时间ton和工作周期T的比例，亦即改变脉冲的占空比，来调整输出电压的方法，称为“时间比例控制”,缩写为TRC开关型稳压电源示意图TRC控制方式(P245)

TRC有三种实现方式，即脉冲宽度调制方式PWM，脉冲频率调制方式PFM和混合调制方式。（1）脉冲宽度调制（PulseWidthModulation，缩写PWM），PWM方式指开关工作周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。（2）脉冲频率调制（PulseFrequencyModulation，缩写PFM），PFM是指导通脉冲宽度恒定，通过改变开关工作频率（即工作周期）来改变占空比的方式。（3）混合调制，是指导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定，彼此都能改变的方式，它是以上二种方式的混合。2、功率转换电路根据DC／AC逆变电路工作原理的不同，高频开关整流器可分为PWM型和谐振型两类。功率转换电路：高压直流→高压高频交流→高频降压变压器→低压高频交流→低压直流（1）PWM型功率转换电路PWM型功率转换电路控制简单，有推挽、全桥、半桥以及单端反激，单端正激等形式,以下分别介绍前三种电路。推挽式功率转换电路当BG1导通时，变压器初级电流途径为：E（＋）→N1→BG1→E（－），变压器次级导电回路为：N4（5）→D2→RL→N4（3）。当BG2导通时，变压器初级导电回路为：E（＋）→N1→BG2→E（－），变压器次级导电回路为：N2（4）→D1→RL→N2（3）。该电路的优点是元件少，两组基极驱动电路间无需隔离。缺点是晶体管所承受的电压高；高频变压器的绕组利用率低全桥式功率转换电路晶体管BG1、BG3导通时，变压器次级导电回路为：N2（2）→D2→RL→N2。晶体管BG2、BG4导通时，变压器次级导电回路为：N2（1）→D1→RL→N2。该电路的优点是高压开关管所承受的电压低，缺点是元件多，驱动电路复杂半桥式功率转换电路当BG1导通时，变压器初级电流途径为：

E（＋）→BG1→N1→C02

→

E（－）变压器次级导电回路为：N2→D1→RL→N2。当BG2导通时，变压器初级电流途径为：

E（＋）→C01→

N1→

BG3→

E（－）变压器次级导电回路为：N2→D2→RL→N2。半桥式功率转换电路优点：①晶体管的数量只有全桥式电路的一半；②具有抗不平衡能力。PWM型功率转换电路优点：控制简单缺点：开关损耗大（采用硬开关技术）硬开关：开关的开通和关断过程伴随着电压和电流的剧烈变化,开关过程中电压和电流均不为零，出现了重叠。电压、电流变化很快，波形出现明显得过冲，产生较大的开关损耗和开关噪声。t0a）硬开关的开通过程b）硬开关的关断过程uiP0uituuiiP00软开关（谐振开关）：在电路中增加了小电感、电容等谐振元件，在开关过程前后引入谐振，使开关条件得以改善。降低开关损耗和开关噪声。uiP0uitt0uiP0uitt0a）软开关的开通过程b）软开关的关断过程（2）谐振型功率转换电路利用谐振现象，通过适当地改变开关管的电压、电流波形关系来达到减小开关损耗的目的。谐振型功率转换电路有串联、并联和准谐振几种。准谐振功率转换电路又分为两种，一种是零电流谐振开关式(ZCS-QRC)，保证开关管在零电流条件下断开，从而大大地减小了开关管的关断损耗，同时也能大大地减小断开电感性负载时可能出现的电压尖峰，一种是零电压谐振开关式(ZVS-QRC)，保证开关管在零电压条件下开通，从而大大地减小了开关器件的开通损耗。零电流开关准谐振电路保证开关管在零电流条件下断开，从而大大地减小了开关管的关断损耗（p关断=u*0），同时也能大大地减小断开电感性负载时可能出现的电压尖峰在零电流开关中，开关的导通时间（即输出电流的脉冲宽度）tON由谐振电路的参数决定。为了调整输出电压，必须改变开关的关断时间toFF。零电压开关准谐振电路保证开关管在零电压条件下开通，从而大大地减小了开关器件的开通损耗（p开通=0*i）。在零电压开关时，开关的断开时间（即电压脉冲的宽度）tOFF，由谐振电路的参数决定。为了调整输出电压，必须改变开在的导通时间tON。三、开关整流器的控制和驱动电路

1、控制电路2、驱动电路1、控制电路控制电路是向驱动电路提供一对前沿陡峭，相位差180度，对称和宽度可变的矩形脉冲列控制电路是为主电路功率开关管提供激励信号的电路。控制电路是将检测的输出直流电压与基准电压进行比较放大，去调制振荡器输出脉冲的宽度，从而控制功率转换电路以保持输出稳定。对控制电路的基本要求（1）输出脉冲要有足够的功率增益，适合各种功率转换电路的需求。（2）对输出电压值应有一定的调整范围，实现自动调整。（3）有良好的驱动性能，按不同逆变方式提供可靠驱动信号，以满足各种功率转换电路的需求。要求驱动脉冲前沿陡直，且有良好的正反驱动性能，保证功率开关管开关速度，并避免共同导通等不良后果。（4）有良好的告警与保护性能。尤其是当负载发生过流、短路时，应具有限制或切断输出的保护措施。（5）实现输入、输出电压有良好的启动性能。避免开机启动冲击。（6）输出与输入之间有隔离性能。（7）具有可靠的并联运行供电均流性能。控制电路的实现形式1、基准源给大部分电路供电，同时兼作误差放大器的基准电压输入2、误差放大器將取样电压和基准电压比较放大，送至调制电路输入端3、脉宽调制电路（时间比例控制TRC电路）將误差放大器的信电压信号转换成脉冲宽度信号4、振荡器（时钟振荡器）产生恒定的频率脉冲作为时间比较的基准5、分频器將振荡器的输入分频后输出，控制门电路输出脉冲信号5、软启动电路6、保护电路控制电路的应用目前通常将控制电路和功率放大驱动电路制成一体化芯片，供驱动功率开关器件使用，频率可达几百kHz，可直接驱动几十瓦功率的变换器。控制电路正朝着高频化、智能化、小型化的方向发展。2、驱动电路驱动电路的作用是将控制电路的驱动脉冲放大到足以激励高压开关管。驱动电路可分为电流型驱动电路和电压型驱动电路两大类。目前广泛应用的电压型驱动电路（用来驱动MOSFET、IGBT管）。电压型驱动电路又分为隔离型驱动电路和不隔离型驱动电路。一般采用具有隔离作用的驱动电路。在同一电路中，如有几个不共地的开关器件，则它们的驱动电路必须相互隔离，隔离的方法有两种：磁隔离和光隔离。直接式磁隔离电压型驱动电路它由一个开关管推动高频脉冲变压器初级,而初级产生的电压脉冲直接去驱动电压型场控器件。当控制信号为高电平时，BG1导通，Vcc电压加到脉冲变压器初级，次级获得一感应电压，通过R9给场控器件门极充电，使之导通。当控制信号为低电平时，变压器初级电压下降，这时场控器件门极存储的电荷通过R9和变压器次级释放，从而被关断。Z2、Z3和R2是用来保护场控器件的门极不致损坏。间接式磁隔离驱动电路该图前一半和上面所讲的工作过程一样，R2、R5、BG2、R4、BG3构成一个功放电路，是将变压器次级从初级获得的微弱信号放大到足以驱动场控器件。光隔离电压型驱动电路这种光电路是采用光耦来实现。控制信号和驱动信号之间是电隔离的，因为光耦所能传输能量很弱，所以光耦的输出不能去推动开关器件，故而该电路没有直接驱动型。图中，当控制信号为高电平时，BG1导通，光耦的原边流过电流，从而使副边饱和导通，R5上电压为Vcc2，经R4、BG2、R9、R6、BG3构成的功率放大电路，去驱动场控器件（功率MOSFET）。当控制信号为低电平时，BG1关断，光耦原边没有电流，副边随之关断，而使功率MOSFET的门极存储电荷由BG3释放而关断。四、功率因数校正电路1、定义：功率因数PF（PowerFactor）是指交流输入有功功率P与视在功率S的比值。IR：电网电流有效值

I1：基波电流有效值

UL：电网电压有效值

cosΦ：基波电流与基波电压的位移因数2、无功率因数校正的开关电源存在的问题（1）谐波严重污染公共电网，干扰其他用电设备。（2）在输出功率一定的条件下，输入电流有效值较大，增大了传输线衰耗。（3）增加了前级设备的功率容量，如UPS，发电机组、电源线、路断器规格等，增加了基建投资。（4）当采用三相四线制供电时，三及三的倍数的谐波在中线中同相位，合成后中线电流大，有可能超过中线配制的线径，会造成中线严重过载，而且按安全规定，中线无保护装置，这将造成中线过热，引起火灾。提高功率因数的方法当线性电路且为纯电阻性负载时，PF=1在感性线性负载电路，无谐波电流，采用移相电容器来补偿无功功率，便可提高cosφ,PF＝cosΦ在非线性电路中(如开关型整流器),通过功率因数校正电路将畸变电流波形校正为正弦波，同时迫使它跟踪输入正弦电压相位的变化。3、功率因数校正的基本方法基本方法有两种：无源功率因数校正和有源功率因数校正。（1）无源功率因数校正法：在开关整流器的输入端加入电感量很大的低频电感。（2）有源功率因数校正法：减小输入电流谐波，而且使输入电流与输入电网电压几乎同相为正弦波，从而大大提高功率因数PF。目前大功率场合应用较广泛的PFC电路有：恒频峰值电流控制技术和平均电流控制技术等。恒频峰值电流控制技术PFC平均电流控制技术PFC

五、高频开关整流器滤波电路和电磁兼容性

高频开关整流器处于市电电网和通信设备之间，它与市电电网和通信设备都有着双向的电磁干扰。为了抑制噪声影响自身和外界，高频开关整流器内部电路一般采用滤波、屏蔽、接地、合理布局、选择电磁兼容性能更好的元件和电路并，在安装开关电源时，注意输入线路和输出线路的隔离、输出线绞合或平行配线、机架地线合信号地线分开、配置必要的输入浪涌抑制等等。1、高频开关整流器滤波电路高频开关整流器中主要的滤波电路的大致位置如图所示，分别为输入滤波、工频滤波和输出滤波。输入滤波电路举例共模扼流线圈原理图工频滤波和输出滤波工频滤波将工频整流后的脉动（以低次分量居多）消除，同时还能抑制一些高频干扰。其电路形式与输入滤波相类似，只是滤波元件的取值和体积较大。输出滤波由于工作在低压大电流场合，其滤波元件体积较大，当然如果工作在高频区，体积又可减小很多。2、高频开关整流器的电磁兼容性所谓电磁兼容是指各种设备在共同的电磁环境中能正常工作的共存状态。其英文缩写为EMC（ElectromagneticCompatibility）。EMC的内容很多，简单的分为骚扰（disturbance）和抗扰（immunity）。

骚扰：电子设备自身产生的噪声等干扰对外界的影响。根据噪声向外界传播的途径骚扰又可分为通过导线向外界产生的传导(conducted)骚扰和通过空间发射向外界产生的辐射(radiated)骚扰。

抗扰：能够承受一定外界的干扰而不至于发生设备自身性能下降或故障的能力。六、监控模块

监控各个模块的工作情况，协调各模块正常工作的作用。监控模块分为交流配电单元监控单元、整流模块监控单元、蓄电池组监控单元、直流配电单元监控单元、自诊断单元和通信单元六个功能单元。监控模块整流模块1整流模块21传数据监控模块整流模块1整流模块21传回的数据告警参数的设定直流高压告警电压设定直流过压停机电压设定直流低压告警电压设定交流高压告警电压设定交流低压告警电压设定蓄电池组温度过高告警设定整流模块功能的设定均充功能设定限流模式设定市电中断均充参数设定设定充电状态浮充、均充电压设定电池功能的设定电池容量设定温度补偿功能设定电池测试功能设定低压脱离参数设定整流模块输出限流值设定：比如设为110％整流模块输出额定电流。表示当整流模块输出电流到达该值后，将不再增加电流（进入稳流状态），起到保护整流模块的作用。蓄电池组充电限流值设定：比如设为额定容量10(A)，表示当对电池的充电电流到达该值后，电流将不再上升，起到保护蓄电池组的作用。限流模式设定市电中断均充参数设定（复电转均充）当发生交流输入中断后，由蓄电池组向负载供电，监控单元同时开始累计蓄电池放电容量，以决定交流复电后是否向蓄电池实行较高电压的均充（快速补充电池能量）。如果累计蓄电池放电容量大于设定值，则在交流复电后转入均充。均充结束条件

1、均充充电电流小于事先设定值；2、均充时间达到事先设定值；3、蓄电池组表面温度过高。只要满足条件之一，结束均充返回浮状态。充电完成否是均衡充电否是充电电流≦10%10小時放电率继续均充1小时否累计最大不超过24小时是是充放电容量计算复电放电＞20%容量否是供电机开机市电中断1~24小时周期记时否浮充充电周期均充1~12月要不要否温度补偿功能设定设定温度补偿功能：开启/关闭。如果温度补偿功能设为开启，则应进一步设定温度补偿参数。在同一浮充电压下，浮充电流随温度升高而增大。通常浮充电压是指环境25℃而言，所以当环境温度变化时，为使浮充电流保持不变，需按温度系数进行补偿，即调整浮充电压。若进行温度换算可得出：环境温度自25℃升或降1℃，每个电池端压随之减或增3～4mV方可保持浮充电流不变。不同厂家电池的温度补偿系数不一样。低压脱离参数设定设定低压脱离参数：低压脱离动作电压、低压脱离复位电压。比如分别设为44V、47V，表示当系统电压下降到44V时，蓄电池组自动与系统脱离，当系统电压回升到47V时，蓄电池组自动与系统连接（即低压脱离复位）。之所以复位电压高于脱离动作电压的原因主要是防止低压脱离装置频繁动作。整流模块的移出整流模块移出后,暴露在机柜内部的通电直流电压汇流排,应注意安全,避免以手或工具碰触。(1)首先将欲移出整流模块从监控模块切离;(2)将欲移出整流模块的交流输入断路器(在整流模块面板的左方)向下搬切至OFF。(3)再将直流输出断路器(在整流模块面板的右方)向下搬切至OFF。(4)将锁住整流模块的四颗螺丝慢慢旋出。(5)以二人分别抓住整流模块左、右把手慢慢拉出,再用另一只手托住整流模块的后半截,然后完全抽离机柜。整流模块的替换（1）整流模块在装上或卸下之前,应先将其输入断路器和输出断路器断开，向下搬切至OFF。（2）将此台整流模块的交流输入断路器向上搬至ON，直流输出断路器向下搬切至OFF。（不要冒然将直流输出断路器接通,否则可能因此台整流模块参数设定与目前使用中的系统不相同,而造成系统异常

）（3）确定整流模块缓起动完成

，查核或重新设定替换整流模块

，查核并设定该台整流模块适当地址。（4）将直流输出断路器向上搬，切至ON。与其它整流模块比较,确认电流分荷是否均匀(在输出平均电流的±5A误差内)（5）一切正常,再将此替换整流模块切入监控模块的监控，将该台的开关状态由"OFF"改为"ON"。七、开关电源的选型高频开关系统由交流配电单元、整流模块、直流配电单元和监控模块组成开关电源系统；交流配电单元负责将输入三相交流电分配给多个整流模块；整流模块完成将交流转换成符合通信要求的直流电；直流配电单元负责将蓄电池组接入系统与整流模块输出并联，再将一路不间断的直流电分成多路分配给各种容量的直流通信负载；监控单元是整个开关电源系统的“总指挥”，起着监控各个模块的工作情况，协调各模块正常工作的作用。通信电源系统介绍直流输出汇流排的连接开关电源系统示意图交流配电单元交流配电单元的功能：两路交流电引入交流电监测负载监测雷击保护

事故照明2、整流模块

均流功能：多个整流模块并联工作，需合理分配负载电流。选择性过电压停机功能：其中某个整流模块出现输出高压时，该模块能正常退出而不影响其它模块的工作直流配电单元直流配电单元的功能：蓄电池组的接入各电压电流的监测熔丝故障告警直流电源的分配4、蓄电池组电源设备配置低压配电设备中配电柜的变压器输入总开关及母线应该按照远期负荷配置；配电柜数量可按满足近期负荷并考虑一定发展负荷的需要配置。开关电源容量配置开关电源的总容量：应按负荷电流与电池充电电流之和确定，电池充电电流按10小时率充电电流即蓄电池总容量xxxAH/10小时即可；开关电源的模块数应按N＋1冗余方式配置,N小于10，1只模块备用，当N大于10时，每10只备用1只。直流配电屏容量配置按照机房近期负荷容量和分路需要并考虑一定的预留确定配置。当设备发生故障后，需进行维修。系统检查维修的基本步骤为：1、首先查看系统有无声光告警指示。2、再看具体故障现象或告警信息提示。3、根据故障现象或告警信息，对本开关电源作出正确的分析及形成处理故障的检修方法，即可完成故障检修。八、故障处理与维护

故障处理及报告1、应建立请示汇报制度，遇有下列情况，应及时向主管部门请示汇报：（1）发生重大故障。（2）危及设备和人身安全的问题。（3）超出本职范围而又需要解决的问题。2、请示汇报的内容要准确、清楚，并提出处理意见和解决办法。交流输入异常告警1、交流停电告警排除(1)整流模块全部停机,监控模块由电池供电,注意蓄电池放电电流,并启动备用发电机。(2)停机后复电,注意电池充电电流,必要时降低电流抑制以限制充电电流在安全范围内。2、交流高压/低压故障排除(1)检视交流配电屏电压指针表头,是否超过设定值。如指针表头电压指示正常(在规格订定的范围内),则令系统继续运转,并通知维修人员处理。(2)若电压确实超过设定值,则关掉交流电源,待电网恢复正常再行开机。输出电压告警1、输出低电压告警发生时,应注意蓄电池的放电情形以免蓄电池因过度放电而损毁。2、通知维修人员处理。熔丝熔断告警

注意:熔断器熔断后应查明原因,不可盲目的更换新熔断器。所更换的熔断器应与原来熔断器的规格相同。熔丝熔断故障排除1、检查该分路负载是否过大或短路,并设法降低至该容量范围内。2、首先将该路负载的开关切断,再更换相同规格的熔丝。3、依序接通该路负载开关,如再次熔断则通知维修人员处理。注意:更换熔丝前,须将该分路负载切离,待熔丝更换后再行接上负载,否则熔丝接点容易损坏。温度异常告警

1、蓄电池过温故障排除（1）确认是否环境温度太高。（2）检视充电电流,若充电电流太大,则由均充改为浮充,并监看充电电流是否变小。（3）充电电流仍过大,则调整电流抑制使充电电流减少。（4）通知维修人员处理。2、环境温度过高故障排除（1）检视是否环境温度太高,若是请改善环境空调,关掉AC输入电源,待环境温度回至规格范围内再行开机。（2）若有任何异常状况或告警,立即通知维修人员处理。例：整流模块间均流不正常故障现象：模块与模块之间输出电流不均衡，不均流度大于5%。或某一模块总是偏大或偏小。检修方法机房通信电源设备故障定义故障等级故障现象重大

直流配电部分异常，导致部分或全部负载断电全部或大部分整流模块停止工作，导致电池放电监控模块损坏或监控模块误控制，造成全部整流模块无输出系统电池熔丝熔断系统输出过压机房通信电源设备故障定义故障等级故障现象严重

小部分整流模块无输出，电池未放电监控模块停止工作，未造成整流模块停机监控模块与整流模块、交直流配电通讯全部中断系统均充不能自动转浮充对蓄电池充电限流失败（不限流）系统后备电池故障量较大或后备电池容量严重下降到额定容量的60％以下机房通信电源设备故障定义故障等级故障现象一般整流模块风扇故障整流模块与监控模块通讯中断整流模块或监控模块无显示或显示异常系统不均流系统后备电池部分故障，对整组放电影响不大的直流屏与监控模块通讯中断其他不影响直流系统正常供电的电源主要告警举例输出熔断器故障相应的负载掉电，可作为重要告警电池欠压电池放电即将终止，应为紧急告警输出过压保护一般为模块故障，可作为重要告警模块通信中断某一个模块与监控模块不能通信，可作为一般告警模块不均流一般不告警交流通信中断交流单元与监控模块通信中断，与模块通信中断类似防雷器故障防雷器失效或防雷空开跳闸，可作为一般告警电源通信中断监控模块与集中监控系统通信中断，如果集中监控了蓄电池，则可根据蓄电池的电压来判断电源工作情况。一般也作为一般告警。电力值班巡视内容与要求

电力值班巡视应定时、定线，发现故障和事故隐患应及时汇报，对有把握处理的事件当场开始实施处理，使整个设备系统处于安全、可靠、经济的运行状态。1、巡视时间：要求每隔2小时巡视一遍；每次设备操作检修后需巡视一遍。2、巡视内容：开关电源-输出电压应在53.8～54.2V之间，面板无告警，电流应与上次巡视时基本一致，若有10A左右的变化应及时报告核实。风扇运转正常。整流模块电流均分5A以内。输入电流三相平衡。要求无异声、异味、异动、异色。开关电源设备周期性维护及检测1检测项目周期检测步骤检查系统告警功能月模拟交流停电、直流熔断等，系统应准确告警检查系统显示功能月监控和整流模块的电压、电流显示误差应分别小于0.2V和0.5A检查系统直流输出保护功能月测试LVDS应动作正常检查系统内部通信功能月各模块间通信正常，同一模块无多次通信中断告警检查系统参数设置月系统所有参数设置正常，无漂移现象检查系统接地保护月直流工作接地、保护接地连接无松动测量直流熔丝和节点温升月温升<50℃检查继电器、断路器是否正常月器件动作可靠、稳定，接触点温升<55℃检查散热风扇是否正常月风扇运转正常、无卡滞，滤网无积灰开关电源设备周期性维护及检测2检测项目周期检测步骤检查系统内部连接和布线月插件和电缆连接、固定良好，无挤压变形、发热和老化检查系统防雷保护月避雷器工作正常，接线连接紧固清洁设备月设备表面和内部无明显积灰检查接线端子的接触是否良好季进行紧固检查开关、接触器件接触是否良好季用红外测温仪测量温差，进行分析测量直流杂音电压年采用电信局直流电源的进行测量。用杂音测试仪试验系统软启动性能年配合蓄电池容量试验进行，观察电压上升率讨论题（1）1、高频开关整流器的特点有哪些？2、高频开关整流器的各种技术也在不断改进和完善之中，你所了解的目前国内外在这个领域的研究动态是怎样的？3、请画出高频开关整流器方框图，并说明主电路各部分的作用？4、什么是软开关技术？采用软开关技术的目的是什么？5、时间比例控制的含义是什么？具体方式有哪几种？6、写出全功率因数PF应定义公式，说明高频开关整流器采用功率因素校准电路的原因和功率因素校准电路的基本思想。讨论题（2）7、高频开关整流器中主要的滤波电路有哪些？它们的作用和大致位置在哪里？8、什么是电磁兼容性？开关整流器的电磁兼容性内容主要可归纳为哪些？9、开关电源系统由那几种模块单元组成？10、监控单元操作菜单中有关电池智能管理的设定有哪些？11、描述市电中断之后开关电源系统对蓄电池均充的策略。12、蓄电池低压脱离功能有什么作用？UPS内容提要在线式UPS原理UPS的性能指标UPS的运行方式UPS系统的设计UPS的维护保养功能：备用电源电力净化分类：后备式：结构简单，体积小，成本低，但输入电压范围窄，市电正常时无净化电网污染功能，输出电压稳定精度差。

在线互动式：有较宽的输入电压范围，噪音低，体积小等特点，市电正常时基本无净化电网污染功能。在线式：有较宽的输入电压范围，市电停来电无切换时间，且输出电压稳定精度高，特别适合对电源要求较高的场合，但是成本较高。UPS交流不间断电源系统在线式UPS原理常见的中大功率单机UPS系统主功率电路一般由5部分构成：(1)整流器(REC)：（2）逆变器(INV)：（3）旁路/逆变切换电路(静态开关)（4）电池及接入电路（5）维修旁路：在线式UPS简图市电经过整流、逆变，产生二次再生能源向负载供电。UPS工作正常时，负载100%由逆变器供电。因为逆变器输出是可控、稳定、无市电干扰、纯净的电源，这正是负载所需要的。整流器逆变器旁路电池Powerware9315200-250KVA9315200-400

系统图输出采用双隔离变压器(逆变器输出和旁路输出)，给负载提供最佳的局部电网，UPS输出的火线和零线均与外电网完全隔离。彻底杜绝外电网干扰对负载的影响。

UPS输出的零线是由输出隔离变压器独立产生的，零线直接与保护地或数据地短接，将负载零-地电压降低到最低水平(<0.6V)。降低背景噪声，大大减少数据信号传输的误码率，提高数据传输速率。UninterruptiblePowerSystemSystemNormalAlarm:NoneNotice:None15FEB199512:00:00MetersSystemLoadAmpsBatteryPercentCharge100%Meters

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StatisticsGraphicsSetUpEventHistoryLogOCT0515:15:00.0Command:ModeSwitchtoManualBypass0515:15:00.1Status-OnManualBypass0517:45:00.1Command-ModeSwitchtoNormal0517:45:05.1Command-StartSwitch0517:45:55.1Status-SystemNormalDEC2011:30:00.0Command:ModeSwitchtoManualBypass2011:30:00.1Status-OnManualBypass2013:45:00.1Command-ModeSwitchtoNormal2013:45:05.1Command-StartSwitch2013:45:55.1Status-SystemNormalDate/TimeEventDescriptionUPS的性能指标输入特性输出特性保护性能UPS的输入特性

1．输入电压范围指保证UPS不转入电池逆变供电的市电电压范围。输入电压范围越宽，UPS电池放电的可能性减小，这有益于电池使用寿命的延长。目前UPS输入电压范围一般为（－15％～＋10％）Ue之间。2．输入电流谐波UPS的整流模块一般采用12脉冲可控硅三相桥式整流。根据YD/T1095-2000的规定，UPS的输入电流谐波分量应该小于25％（3～39次THD-F％）。输入特性3．频率输入范围输入频率范围指能自动跟踪市电、保持输出电压与输入电压同步的频率范围。UPS的输入频率范围一般为50±5%Hz，YD/T1095-2000规定UPS的输入频率范围为50±4%Hz。4．频率跟踪速率频率跟踪速率是指UPS在一秒钟内能够完成的输出频率变化范围。频率跟踪速度可以表征UPS对输入频率变化的适应能力，YD/T1095-2000要求UPS的频率跟踪速率为≤1Hz／S。5.输入功率因数输入功率因数是指UPS输入端的功率因数。。一般UPS的输入功率因素在0.8～0.5之间，如果UPS内加装了PFC电路，则可以将UPS的输入功率因数提高到0.9～0.95左右。输出特性1．输出电压波形失真度输出电压失真度是指UPS输出波形中谐波分量所占的比率。YD/T1095-2000要求一类UPS的输出电压波形失真度≤2％，二类UPS的输出电压失真度≤3％，三类UPS的输出电压失真度≤5％。2．输出电压稳压精度输出电压稳定度指UPS输出电压的波动范围。YD/T1095-2000要求一类UPS的输出电压稳压精度≤±1％，二类UPS的输出电压稳压精度≤±3％，三类UPS的输出电压稳压精度≤±5％。3．输出功率因数输出功率因数指UPS输出端的功率因数。通常UPS的输出功率因数为0.8。输出特性4．输出电流峰值因数输出电流峰值因数指UPS输出所能达到的峰值电流与平均电流之比。一般峰值因数越高，UPS所能承受的负载冲击电流越大。YD/T1095-2000要求UPS的输出电流峰值因数不小于3:1。5．三相不平衡能力三相不平衡能力对于三进三出的UPS来说，若出现三相的每一相电流不一致，就会造成输出电压的不平衡。6．市电和电池模式切换时间YD/T1095-2000要求一类UPS的输出切换时间为零；其他UPS的输出切换时间≤4S。输出特性7．逆变和旁路模式切换时间当UPS出现逆变故障或出现输出过载时，UPS将从逆变输出模式转换到旁路输出模式。为保证负载设备的不间断供电，同样对UPS的逆变和旁路模式的切换时间有严格的要求。YD/T1095-2000要求一类UPS的逆变旁路模式切换时间1S；其他UPS的输出切换时间≤4S。8．UPS输出效率UPS的输出效率是指UPS的输出有功功率（包括UPS电池的充电功率）与UPS的输入有功功率之比。YD/T1095-2000规定正常工作模式下，UPS带额定输出功率，要求10KVA以上功率的UPS其输出效率需≥90％，不大于10KVA的UPS要求其输出效率≥80％。UPS的输出效率越高，表示UPS的内部损耗越小，反之则表示UPS本身功耗大，器件老化速度较快，增大机房的空调负荷。此外输出效率低有可能使电池供电时间变短，

保护性能1．输入保护特性UPS的输入保护性能主要指交流输入过压/欠压保护，输入频率过高／过低保护等等。2．输出过压／欠压保护特性输出过压／欠压保护是指当UPS逆变单元出现故障时，UPS的输出电压超出允许的范围而产生的保护动作。3．输出过载／短路保护输出过载保护是指当UPS输出回路中出现短路故障或长时间出现过载现象，为了保护UPS的自身安全，通过控制电路将UPS切换到旁路工作模式的保护动作。YD/T1095-2000标准要求在出现25%过载时，一类UPS需要在线工作10min，二类UPS需在线工作1min，三类UPS需在线工作30S。此外，UPS还有整流输入过流保护，引起整流输入过流的原因除了UPS输出过载甚至输出短路等原因以外，UPS的直流滤波电容短路、电池短路、逆变器故障等等原因都有可能引起输入过流现象。保护性能4．电池低压保护5．UPS的其他保护性能除了上述保护性能以外，UPS为了保证自身系统的安全工作，另有许多的故障监测点和相应的告警信息，如器件高温告警、风扇故障告警、熔丝熔断告警、整流模块故障告警、逆变模块故障告警等等，这里不再详述，有兴趣的读者可以参阅相应的UPS维护手册和故障说明书。过载能力UPS逆变器具有极强的抗输出过载能力125%负载，10分钟;150％负载，10秒;300％负载，300毫秒1000%负载，200毫秒(旁路)

例：爱克赛UPS技术参数UPS的运行方式

UPS单机运行模式

多机备份工作方式

1．UPS单机运行模式正常工作模式（市电逆变）电池工作模式自动旁路模式维修旁路模式经济运行（ECO）模式a．正常工作模式（市电逆变）在主路市电输入正常时，UPS整流模块将市电输入整流、滤波后输出直流电压，供逆变器工作的同时为蓄电池提供充电电流。逆变器将直流电源转换成稳压、稳频的交流电源输出给负载工作。b．电池工作模式（电池逆变）

当主路市电异常时，UPS系统自动地、不间断地切换到电池工作模式,由电池提供直流电流通过逆变器输出交流电源。当市电恢复后整流模块恢复工作，UPS系统自动恢复到正常工作模式。c．自动旁路模式

自动旁路模式是指在逆变器过载并且超过延时保护时间，或者逆变器受大负载冲击等情况下系统自动地、不间断地切换到静态旁路电源并向负载供电的一种工作模式。待输出过载消除后系统自动恢复正常供电方式。

当用户关机、主路市电异常且电池储能耗尽或发生严重故障等情况下逆变器关闭，UPS系统会切换并停留在自动旁路工作模式，恢复到正常工作模式需要用户重新开机。d．维修旁路模式

对UPS系统及电池进行全面检修或设备故障维修时，可以通过闭合维护开关Q3BP将负载转向维修旁路直接供电，从而将UPS系统从供电回路中脱离。

e．经济运行模式（ECO）

该工作模式只能通过专业人员进行设置且仅适用于单机工作方式。

2．多机备份工作方式主从串联热备份直接并机型冗余供电方式双母线供电a.主从串联热备份

主机和从机的主输入均采用市电，从机的输出作为主机的旁路输入。正常情况下，主机处于正常在线工作模式，负载电流由主机的整流、逆变承担，从机同样处于在线工作模式，但没有电流输出。当主机逆变出现故障，主机自动切换到旁路工作模式，通过从机的输出和主机的旁路电路为负载提供不间断电源，负载电流由从机的整流和逆变单元承担。优点：价格便宜、安装方式简单、可靠性高；缺点：主机和从机的老化速度不同、从机电池寿命缩短、抗阶跃负载的能力较弱、没有扩容空间等。为改善主从机的老化速度不一致的问题，可以人为的将主机定期切换到旁路工作模式。b.直接并机型冗余供电方式

用户应尽量地选用最可靠的“1＋1”型或“2＋1”型UPS冗余供电系统。

优点：多台UPS平均分摊负载、冗余备份可靠性高。缺点：控制电路复杂、成本高。c.双母线供电

UPS系统的设计基本原则

后备电池容量的计算

基本原则1．负荷容量的估算

不建议采用分步建设的形式构建UPS系统。2．工作模式的选择

可以灵活的选择1＋1冗余并机运行模式或者选用N+1冗余并机模式，但是尽量不要选用串联并机模式。3．系统容量的选择大容量UPS设备的可靠性和稳定性均优于中小容量的UPS产品，但是一套UPS系统容量过大，也会带来许多风险。（故障影响面；后备电池过大；）

后备电池容量的计算

如果容量配置过大，由于UPS总容量有限，容易造成充电电流过小、池充电时间过长，从而影响电池寿命；如果蓄电池组容量过小，则不能保证停电时UPS的正常工作时间。

式中，：蓄电池组容量，单位：Ah；：UPS容量，单位：VA；：负载功率因数； ：UPS后备工作时间，单位：h； ：单节蓄电池电压，单位：V； ：UPS直流电压，单位：V；：蓄电池数量； ：UPS整机效率；：蓄电池放电容量系数，见下表放电时间t（h）0.51234567810容量系数K0.50.550.610.750.790.830.880.920.941.00举例例已知UPS系统采用1＋1并机，负载为300KVA，PF＝0.8。电池采用UPS专用电池12V*35只，要求后备时间为1H，UPS逆变效率0.95，请进行UPS和电池容量的选择。答