UPS基础原理培训材料课件

UPS基础技术知识培训一．UPS的定义和作用二．UPS的基本原理三．工频机与高频机四、UPS主要技术指标说明五、单相机与三相机对比一、UPS的定义和作用UPS，是英语“UninterruptiblePowerSupply”的缩写不间断电源，是由电池组、逆变器和控制电路组成的，能在电网停电时提供不间断交流电力的电源设备。基本功能：1、电网正常时，市电通过UPS稳压后供应给负载，同时对电池充电，贮存后备能量。2、电网异常时（欠压、过压、掉电、干扰等），UPS将电池组的直流电转换成交流电维持对负载供电。3、UPS在电网供电和电池供电之间自动转换，确保不间断的供电。二、UPS的基本原理UPS系统组成（在线式）输入端口EMI滤波整流器逆变器旁路充电器蓄电池显示界面通讯接口控制电路输出端口电池柜输入输出在线式UPS工作原理市电正常在线式UPS工作原理市电恢复在线式UPS工作原理旁路逆变器过温过载故障在线式UPS的特点UPS一直处于逆变器供电状态，输出波形好，输出稳定度高（≤±3%），动态响应好，不受市电波动及干扰的影响；市电与电池两种供电状态转换无切换时间；结构较后备式和在线互动式复杂，成本也高；功率容量2KVA以上；可以扩展采用串联或并联热备份方式提高系统可靠性输入工频变压器输出工频变压器3K工频机3K高频机高频电感、变压器工频机与高频机的最大区别就是有工频输出变压器和输入变压器，而高频机则用体积很小的高频电感或高频变压器认识区别－内部3K工频机逆变器采用的IGBT模块3K高频机逆变器采用的IGBT单管认识区别－电路工频输出隔离变压器，抗冲击，低零地电压功率器件一般采用IGBT模块直流母线电压一般在200VDC左右，器件应力小电池直接接到直流母线，不必升压传统的整流电路，简单可靠工频机电路简单可靠，体积相对较大，成本较高传统工频在线式电路：优势对比工频机优势：优点：A、输出稳定度好，1%精度。B、电网的适应性强，范围可达±25%。C、输入输出带工频变压器：输入工频变压器可以很好的抗市电冲击和波动，市电适应范围宽，发电机的适应性大大优于高频机，输出工频变压器可以抗负载冲击，当逆变器击穿时，可以保护负载安全。D、功率级采用IGBT模块；功率富余量很大，输出功率因数一般在0.8以上，工作可靠性加强、技术成熟，可靠性好，也有利于防潮绝缘。E、维护方便、维修成本低：简单可靠，线路经典成熟：几十年的传统电路，已经非常成熟可靠，电池不在此升压，电路简单，元器件数目较少，故障点少，维护速度快优势对比工频机缺点：A、成本相对较高；采用工频变压器（铜、硅钢），大功率IGBT模块，价格高B、总体体积、重量比高频化的略大；工频变压器的体积的重量相对高频机要大很多优势对比高频机优势成本低：取消价格昂贵的工频变压器，采用IGBT单管体积小、重量轻：采用高频电感、高频变压器的体积、重量相对工频小很多市电输入带PFC校正电路，PFC一般大于0.9适用范围工频机适用于：电网不稳定需要接发电机负载冲击较大，有感性负载高频机适用于：电网稳定，不接发电机负载稳定，一般只限于计算机负载预算紧张时

四、UPS主要技术指标说明

输入输出功率因数逆变输出波形谐波失真切换时间过载能力效率电磁兼容性（EMC）什么是功率因数？

(1)最基本回答：拿设备作举例。例如：设备功率为100个单位，也就是说，有100个单位的功率输送到设备中。然而，因大部分电器系统存在固有的无功损耗，只能使用70个单位的功率。很不幸，虽然仅仅使用70个单位，却要付100个单位的费用。在这个例子中，功率因数是0.7(如果大部分设备的功率因数小于0.9时，将被罚款)，这种无功损耗主要存在于电机设备中(如鼓风机、抽水机、压缩机等)，又叫感性负载。功率因数是马达效能的计量标准。基本回答：每种电机系统均消耗两大功率，分别是真正的有用功(叫千瓦)及电抗性的无用功。功率因数是有用功与总功率间的比率。功率因数越高，有用功与总功率间的比率便越高，系统运行则更有效率。所谓功率因数，是指任意二端网络（与外界有二个接点的电路）两端电压U与其中电流I之间的位相差的余弦。在二端网络中消耗的功率是指平均功率，也称为有功功率，它等于:

P=UIcosΦ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，简单的理解就是利用市电的能力水平。提高此项指标不仅可以降低线路损耗、节约电能、消除火灾隐患，还可以减少对市电的谐波污染，提高市电的供电质量，获得较大的经济效益及社会效益。提高输入功率因数的方法由无源功率因数校正技术发展到有源功率因数校正技术。没有采用校正技术的输入功率因数很低，最理想的输入功率因数是1。对于电源系统来说，没有固定的输出功率因数，所谓的电源输出功率因数事实上是指用电负载的输入功率因数，或是一组负载所获得的合成功率因数;而负载的输入功率因数一旦在产品制造出来以后，便是相对固定的，或是随负载运行状态而变化的，例如UPS的输入功率因数在不同的负载率条件下就是一个变化的量值，而额定标度是指100%负载率下的输入功率因数值。

对于UPS来说，由于它具有双重的身份，面对前级供电的变压器、发电机等，它是这些电源的负载，因此其输入功率因数是需要标度的;但当它面对用电负载时，它又是供电的电源，与其它交流电源系统是相同的，即没有固定的输出功率因数;当它为不同类型的负载供电时，所输出的表观功率(kVA)和有功功率(kW)是随着负载的用电需求而变化的。因此在国家标准中并没有UPS“输出功率因数”一词的定义。有一种错误的解读，认为"UPS的输出功率因数越高越好"。事实上，负载(输入)功率因数越低，则UPS带非线性负载的能力就越强，若UPS的输出能力能够做到从超前的-0.0到滞后的+0.0，那么这台UPS就可以带任何性质的负载了，因为-0.0一+0.0的功率因数包括了功率因数从0一1之间的任何性质的负载，但这样的UPS其成本必然会很高，缺乏实际的应用市场。所以UPS的输出能力只要能够满足所供电的负载阻抗特性和容量即可，而无需一味地追求高功率因数。谐波失真（THD）指原有频率的各种倍频的有害干扰。放大1kHZ的频率信号时会产生2kHZ的2次谐波和3kHZ及许多更高次的谐波，理论上此数值越小，失真度越低。

由于放大器不够理想，输出的信号除了包含放大了的输入成分之外，还新添了一些原信号的2倍、3倍、4倍……甚至更高倍的频率成分（谐波），致使输出波形走样。这种因谐波引起的失真叫做谐波失真。电磁兼容性electromagneticcompatibility(EMC)

设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力．（GB/T4365-1995中1.7)

电磁兼容性包括两方面：EMI(电磁干扰)，EMS(电磁耐受)两方面。

其中EMI包括：CE（传导干扰），RE（辐射干扰），PT(干扰功率测试)等等

EMS包括：ESD(静电放电），RS（辐射耐受），EFT/B(快速脉冲耐受)，surge（雷击），CS（传导耐受）等等以上的各种试验都要由专门的实验室进行测试。是电子类商品进入市场前要取得认证的必要条件。中国这样的实验室很多，我司就有这样一个专门的实验室。

三进单出与三进三出利弊比较特点比较1).单相输入机型工程安装时配电线路布线较简单（单相三线），使用也比较灵活，可以适应较多场合。不利的是，如果功率较大，会造成配电变压器的不平衡，降低变压器效率，所以一般适用于20KVA以下的UPS。10KVA的负载容量对大多数的配电变压器影响不大。2).三相输入机型为使配电变压器平衡供电，20KVA以上的UPS多数采用三相输入方式。但三相输入配电线路较复杂（三相五线），安装有一定难度，如相序问题、电气安全（380V）等。3).三相输出问题对于三相输出UPS，其布线同样复杂（三相五线），尽管多数UPS都能三相完全不平衡带载，但三相不平衡会造成UPS零线电流升高及输出零地电压上升，对于网络通讯、计算机设备明显不利，所以三相供电仍须考虑平衡带载，这就提高了设备管理的难度。而且三相电火线对火线电压380V或更高，如果接线错误，对于普通用电设备（额定电压220V）及人身安全都是很不利的，所以三相电一般需要熟练的电工来操作，但国内许多用户单位明显达不到这点要求。对于三相输出UPS，其每一相的带载能力为总功率容量的1/3，例如30KVA每相可带10KVA，如果其中任一相发生过载现象，不管其它二相是否带载，必将导致系统的过载保护，从这一角度讲，三相输出UPS的容量利用率是比较低的。4).单相输出问题单相输出UPS，其布线较为简单，如果是三进单出型UPS，可以不考虑负载平衡问题。而且其功率容量利用率较三相输出UPS要高。三进单出UPS，其旁路输出同样是单相，旁路时，所有负载将加到其中的一相输入上。