第7章UPS和蓄电池《城轨控制电源设备维护》教学课件

《城轨控制电源设备维护》✩精品课件合集城轨控制电源设备维护第一章信号设备的供电概况第二章变压器第三章交流稳压器第四章低压电器第五章电机第六章开关电源第七章UPS和蓄电池第八章电磁式信号电源屏系统第九章

信号智能电源屏第十章通信电源系统概述第一节UPS概述UPS也称为不间断电源。初期的不间断电源装置是旋转型的，它是由整流器、蓄电池、直流电动机、柴（汽）油机、飞轮和发电机组成。在市电正常情况下，由市电给电动机供电，电动机带动飞轮和发电机给负载供电；当断电后，由于飞轮的惯性作用，会继续带动发电机的转子旋转，从而使发电机能持续给负载提供电源（电能-动能-电能），起到缓冲的作用，同时启动柴（汽）油机。当油机转速与发电机转速相同时，油机离合器与发电机相连，完成从市电到油机的转换。这是UPS的较早的形式。这种形式的UPS维护简单，也比较稳定，但系统庞大，操作控制不灵活，而且效率低，噪声大，电力品质不高。第一节UPS概述随着计算机网络和精密仪器的不断涌现和大量应用，旋转式UPS已难以满足人们的实际需求。同时也随着电力半导体器件的发展，特别是可控硅制造工艺的不断改进，于是便开展了对静止型不间断电源装置的研制。20世纪90年代，出现了利用绝缘栅双极晶体管制成的实用的静止型不间断电源装置。绝缘栅双极晶体管是一种由双极晶体管和功率场效应晶体管组合而成的器件，既具有功率场效应晶体管的栅极电压可控的特性和快速开关的特性，又具有双极晶体管的大电流处理能力和低饱和压降的特点，因此，用它制成的不间断电源装置具有广泛的发展前途。随着通信的发展和通信各专业的计算机化，通信用UPS的规模也在扩大，其重要性逐步提高，现在已经成为通信电源日常维护的一个重点。第一节UPS概述一、电网的干扰及危害（1）电压浪涌（2）电压尖峰（3）电压瞬变（4）噪声电压（5）过电压（6）电压跌落（7）持续低电压（8）电源中断第一节UPS概述二、UPS的功能（1）双路电源之间的无间断相互切换功能（2）隔离功能（3）电压变换功能（4）频率变换功能（5）后备功能第一节UPS概述三、UPS的分类（1）按工作原理分类如下：（2）按输入、输出方式分类如下：第一节UPS概述三、UPS的分类（3）按容量分类如下：（4）按输出波形分类如下：第一节UPS概述四、UPS电源的工作原理1.后备式UPS电源的工作原理后备式UPS单机输出容量在3kV·A以下，一般为025～1kV·A。其基本工作原理框图如图7.6所示。故逆变器仅由蓄电池供电，即市电正常时，逆变器不工作；输出没有滤波器，输出一般为方波；输出变压器在市电正常时起交流稳压器的功能，逆变时起变压器功能。图7.6后备式UPS框图第一节UPS概述四、UPS电源的工作原理2.在线式UPS电源的工作原理在线式UPS系统框图如图7.7所示。在线式UPS主要是由以下几部分组成：整流滤波电路，充电器，逆变器，输出变压器及滤波器，静态开关，充电电路，蓄电池组和控制、监测、显示、告警及保护电路，此外在新型UPS电源中还有功率因数校正电路。图7.7在线式UPS框图第一节UPS概述五、UPS电源系统的组成综上所述，UPS电源系统由七大部分组成，即输入整流滤波电路，功率因数校正电路，蓄电池组，充电电路，逆变器电路，静态开关电路，控制、监测、显示、告警及保护电路。第二节逆变器逆变器把市电整流滤波后得到的直流电或来自蓄电池的直流电，变换成频率稳定、电压稳定、波形失真小的交流电。目前在逆变器中，逆变原理普遍采用脉宽调制技术（PWM技术）及波形叠加技术，而实现这些技术的功率级电路在通信电源站应用中，主要有推挽逆变电路、全桥逆变电路和三相桥逆变电路等，均用于中小型UPS系统。第二节逆变器一、脉宽调制型全桥逆变器如图7.8所示，全桥逆变器的功率晶体管由基极驱动电路提供激励信号，VT1、VT4和VT2、VT3在分别获得激励信号后，进入轮流导通或截止状态，从而在变压器初级和次级分别产生交流电压U1和U2，经过LC滤波电路的作用使负载取得正弦电压。图7.8全桥型逆变器第二节逆变器二、正弦波逆变电路大多数情况，我们希望UPS输出50Hz正弦交流电，所以要求其逆变电路为正弦波逆变电路。逆变电路实现输出为正弦的方法很多，主要有以下3种。（1）阶梯波逆变器。（2）多脉冲调制逆变器。（3）正弦脉宽调制（SPWM）逆变器。第三节静态开关一、静态开关在不间断供电系统中，由于单台UPS的功率容量有限，因此往往采用多台UPS并联在一起供电，并采用冗余方式向负载供电，除此还有一路交流旁路作为备用电源。小功率UPS一般采用快速继电器作为切换元件，但继电器的切换时间为2～3ms，会造成瞬间供电中断，并且随着UPS功率的提高会产生继电器触点拉弧打火等现象，因此，在大功率UPS供电系统及切换过程中，常采用静态开关作为切换元件。静态开关切换性能不良，亦可造成系统供电中断。因此，静态开关是UPS的重要组件。第四节蓄电池一、UPS常用蓄电池种类根据电解液的种类一般分为碱性蓄电池和酸性蓄电池；根据密封程度分为开口蓄电池和密封蓄电池，而密封蓄电池的电解液一般为铅酸液体。在UPS实际应用中的蓄电池一般有开放型液体铅酸蓄电池、免维护蓄电池、镍镉蓄电池三种。现UPS厂家所配的蓄电池一般为免维护蓄电池，下面以免维护蓄电池为主介绍三种蓄电池的特点。1.开放型液体铅酸蓄电池2.免维护蓄电池3.镍镉蓄电池第四节蓄电池一、UPS常用蓄电池种类1.开放型液体铅酸蓄电池此类蓄电池可分为8～10年、15～20年寿命两种。由于此类蓄电池硫酸电解会产生腐蚀性气体，因此必须安装在通风并远离精密电子设备的房间，且蓄电池房应铺设防腐蚀瓷砖。由于蒸发的原因，开放型蓄电池需定期测量电解液密度，加酸加水。此蓄电池可忍受高温高压和深放电。蓄电池房应禁烟并用开放型蓄电池架。此蓄电池充电后不能运输，因而必须在现场安装后充电，初充电一般需55～90h。第四节蓄电池一、UPS常用蓄电池种类2.免维护蓄电池免维护蓄电池又名阀控式密封铅酸蓄电池，免维护蓄电池都配有安全阀，当蓄电池内部气压升高到一定程度时，安全阀可自动排除过剩气体，在内部气压恢复时安全阀会自动恢复。在使用和维护中需遵循下列原则：免维护蓄电池在低温下运行将获得长寿命但容量较低，而在高温运行则可获得较高容量但寿命较短。一般地，温度超过25C后，每升高10C蓄电池寿命将缩短一半，故推荐在20C～25C内使用。免维护蓄电池的设计浮充电压为2.3V/节，12V的蓄电池其浮充电压为13.8V。在120节蓄电池串联的情况下，温度高于25C后，温度每升高1C浮充电压应下调3mV/节；同样温度每降低1C，为避免充电不足则应将浮充电压应上调3mV/节。放电终止电压在满载（<30min）情况下为1.67V/节。在低放电率情况下（小电流长时间放电）要升高至1.7～1.8V/节，某些UPS可根据负载量调节充电电压。免维护蓄电池在到达寿命终了时表现为容量衰减、内部短路、外壳变形、极板腐蚀、开路电压降低。第四节蓄电池一、UPS常用蓄电池种类3.镍镉蓄电池与铅酸蓄电池不同，镍镉蓄电池电解时产生氢和氧而不产生腐蚀性气体，因而可安装在电子设备的旁边，且水的消耗很少，一般不需维护。镍镉蓄电池正常寿命为20～25年，且远比前面提到的蓄电池昂贵，初始安装的费用约为铅酸蓄电池的3倍。镍镉蓄电池不会因环境温度高而影响蓄电池寿命，也不会因环境温度低而影响蓄电池容量。一般每节电压为1.2V，UPS若应用此类蓄电池需设计较高的充电器电压。第四节蓄电池二、蓄电池的主要技术参数和性能指标蓄电池一般有以下几个指标：（1）正常电压。（2）容量。蓄电池的额定容量是指在25C下10h放电率的容量，放电终止电压不低于1.80V/节。在环境温度－40C～40C内，蓄电池的放电容量随温度升高而升高。一般而言，在0～25C内温度每下降1C容量也下降1%。（3）放电速率。一般用多少倍C表示放电速率，1C表示数值为额定容量的电流，如果额定容量为24Ah，则1C＝24A。有的用Cn表示额定容量是以n小时的放电速率进行放电测得的。（4）终止电压。如某蓄电池的参数为12V、24Ah/10HR，表示该蓄电池电压为12V，以10h的放电速率对蓄电池放电，到蓄电池的截止电压为10.5V时，蓄电池一共可供使用的容量为24Ah，即额定容量为24Ah。第四节蓄电池三、蓄电池的放电特性及影响因素图7.15为典型的蓄电池放电曲线，其中竖轴为蓄电池的电压，横轴为蓄电池可供使用的容量。图7.15蓄电池不同放电速率的放电曲线图第四节蓄电池四、蓄电池的充电类型一般我们说蓄电池的充电方式有浮充充电和均衡充电两种。1.浮充充电浮充充电简称浮充，是以最小的充电电流、比较低的推荐电压对电池进行长时间的连续不断地充电，以使电池始终保持满容量的充电方式。浮充运行是蓄电池的最佳运行条件，运行时电池一直处于满荷电状态，电池在此条件下运行将达到最长的使用寿命。充电电压应随环境温度作适当调整，一般温度每升高或降低1C，每只电池浮充电压将相应下降或升高，具体值因蓄电池而异。第四节蓄电池四、蓄电池的充电类型一般我们说蓄电池的充电方式有浮充充电和均衡充电两种。2.均衡充电均衡充电简称均充，是在规定的时间内，以所能容许的最大电压对电池充电以恢复电池的能量，可使串联的各个电池单元容量最大且电压一致的充电方式。对蓄电池进行均充，充电电流大小必须严格遵循产品说明书要求，否则会大大缩短蓄电池的使用寿命。第四节蓄电池五、蓄电池的使用和保养蓄电池的维护应做到运行、日常管理的周到、细致和规范性，以保证设备（包括主机设）保持良好的、可靠的运行状况，进而延长使用年限；保证直流母线经常保持合格的电压和蓄电池的放电容量；保证蓄电池运行和人员的安全。1.影响蓄电池使用寿命的因素2.蓄电池的定期保养第五节UPS操作一、UPS投入使用的操作程序（见表7.2）二、UPS退出服务的操作程序（见表7.3）三、将蓄电池重新投入服务的操作程序（见表7.4）四、故障处理程序（