UPS基础知识.docx
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UPS基础知识
UPS基础知识
UPS的基本概念:
电源中的干扰
UPS的定义
UPS的基本功能
基本电路和组成:
整流器电池逆变器静态开关维修旁路
基本工作方式:
后备式交互式在线式
基本工作原理:
正常运行电池运行市电恢复过载维修
提高可靠性:
热备份直接并联公共旁路并联
MGEUPS发展史:
分立元件数模电路集成电路
SCRGTRIGBT
LED数码管LCDGraphic
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。
。
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。
。
。
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。
有时人们叫它“不停电电源”,这种说法从专业上来说是不确切的。
因为电源是能够提供电能、实现将其它能量转换成电能的装置。
UPS不能依靠能量的转换来提供电能,因此从严格意义上讲,UPS不是一种电源。
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。
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,也就是说它们从电网提取电流的波形与电压波形不一致。
这样无疑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、银行等等和一些重要的用电设备:
如计算机、通讯设备等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、波形准确完好,不能受到电网的任何干扰,要有一个干净或净化的电源条件。
这就使负荷(用电器)与电网供电质量之间的矛盾日趋加深。
电网干扰的分类
1)
噪声(Noise):
在正弦电压波形上叠加的一些尖脉冲(毛刺);
2)
电压变化(VoltageVariation):
正弦电压的幅值过高或过低;
3)频率变化(FrequencyVariation):
正弦波的频率不是标准50Hz,
过高或过低;
4)瞬间间断(Micro-break):
正弦波的短暂不连续,一般指小于300毫秒
的间断;
5)
停电(Outage):
正弦波的长时间不连续,一般指大于300毫秒的间断;
6)谐波(Harmonics):
在50Hz电网的标准频率上叠加了50Hz整数倍或
非整数倍的成分,使正弦波形严重失真。
为了消除这些电网中的干扰,一方面是制定有关的法规来限制用电器对电网造成的扰动,例如国际电工技术委员会制定的标准IEC1000-3-2,欧洲标准EN60555-2,瑞士标准ASE3600,美国标准IEEE519以及国家标准等都对用电器给公共电网带来的干扰进行了限制;另一方面就是人们用了多年的时间来寻找解决办法,最后才创造出UPS这样的新型设备,使电网和用电器进行隔离,既避免负载对电网产生干扰,又避免电网中的干扰进入和影响负载。
下表列出了近年发展的各种防电网干扰的电力装置的功能。
由此可见只有UPS的抗电网干扰的功能最全面,性能最好,因而得到各个领域的广泛应用。
各种电气装置抗电网干扰的功能比较
隔离变压器
稳压器
电源净化器
调谐滤波器
动态机组
铁磁共振UPS
电力UPS
噪声
*
*
*
*
*
*
电压变化
*
*
*
*
*
频率变化
*
瞬间间断
*
*
*
断电
*
*
*
谐波
*
*
*
*
后备时间
无
有
UPS的主要作用
1)两路电源之间的无间断相互切换;
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干扰
阻挡在负载之前,即使负载对电网不产生干扰,又使电网中的干扰不影响负载;
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;
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;
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。
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。
UPS基本电路和组成:
1.整流器/充电器
2.逆变器
3.电池
4.静态开关
5.手动维修旁路开关
6.主电源输入开关
7.静态旁路开关
8.逆变器输出开关
9.电池电路开关
10.旁路输入隔离变
压器
11.输出隔离变压器
12.输入谐波滤波器
13.计算机通讯接口
14.调制解调器接口
15.输入配电柜和保护
开关
16.输出配电柜和保护
开关
基本工作方式
1.被动的后备方式
(离线式):
--正常情况下由市电通过滤波器直接供
电,逆变器运行在Passivestandby,
充电器给电池组充电;
--市电超限时由电池通过逆变器供电,
切换时间小于10毫秒;
--市电恢复正常后,负载切换回市电供
电,切换时间小于10毫秒。
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。
\
基本工作方式
2.线路互动式:
--正常情况下市电通过静态开关向负
载供电,并通过逆变器向电池组
充电;
--市电超限时电池通过逆变器向负载
供电,由于使用静态开关切换没
有间断;
--市电恢复正常时,负载切换回由市
电供电;
--当UPS故障时,负载由旁路供电。
应用:
小于10KVA,非关键性
的负载。
优点:
结构简单,价格低廉。
缺点:
不能稳频,动态特性差。
基本工作方式
3.双转换式(在线式):
--正常情况下由市电通过整流器-逆
变器向负载供电,整流器同时向
电池充电;
--市电超限时,电池通过逆变器向
负载供电;
--市电恢复后仍由整流器-逆变器向
负载供电。
应用:
所有类型的负载。
优点:
稳压稳频,切换无间断。
缺点:
价格较贵。
基本工作原理
1.正常运行:
整流器将主电源输入的交流电整流为直流电,一方面为电池充电,一方面通过逆变器将直流电逆变为交流向负载输出,负载得到的交流电是经过稳压稳频的;
基本工作原理
2.电池运行:
当市电停电或超限时,整流器自动停止,由电池向逆变器和负载供电,直到电池放电结束或市电恢复正常。
当市电正常后,整流器以恒流-恒压方式充电24小时,然后转为浮充电。
基本工作原理
3.过载/逆变器停机:
当逆变器停止时,负载转为由旁路电源输入经静态旁路开关供电。
当逆变器过载时,经一定的过载时间后,负载转为由静态旁路开关供电,当过载消失后,负载可自动切换到逆变器供电;如果过载不消失,经一定的过载时间后,静态开关停止供电。
基本工作原理
4.维修状态:
手动维修旁路为UPS检修时提供向负载的供电。
断开整流器-逆变器-静态开关的输入-输出开关及电池开关QF1,即可对UPS和电池进行维护和检修。
提高可靠性
1.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。
提高可靠性
2.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;主机到备机的切换无间断。
优点:
可靠性最高;连接简单。
缺点:
不能增容;过载能力不能增
大。
提高可靠性
3.直接并联式:
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;或
--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。
UPS的发展与演变
■UPS由早期电动机/发电机组成的动态机组发展到以半导体变流技
术为基础的静态UPS。
■UPS的控制技术由早期的分立元件发展到数字集成电路、微处理器
控制电路、到现在的16位微处理器控制电路。
■UPS的功率器件由早期的可控硅(SCR)逆变器发展到电力晶体管(GTR)逆变器、到现在为绝缘门极晶体管(IGBT)。
■UPS的整流器基本采用SCR桥式整流,个别UPS厂家已试验采用IGBT,或采用SCR+IGBT混合的含功率因数校正功能的整流器,容量小于30KVA,例如梅兰日兰的GALAXY3000型UPS。
梅兰日兰静态不间断电源的发展历史
时间
型号
输入/输出
容量
功率
器件
控制
人机对话
备注
62年
OMP/MAR/OGP
1/1
20KVA
SCR
分立元件
72年
MG20,30,60
1/1,3/1
60kVA以下
SCR
分立元件
80年
Alpes50
3/1
20kVA以下
SCR
分立元件
82年
Alpes100
3/1
20kVA以下
SCR
模拟/数字
82年
Alpes400
3/3
20kVA以下
SCR
模拟/数字
82年
Alpes4000
3/3
30-600kVA
SCR
数字集成电路
数字显示
可6台并机
84年
Alpes1000
3/1
30-60kVA
SCR
数字集成电路
数字显示
可6台并机
86年
EPS2000
3/3
10-80KVA
GTR
8位微处理器
数字/文字显示
86年
Maxipac
1/1,3/1
10kVA以下
GTR
8位微处理器
数字/文字显示
89年
EPS5000
3/3
60-800KVA
SCR
8位微处理器
数字/文字显示
可6台并机
90年
Maxipac
3/1
15,20kVA
GTR
8位微处理器
数字/文字显示
91年
EPS2000
3/3
100,120kVA
GTR
8位微处理器
数字/文字显示
时间
型号
输入/输出
容量
功率
器件
控制
人机对话
(智能型)
备注
92年
Galaxy
3/3
40-300kVA
GTR
16位微处理器
数字/文字显示
可6台并机
93年
Comet
1/1,3/1,3/3
5-30kVA
IGBT
16位微处理器
代码显示
93年
PulsarEX
1/1
5Kva以下
IGBT
16位微处理器
代码显示
95年
Galaxy
3/3
40-800Kva
IGBT
16位微处理器
数字/文字显示
可直接并联
96年
GalaxyPW
3/3
20-120Kva
IGBT
16位微处理器
数字/中文显示
直接并4台
98年
Galaxy1000PW
3/1
30-80KVA
IGBT
16位微处理器
数字/中文显示
直接并4台
99年
PulsarLSX
1/1
1-5KVA
IGBT
16位微处理器
数字/文字显示
2000年
Extreme
1/1
1-12KVA
IGBT
16位微处理器
代码显示
2000年
Galaxy3000
3/3
10-30KVA
IGBT
SIIM
16位微处理器
数字/中文显示
直接并4台
2000年
GalaxyPW
3/3
160-200KVA
IGBT
16位微处理器
数字/中文显示
直接并4台
由此可见,梅兰日兰每两到三年,即推出一个新产品;每五到六年,即更新一代同容量的产品。
所以梅兰日兰的UPS始终保持着技术领先性能优异的特点,成为用户信赖的著名品牌。
选用UPS时应重点考虑的技术指标
1.基本技术指标:
■输入特性指标
*输入电压及范围:
380V+10%到15%
*输入频率及范围:
50Hz+5%到10%
输入范围越宽,对市电的要求越低,电池放电的机会越少,UPS受市电的影响越小。
*启动电流:
小于In(额定电流)
UPS应具有斜坡启动的功能,以便减小启动电流对电网的冲击,或造成输入开关跳闸。
斜坡启动功能见下图:
*满载输入功率因数:
0.8(SCR整流器)或0.95(SCR+IGBT整流器)
0.99(PFC+IGBT整流器)
120KVAUPS输入功率因数随负载量的变化情况
*输入电流谐波总失真度THDI:
>30%(SCR整流器)
20%到30%(SCR+IGBT整流器)
<10%(PFC+IGBT整流器)
THDI越大,对电网注入的谐波含量越大,特别是使用发电机时更应注意。
120KVAUPS:
谐波百分率随负载量的变化
负载量
30%
50%
76%
85%
100%
谐波次数
H19
2.9%
3.1%
2.5%
1.5%
1.8%
H17
3.9%
0.4%
1.3%
2.5%
2.8%
H13
7.2%
7.2%
6.4%
5.3%
5.6%
H11
1.3%
1.3%
0.6%
0.2%
<0.2%
H7
15.6%
9.4%
3.5%
2.5%
3.3%
H5
51.6%
41.7%
35.2%
31.2%
30.4%
H4
4.6%
3.6%
2.5%
1.5%
0.4%
H3
<0.2%
<0.2%
0.3%
0.2%
0.7%
H2
5.2%
3.6%
2.2%
1%
0.9%
总谐波
56.2%
43.4%
36.2%
31.8%
31.3%
■输出特性指标:
*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,1Hz,1.5Hz,2Hz/秒
同步速率越大,对输出电压的波动也越大,但也有利于热备份联结;同
步速率越小,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毫秒。
*输出功率因数:
0.8滞后0.6到0.8(小容量UPS)
●输出电压总谐波失真度THDU:
2%到3%
2.经济技术指标
*损耗:
反应一次性投资的效益,例如损耗小则意味着导线的截面减小,
开关的容量减小,环境空调的容量减小。
●效率:
反应长期运行的经济效益,特别是轻载或并联运行时很有意义。
3.
其它技术指标
*过载特性:
*噪声:
55dBA到65dBA;
*重量,体积,占地面积等。
*三相负载不平衡度:
30%不平衡度时小于+1%,100%不平衡度时小于+5%。
*满足国际标准,例如:
IEC60146:
UPS性能
IEC60950:
UPS安全
IEC61000-2-2:
低频传导干扰
IEC61000-3-2,-4:
〈16A和〉16A的谐波干扰
IEC61000-3-5:
电压波动干扰
IEC61000-4-2:
抗静电放电
IEC61000-4-3:
抗射频磁场
IEC61000-4-4:
抗瞬态电冲击
IEC61000-4-5:
抗浪涌能力
ISO9001,ISO14001:
设计,生产,销售,服务,及环保。
*平均无故障时间MTBF:
大于20万小时
*平均修理时间MTTR:
小于2到6小时。
*电池管理功能。
*UPS与计算机智能通讯功能。