UPS容量及时间算法.docx

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UPS容量及时间算法

《机房UPS容量/电池后备时间快速计算方法》

1、快速估算机房IT设备功率：

知道机柜数量，以1个机柜负载3~5KW计算IT设备总功率；

2、普通PC功率约200W，苹果机约300W，服务器约300W~600W，其它请查阅设备说明书；

3、设计UPS时，计算出UPS容量后，配置UPS数量推荐采用N+1冗余部署；

4、电池计算，最快捷的方法可以查UPS厂家的电池配置表，简单快捷；想了解具体算法请参阅本文；

1UPS容量快速计算方法

计算公式：

UPS容量KVA＝负载功率KW÷功率因数÷0.7；

1、负载功率KW：

需要带载IT设备的负载功率，一般用KW表示（如10KW）

2、UPS容量KVA：

UPS容量一般用KVA表示（如10KVA，UPS容量KVA*功率因数=KW，一般情况下KVA≧KW，只有当功率因素为1时，KVA=KW）

3、UPS最大带载功率KW＝UPS容量KVA×功率因数（功率因数一般在0.8～1之间，查UPS参数表可得，一般取0.8）

4、配置UPS时，建议UPS所带的负载功率（KW）约为UPS最大带载功率（KW）的70%为佳；

计算示例：

以10KW负载为例，计算所需要UPS容量步骤如下：

第一步：

套用公式，UPS容量KVA＝10KW÷0.8÷0.7=17.85KVA；

第二步：

选用合适的UPS，根据以上结果实际可选用20KVA的UPS满足要求；

2UPS电池容量的快速计算方法

电池计算方法一

计算所需电池安时数（AH）（此方法简单快捷，一般的估算，采用此方法即可）

计算公式：

电池安时数（AH）=UPS标称功率（VA）×功率因素×延时时长（小时数）÷逆变器启动电压（电池组电压）÷逆变器效率；

1、功率因数一般取0.8；

2、逆变器效率一般取0.9；

3、逆变器启动电压（电池组电压）根据不同型号UPS而不同（查UPS参数可得）

计算示例：

以3000VAUPS延时4小时为例，计算步骤如下：

每一步：

查UPS参数，得UPS逆变器启动电压（电池组电压）：

U=96V，选用电池额定电压：

U1=12V，得出每组电池数量：

N=U÷U1=96V÷12=8节/组；

第二步：

套用公式，电池安时数（AH）=3000VA×0.8×4小时÷96V÷0.9=111AH；

第三步：

选用合适的电池，以上结果得出需要111AH的蓄电池才能满足4小时的供电，但是常规蓄电池一般没有容量为111AH的，且需要8节/1组，我们可以选择2组（16节）65AH的蓄电池并联进行配置，其延时时间为:

65AH×2÷3000VA÷0.8×96V×0.9=4.68小时；

注：

以上算出的电池安时数（AH）也常理解为：

电池放出容量；如果电池放电效率不为1，参照以下公式换算出电池标称容量，再选电池。

电池放出容量=电池标称容量×电池放电效率；电池放电效率不同型号参考值有：

0.4 /0.5/0.6/0.7/0.8/0.9/1；

电池计算方法二

计算电池最大放电电流值（I最大）（此方法相对精确，如果追求更精确的配置，可采用此方法）

计算公式：

I最大=Pcosф/（η*E临界*N）

1、P：

UPS电源的标称输出功率；

2、cosф：

UPS电源的输出功率因数（UPS一般为0.8）

3、η：

UPS逆变器的效率，一般为0.88~0.94（实际计算中可以取0.9）

4、E临界：

蓄电池组的临界放电电压（12V电池约为10.5V，2V电池约为1.7V）

5、N：

每组电池的数量；

6、根据所选的蓄电池组的后备时间，查出所需的电池组的放电速率值C，然后根据：

电池组的标称容量=I最大/C，算出电池组的标称容量；时间与放电速率C示例表如下：

30分钟

60分钟

90分钟

120分钟

180分钟

0.92C

0.61C

0.5C

0.42C

0.29C

计算示例：

以300KVAUPS延时30分钟为例，计算步骤如下：

第一步：

查UPS参数，得UPS逆变器启动电压（电池组电压）：

U=360V，选用电池额定电压：

 U1=12V，得出每组电池数量：

N=U÷U1=360V÷12=30节/组；

第二步：

套用公式，I最大=P×cosф÷（η×N×E）=300000VA×0.8÷（0.9×30×10.5）=846A；

第三步：

套用公式，得出电池组的标称容量=I最大/C=846÷0.92=919AH；

第四步：

选用合适的电池，以上结果得出电池组的总容量=919AH×30节×12V=330840AH，可采用电池150AH30节6组；

电池计算方法三

电池恒功率计算法（此方法相对精确，快捷，计算出恒功率数值后，查电池厂家恒功率表）

恒功率计算公式：

W=（P·cosΦ）/（ηN·6）

2V单体电池放电截止电压：

1.70V；

UPS输出功率因数cosΦ：

0.8；

UPS逆变效率η：

0.95；

UPS电池节数：

N（一般为12V电池的节数，查电池恒功率表一般是电池2V对应的W数，换算成2V电池节数：

N*6）

计算示例：

以400KVAUPS延时30分钟为例，计算步骤如下：

第一步：

套用公式，W=（400×1000×0.8）/（0.95×32pcs×6）=1754.39W

第二步：

计算出W值后，查电池恒功率表如下（可选977.7的2组，满足要求）：

补充说明：

UPS后备蓄电池的容量计算方法很多（电源法、恒功率法、恒流法、估算法等），各种计算方法各有侧重点，在实际应用中需要综合考虑蓄电池的使用情况，UPS所带负载情况以及应用的场合来选择适合的电池容量计算方法。

3UPS分类：

工频机和高频机区别

一、工频机和高频机的原理分析

1、工频机和高频机是按UPS的设计电路工作频率来区分的。

工频机是以传统的模拟电路原理设计，由晶闸管（SCR）整流器、IGBT逆变器、旁路和工频升压隔离变压器组成。

因其整流器和变压器工作频率均为工频50Hz，顾名思义叫工频UPS。

2、高频机通常由IGBT高频整流器、电池变换器、逆变器和旁路组成。

IGBT可以通过控制加在门极的驱动来控制其开通与关断，IGBT整流器开关频率通常在几千赫到几十千赫，甚至高达上百千赫，远远高于工频机，因此称为高频UPS。

高频机输出没有变压器隔离，如果逆变功率器件发生短路，则直流母线（DCBUS）上的高直流电压直接加到负载上，这是安全隐患，而工频机则不存在此问题。

二、从工频机和高频机的性能对比来分析

1、在可靠性方面，工频机要优于高频机：

工频机采用晶闸管（SCR）整流器，该技术经过半个多世纪的发展和革新，已经非常成熟，其抗电流冲击能力非常强。

由于SCR属于半控器件，不会出现直通、误触发等故障。

相比而言，高频机采用的IGBT高频整流器虽然开关频率较高，但是IGBT工作时有严格的电压、电流工作区域，抗冲击能力较低。

因此在总体可靠性方面，IGBT整流器比SCR整流器低。

2、在环境适应性方面，高频机要优于工频机：

高频机是以微处理器作为处理控制中心，将繁杂的硬件模拟电路烧录于微处理器中，以软件程序的方式来控制UPS的运行。

因此，体积、重量等方面都有明显的降低，噪音也较小，对空间、环境影响小，因此比较适合于对可靠性要求不太苛刻的办公场所。

正因为如此，许多厂家的中小功率UPS普遍推出了高频机。

3、在负载对零地电压的要求方面，工频机要优于高频机：

大功率三相高频机零线会引入整流器并作为正负母线的中性点，这种结构就不可避免地造成整流器和逆变器高频谐波耦合在零线上，抬升零地电压，造成负载端零地电压抬高，很难满足IBM、HP等服务器厂家对零地电压小于1V的场地需求。

另外，在市电和发电机切换时，高频机往往因零线缺失而必须转旁路工作，在特定工况下可能造成负载闪断的重大故障。

工频机因整流器不需要零线参与工作，在零线断开时，UPS可以保持正常供电。

4、综上所述，工频机UPS和高频机UPS的差异主要表现在隔离变压器上，而工频机对隔离变压器的使用，在很大程度上提升了UPS的可靠性。

从综合性能方面来讲，工频机和高频机则各有优劣，至少在当前，不存在谁取代谁的问题。

用户在选购设备的时候应当立足于自身的实际需要，而不是盲目跟从。

5、补充说明：

工频机是中国的说法，就是指带工频变压器的。

可以理解为，1000升的水，用1000升的水桶来倒，提水费力，但一次搞定，因此桶子也贵，水里头杂质也多。

高频机是由高频的小变压器模拟工频的。

可以理解为1000升的水，用1升的水桶来倒，倒1000次才满足了用水需求，还不能泼出水来，技术难度高了，水桶小了，便宜了，而且水质更好。

因为高频技术牵涉到对市电实时监控和补充能量难度较高，很多厂家做不好，所以，变得不耐冲击（水泼出来）。

工频机本身就是大谐波源，伤害设备，还费电，不节能。

所以，目前有的说工频机比高频机好，只是针对国内现有技术能力来看的，说穿了，就是国内的高频电源技术还不太成熟。

相比某本国的高频技术就没这个问题，省电，还抗谐波。

4UPS其它常见分类介绍

UPS电源按其工作原理可分为后备式、在线式以及在线互动式三种。

从备用时间分，UPS分为标准型（内置电池）和长效型两种（可灵活配置电池）

一、后备式UPS

平时处于蓄电池充电状态，在停电时逆变器紧急切换到工作状态，将电池提供的直流电转变为稳定的交流电输出，因此后备式UPS也被称为离线式UPS。

后备式UPS电源的优点是：

运行效率高、噪音低、价格相对便宜，主要适用于市电波动不大，对供电质量要求不高的场合，比较适合家庭使用。

然而这种UPS存在一个切换时间问题，因此不适合用在关键性的供电不能中断的场所。

不过实际上这个切换时间很短，一般介于2至10毫秒，而计算机本身的交换式电源供应器在断电时应可维持10毫秒左右，所以个人计算机系统一般不会因为这个切换时间而出现问题。

后备式UPS一般只能持续供电几分钟到几十分钟，主要是让您有时间备份数据，并尽快结束手头工作，其价格也较低。

对不是太关键的电脑应用，比如个人家庭用户，就可配小功率的后备式UPS。

二、在线式UPS

这种UPS一直使其逆变器处于工作状态，它首先通过电路将外部交流电转变为直流电，再通过高质量的逆变器将直流电转换为高质量的正弦波交流电输出给计算机。

在线式UPS在供电状况下的主要功能是稳压及防止电波干扰；在停电时则使用备用直流电源（蓄电池组）给逆变器供电。

由于逆变器一直在工作，因此不存在切换时间问题，适用于对电源有严格要求的场合。

在线式UPS不同于后备式的一大优点是供电持续长，一般为几个小时，也有大到十几个小时的，它的主要功能是可以让您在停电的情况可像平常一样工作，显然，由于其功能的特殊，价格也明显要贵一大截。

这种在线式UPS比较适用于计算机、交通、银行、证券、通信、医疗、工业控制等行业，因为这些领域的电脑一般不允许出现停电现象。

三、在线互动式UPS

这是一种智能化的UPS，所谓在线互动式UPS，是指在输入市电正常时，UPS的逆变器处于反向工作（即整流工作状态），给电池组充电；在市电异常时逆变器立刻转为逆变工作状态，将电池组电能转换为交流电输出，因此在线互动式UPS也有转换时间。

同后备式UPS相比，在线互动式UPS的保护功能较强，逆变器输出电压波形较好，一般为正弦波，而其最大的优点是具有较强的软件功能，可以方便地上网，进行UPS的远程控制和智能化管理。

可自动侦测外部输入电压是否处于正常范围之内，如有偏差可由稳压电路升压或降压，提供比较稳定的正弦波输出电压。

而且它与计算机之间可以通过数据接口（如RS-232串口）进行数据通讯，通过监控软件，用户可直接从电脑屏幕上监控电源及UPS状况，简化、方便管理工作，并可提高计算机系统的可靠性。

这种UPS集中了后备式UPS效率高和在线式UPS供电质量高的优点，但其稳频特性能不是十分理想，不适合做常延时的UPS电源。

四、UPS分为标准型和长效型两种

一般来说，标准型机内带有电池组，在停电后可以维持较短时间的供电（一般不超过25分钟）；长效型机内不带电池，但增加了充电器，用户可以根据自身需要配接多组电池以延长供电时间，厂商在设计时会加大充电器容量或加装并联的充电器。

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