ups电源学习资料.docx

ups电源学习资料.docx

《ups电源学习资料.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ups电源学习资料.docx（68页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

ups电源学习资料

在线式UPS与后备式UPS区别

1、从工作原理上分UPS可分为后备式（OFFLINE）和在线式（ONLINE）两种。

从备用时间上则可分为标准型和长效型两种。

从原理上看，在线式UPS同后备式UPS的主要区别在于，后备式UPS在有市电时仅对市电进行稳压，逆变器不工作，处于等待状态，当市电异常时，后备式UPS会迅速切换到逆变状态，将电池电能逆变成为交流电对负载继续供电，因此后备式UPS在由市电转逆工作时会有一段转换时间，一般小于10ms,而在线式UPS开机后逆变器始终处于工作状态，因此在市电异常转电池放电时没有中断时间，即0中断。

 2、在线互动式UPS除了以上两种类型外，还有一种称为在线互动式（Line-Interactive），如的Inter系列。

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给电池组充电，在市电异常时逆变器立刻投入逆变工作，将电池组电压转换为交流电输出，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，如Inter系列UPS随机带有监控软件，可以方便的上网进行UPS的远程控制和智能化管理。

后备式UPS也称非在线式UPS

　　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。

内部示意图

后备式UPS有高频UPS及工频UPS，电脑用UPS一般用高频UPS为宜，但一般不接感性负载，如打印机、复印机，如果需要带感性负载那么最好采用工频ups，工频UPS还具有防雷击功能

在线式UPS这种UPS不间断电源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。

大功率的UPS都是在线式或者是在线互动式的，只有1000VA以下的是后备的，

高频机UPS与工频机UPS的区别

　　技术总是在发展的，新技术代替旧技术是历史的发展规律。

然而，新旧之间的替代与转换一般并不是那么顺利，人类社会是这样，自然、科技领域也是如此。

现在的电子技术已进入数字化时代，这是不可逆转的技术发展规律，各行各业迟早都要集中到这一条路上来，但就某一个时期来说发展是不平衡的，这中间有很多因素的影响，比如各自的技术发展水平不同，人员对新技术的认识和接受能力不同等等。

具体到UPS领域又何尝不是如此。

　　一、工频机UPS和高频UPS的一般概念

　　静止变换式工频机结构UPS技术出现在上个世纪70年代，毫无疑问在当时属尖端技术，几十年间也为电子电器技术领域作出了不朽的贡献，有口皆碑。

一般说任何技术的先进性是相对而言，任何先进的产品也有其一定的适用期。

随着IT技术的出现与发展，工频机UPS组件暴露出它的缺点，比如体积大、重量大、功耗大和输入功率因数低等不利因素大大影响了数据中心的可靠性。

　　在历史发展中总是遵循这样一个规律：

每当一种技术阻碍生产力发展时，就会有一种新的技术产生出来代替。

毫不例外，高频机UPS技术问世了。

为了区别以前的UPS，就起了一个高频机UPS的名字。

原来那种输入输出都工作在50Hz并且有输出变压器的老的电路结构就称作工频机UPS；而这种输入输出电路都工作在20kHz以上且没有的输出变压器的电路就称为高频机UPS。

　　二、高频UPS比工频机UPS有哪些优点

　　1、  输入功率因数高

　　工频机UPS一般在200kVA以下的输入电路都采用了可控硅6脉冲整流，输入功率因数不超过0.8，谐波电流有30%之大。

如果前面接发电机，发电机的容量至少要3倍于UPS功率；如果是单相小功率UPS，发电机的容量至少要5倍于UPS功率。

　　但是，任何容量的高频机UPS的输入功率因数都可做到0.99或甚至以上，谐波电流小于5%，前置发电机的容量理论上和UPS功率相同，大大缩减了投资和占地面积等。

尤其是对市电的充分利用具有良好的经济意义和社会意义。

　　2、  本身功耗小

　　在同样指标下，比如要求输入功率因数为0.95以上时，工频机UPS就必须外加谐波滤波器或改为12脉冲整流，就是说前面要增加一个设备，再加上输出变压器，就比高频机UPS多了两个环节，如图1所示。

由于此二者的影响，使得工频机UPS的效率比高频机UPS低5%。

在同样是100kW的容量时工频机UPS每年要比高频机UPS多消耗5万度电！

这在中央号召节能减排的今天，能源的节约具有深远意义。

图1  高输入功率因数下的工频机UPS和高频机UPS结构方框

　　3、  对外干扰小

　　UPS的干扰一般有两种，一种是听得到的机械噪声，一种是听不到的电噪声，这两种噪声工频机UPS都有，形成了对设备和对人的伤害。

电噪声影响机器的稳定度，机械噪声影响人的身心健康，降低工作效率。

　　而高频机UPS由于工作在20kHz以上，20kHz是人的耳朵听不到的频率，使工作环境安静下来。

又由于一般的高频机UPS的输入功率因数高达0.99以上，几乎是线性，所以对外干扰几乎为零。

　　4、  体积小、重量轻

　　工频机UPS由于有了输出变压器和适应50Hz的电感电容等低频器件使得体积重量都很大。

比如某品牌200kVA工频机UPS重1380kg，而同是这一厂家的250kVA高频机UPS重量只有830kg。

5、全数字技术

　　工频机UPS开始是模拟技术，现在一般发展为数字与模拟相结合的技术。

模拟技术的可靠性要比数字技术低。

而高频机UPS技术是一种全数字化技术，不言而喻，可靠性是很高的。

　　6、对电网的适应能力强

　　工频机UPS对于适应输入电压±15%的变化已很不易；而高频机UPS甚至适应输入电压±30%以上的变化，这又大大延长了UPS的电池寿命。

　　7、能将并机环流衰减到几乎为零

　　工频机UPS的并联就是变压器的直接并联，而变压器的直接并联最容易产生环流，而且这个环流的路径畅通无阻，如图2（a）所示；高频机UPS由于没有输出变压器，它们的并联如图2（b）所示，可以看出这里的环流路径上处处是障碍，小于2V的电压差根本形不成环流，而工频机UPS在此情况下就会形成很大的环流。

图2  两种UPS并联方框图

　　总之，高频机UPS在性能上不但能完全替代工频机UPS，而且还具有很多后者没有的特点。

　　工频机UPS的生产厂商和推销者为了延长产品的销售寿命，在其他性能指标上无法与高频机UPS抗敌，就把希望寄托在输出变压器上，因为高频机UPS没有这个变压器，再加之一些用户缺乏技术概念，于是就赋予了变压器很多具有神秘色彩的功能。

比如这个变压器可以抗干扰、可以缓冲负载浪涌电流、可以隔直流、可以适应电网电压的冲击和变化，等等。

  在这里，不要忽略电源的基本功能，UPS是电压源，电压源的基本功能是输出电压动态性能要好，即无论负载在允许范围内如何变化，电压总是稳定的。

根本不允许变压器对负载进行什么“抵抗”或“缓冲”。

图3  全桥逆变器UPS输出变压器原理图

　　有的人就表示，这个变压器是为了在逆变器功率管损坏时隔断直流电流到负载的通路而加入的，对此说法不妨做一个探讨，看一看变压器是否有阻隔直流的功能。

图3示出了一般变压器的工作情况。

首先承认这种变压器是变换交流电的，如图中正弦波。

假如不用来变换交流电而是施加直流，如图2中将电池组开关S闭合，由于变压器绕组内阻相当小（近似于短路）就会在电池组和变压器初级绕组之间形成相当大的电流，一直到将电池组或导线或绕组烧断为止。

换言之，这种电源变压器不能加直流。

　　下面就来讨论逆变器功率管损坏情况。

逆变器功率管的损坏有两种情况：

断开或穿通（短路）。

图4示出了UPS全桥逆变器一个功率管（比如VT2）开路（断开）的情况。

从图中可以看出，在此情况下的电流路径只能是一个方向的，就是说只能输出一个极性的半波，如图中所示。

一个极性就意味着含直流成分，直流电流分量在变压器初级绕组中的积累会使绕组达到饱和状态，就类似于绕组短路，形成很大的电流，以致将变压器和电池这个回路烧断时才结束。

这个直流电流倒是没有进到负载端，但UPS本身烧了。

图4  全桥逆变器UPS一个功率管开路情况原理图

　　再看逆变器一支功率管（比如VT2）穿通（短路）的情况。

只要VT4一导通就形成对前面直流电压的短路状态，如图5所示。

强大的电流可将VT4瞬间炸毁，如果不是炸断就更危险，它可能会将电池组烧毁。

某电子公司就因为这原因，一举烧毁了72节100AH电池。

在这种情况下也是隔断了直流，同样是把自己给烧毁了。

　　以上两种情况都是用烧毁UPS本身的代价而保护了IT设备，这对IT设备用户是不是就算是一种福音呢？

当然不是，因为不论是烧毁UPS还是IT设备都会使系统崩溃而无法继续工作。

图5  全桥逆变器UPS一个功率管穿通情况原理图

　　如果UPS供电设备在逆变器功率管损坏的情况下不但保护了IT设备，同时也保证了本身的安然无恙，这样的隔直流功能才有实际意义，这才是用户真正需要的。

　　在大功率三相UPS中这个变压器具有隔断三次谐波的能力，但必须是D-Y连接，如图6所示。

可惜的是这种连接方法消除的是线电压上的三次谐波，而相电压上的谐波不能消除，

图6  UPS输出三相变压器的连接

　　如图6右图所示。

再说逆变器本身产生的三次谐波几乎为零，根本不用到输出端去消除。

而负载大都用相电压220V，并且还破坏相电压波形而产生三次谐波。

因此在这里谈什么消除三次谐波好像没有实用价值。

　　工频机UPS输出变压器的基本功能就是变压和产生隔离接地点，其他功能只是想像中的一种美好愿望。

　　三、高频机UPS与工频机UPS的现状

  因为高频机UPS对技术与工艺以及生产手段的要求非常严格，一般也不容易防制，20kHz以上的高频机UPS容量都小于100kVA，只有少数制造厂的技术真正过关，并且已显示出强大的生命力。

在大功率范围虽然不能做到20kHz，但可以采用高频机结构，比如用IGBT高频整流（相对于50Hz而言），频率一般在15kHz以下，多数厂家已可做到200kVA，但也有佼佼者，比如秀康10年前就可做到8kHz/480kVA，伊顿9395也可做到15kHz/1200kVA，并已成为美国的军方指定产品。

这说明高频机结构UPS技术早已成熟。

在我国军方和金融等重要部门也纷纷采用，并收到了良好的效果。

　　当然工频机结构UPS在这种情况下的日子会越来越艰难，好在是还有那么一批厂家的高频机结构UPS没有过关，还得主推工频机UPS，作为市场手段多说一些当前用工频机UPS更合适之类的语言，多说一些工频机的好处和多找一些高频机的缺点均属正常现象，这可以理解，也可能是认识问题。

但不要认为工频机UPS技术永远不落后。

从科学发展观来说，以后一段时间内无疑是高频机UPS的市场。

不可否认，高频机UPS同样也有退出历史舞台的一天，当然那是后话。

浅谈工频机结构UPS与高频机结构UPS

浅谈工频机结构UPS与高频机结构UPS

　　随着计算机在各行各业的广泛应用，负载对供电质量的要求越来越高，各行业部门都普遍采用了安全可靠的UPS供电系统作为电源保障，在当今节能减排的大趋势下，作为供电系统核心的UPS，其本身是否高效节能、绿色环保得到了用户的广泛关注。

　　UPS技术也随着计算机、电力电子领域的新技术、新理念的不断发展而进步，UPS产品性能上、外观尺寸上、对环境的适应性及可靠性方面，都有了显著的提高。

　　目前，UPS通常分为工频机结构UPS和和高频机结构UPS两种。

以下就这两种UPS的定义和区别做一简单介绍。

　　1.工频机结构UPS与高频机结构UPS的定义

　　工频机结构UPS和高频机结构UPS是按其设计电路工作频率来区分的。

工频机结构UPS是以传统的模拟电路原理设计，由可控硅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。

　　而高频机结构UPS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k到几十kHz,甚至高达上百kHz，远远高于工频机,因此称为高频UPS。

　　2.工频机结构UPS与高频机结构UPS的区别

（1）电路结构的区别

　　在工频机结构UPS电路中，主路三相交流输入经过换相电感接到三个SCR桥臂组成的整流器之后变换成直流电压。

通过控制整流桥SCR的导通角来调节输出直流电压值。

由于SCR属于半控器件，控制系统只能够控制开通点，一旦SCR导通之后，即使门极驱动撤消，也无法关断，只有等到其电流为零之后才能自然关断，所以其开通和关断均是基于一个工频周期，不存在高频的开通和关断控制。

由于SCR整流器属于降压整流，因此直流母线电压经逆变输出的交流电压比输入电压低，要使输出相电压能够得到恒定的220V电压，就必须在逆变输出增加升压隔离变压器。

　　相比而言，高频机结构UPS整流属于升压整流，其输出直流母线的电压比输入线电压的峰值高，一般典型值为800V左右，如果电池直接挂接母线，所需要的标配电池节数达到67节，这样给实际应用带来极大的限制。

因此一般高频机结构UPS会单独配置一个电池变换器，市电正常的时候电池变换器把800V的母线电压降压到电池组电压;市电故障或超限时，电池变换器把电池组电压升压到800V的母线电压。

由于高频机母线电压为800V左右，所以逆变器输出相电压可以直接达到220V，逆变器之后就不再需要升压变压器。

因此，隔离变压器是工频机与高频机在组成上的主要区别。

　　工频机结构UPS都有输出变压器，在多机并联时就会出现多个变压器的并联。

变压器的并联是电力行业尽量避免的情况，因为变压器并联时的环流不可避免，环流的长期存在将导致设备寿命缩短。

而高频机结构UPS因没有输出变压器，所以几乎没有环流。

　　有的用户认为变压器可以起到具有抗干扰和缓冲负载突变的作用，其实并非如此。

UPS负载的用电要求必须有零线，如果没有工频结构UPS没有输出隔离变压器，将一根火线硬性接零线，就会导致UPS的工作不正常。

因此说，输出隔离变压器是工频机结构UPS必不可少的为了变压和隔离零线的目的而接入的一部分，而不具备为用户负载隔离干扰和缓冲负载突变的功能。

（2）性能指标的区别

　　能耗是各行业数据中心和机房面临的难题，因此节能减排的负载和供电设备，而当前的工频机结构UPS和高频机结构UPS在节能减排上主要有以下区别：

　　①输入功率因数

　　中大功率的三相工频机结构UPS在6脉冲整流的情况下输入功率因数约为0.8，不但对外有干扰，而且要求前面的发电机功率要3倍于UPS容量，即使在12脉冲整流选配谐波滤波器的条件下输入功率因数也低于0.95，而且增加设备量，加大了用户的投资成本和占地面积。

而高频机结构UPS在不加任何外来设备的情况下输入功率因数大于0.99，从理论上说，后备发电机容量可与UPS一致，节省了投资和占地面积。

　　②能量损耗

　　在相同输入功率因数的前提下，二者的效率相差约5%，比如同为400kVA的UPS为例，工频机结构UPS每年要比高频机结构UPS多消耗近250万度电。

　　目前容量较大的机房大都采用了400kVA工频机结构UPS，配12脉冲整流和谐波滤波器，负载功率因数为0.8。

表1是一家金融单位5000kVA的数据中心在对400kVA工频机结构UPS和600kVA高频机结构UPS（负载功率因数0.9）进行选择时的比较。

如表1所示。

　　——采用400kVA工频机结构UPS产品时的净占地面积约43平方米，而采用600kVA高频机结构UPS的净占地面积约23平方米。

　　——采用400kVA工频机结构UPS产品时的总重量大于50吨，而采用600kVA高频机结构UPS的总重量还不足15吨。

　　——采用600kVA高频机结构UPS比采用400kVA工频机结构UPS每年节约250万度电。

　　据测算，节约250万度电相当于减少了1960吨二氧化碳的排放量。

　　③对外干扰

　　UPS的对外干扰一般有两种，一种是听得到的机械噪声，一种是听不到的电噪声，工频机UPS会产生这两种噪声，电噪声会影响机器的稳定度，机械噪声影响人的身心健康，降低工作效率。

　　而高频机UPS由于工作在20kHz以上，20kHz是人的耳朵听不到的频率，使工作环境安静下来。

又由于一般的高频机UPS的输入功率因数高达0.99以上，几乎是线性，所以对外干扰几乎为零。

　　④体积和重量

　　工频机UPS由于配备输出变压器以及50Hz的电感电容等低频器件，使得体积、重量都很大。

高频机在体积和重量上与之相比具有明显的优势。

　　⑤采用技术

　　工频机UPS早期采用的是模拟技术，现在一般发展为数字与模拟相结合的技术。

模拟技术的可靠性要比数字技术低。

而高频机UPS技术是一种全数字化技术，可靠性很高。

　　3.高频机结构UPS的技术发展和进步

　　目前，数据中心供电系统除了注重可靠性、可用性以外，节能减排是数据中心设备面临的重大问题，而作为为负载提供不间断电源的UPS供电系统，其自身供电效率的高低也部分决定了数据中心能耗的高低。

一些用户在电子技术和设备技术突飞猛进的今天仍沿用以前的陈旧观念，认为工频机结构UPS是成熟可靠的，即使市场已出现高频机结构UPS的技术和产品，也认为高频机是新技术、新产品，在技术上不成熟。

其实高频机结构（全IGBT）UPS早在1998年就已问世，而且容量在当时就已做到了480kVA，并经过了十多年的市场验证。

　　①单机容量

　　当前衡量UPS的技术高低和成熟水平的一个重要指标就是看其容量多大，这不但反映一个厂家的水平，也反映出这个厂家的技术实力和市场规模。

IGBT在UPS中的应用最早只限于逆变器。

这主要是因为IGBT的电流虽然做得比较大，但耐压等级尚不足对付变化很大的电压范围。

经过这十多年的发展，IGBT制造技术也有了长足的进步，几经改进，已经达到了用于UPS整流器的条件。

目前已有一些厂家将IGBT整流的高频机结构UPS容量做到了200kVA左右。

与可控硅相比IGBT的电流容量与耐压还是有些距离，所以器件的并联就成了关键。

但任何问题都是可以解决的，这其中就不乏佼佼者，比如少数厂家就将高频机结构UPS容量做到了500kVA，有的厂家更是突破了并联的禁区，一举将单机容量做到了1200kVA，覆盖了工频机结构UPS当前达到的全部容量水平。

到此就完成了UPS全部IGBT化、高频化的进程。

，

　　②模块化

　　所谓“N+X”模块化冗余UPS不但可以冗余并联、热插拔，而且必须是在一个机箱中至少有两个相同规格容量的单机，否则就和以往的多机UPS并联没有区别。

一个中等规模的机房既可采用模块化UPS集中供电，又可以采用双总线方式供电，还可多机并联。

目前模块化UPS产品几乎都采用高频化结构技术。

　　4、结语

　　综上所述，从性能和节能方面来讲，传统的UPS系统中由于采用工频逆变器，逆变效率不高，并配有工频变压器，体积庞大笨重、能耗高和成本高，已逐渐不适应目前节能减排的需求。

而全IGBT高频机结构UPS历经10多年的发展，具有采用模块化设计，尺寸小、重量轻、扩容方便、运行效率高、噪音低、性价比高等特点，其技术和产品趋于成熟。

随着半导体技术的日益发展，高频UPS在技术和市场方面的优势将越来越明显。

　　四、所谓两个发展方向

　　现在有一种说法：

高频机UPS和工频机UPS是两个发展方向。

这就使人糊涂了：

难道效率低的产品也是发展方向？

难道部考虑节能减排了吗？

难道耗费资源和笨重的产品也是发展方向？

　　总之，这种观点不外乎说：

高频机UPS与工频机UPS并存；节能减排与浪费能量和资源并存；先进与落后并存…所谓技术上的并存应该是不可替代的，比如自行车虽然比汽车跑得慢，但它们在一定程度上是互相不可替代的；而这里的UPS技术却是可以完全替代的。

这就像汽车2型可以替代1型，3型可以替代2型一样的道理。

网络UPS智能系统概述/UPS内部部件/UPS的外在影响因素/EPS工作原理/高频与工频区别/逆变器工作原理/蓄电池技术原理

网络UPS智能系统概述

  随着计算机互联网络的迅速发展,通信及计算机的互相促进,各种局域网或广域网被社会各部门采用,金融及其它系统的核心业务过多依赖互联网,而对其中使用的精密电子设备如:

计算机、程控交换机、工业过程控制及各行业的实时控制及运算系统供电质量要求变得越来越高.虽然集电力电子技术、信号处理与自动控制技术、计算机软件及硬件技术、网络与通讯技术与一体的UPS（不间断电源）的设计与生产技术也日臻完善,但是,UPS运行管理上存在着事故隐患.UPS作为仪表电源,可以说是整个装置的总开关,UPS系统一旦出现故障,装置面临的将是被迫瘫痪.为满足不间断供电、全面改善供电质量、使整个网络的设备乃至数据传输途径给与端到端的达到全面保护的要求,我们需要新一代的更智能、更具灵活管理特性、更可靠的网络UPS系统.

  1.网络UPS智能系统定义

  网络UPS智能系统,主要是以整个网络为管理对象,是指在UPS的主机的输出端增设RS232、R485接口,SNMP简单网络管理协议卡通信接口.利用这些接口经过专用的通信电缆或经用的通信电缆或经调制解调器同计算机服务器、路由器、网关等设备上的相对应的通信接口相连.再在微机或计算机网络的管理平台上装上能适应各种操作系统运行环境的具有电源监控软件功能的UPS供电系统.这样就能把UPS电源与计算机网络（包括以太网和令牌网）构成一个具有相应监控功能的智能化UPS供电系统.目前UPS网络智能化技术主要有2个方面:

一是加强UPS新功能,与服务器上的软件协调工作,使得UPS除了完成最基本的不间断功能外,还能实现网络上事件记录、故障告警、UPS参数自动测试分折、调节功能等;二是加强UPS节能功能.网络UPS智能系统将传统式UPS通过与计算机相连的硬件接口,结合特殊设计的软件,以提供计算机软件及资料的双重保护.与服务器上的复杂软件一起工作以提供完全的电源管理方案.

  2.网络UPS智能系统实现

计算机与UPS电源是通过接口进行通信,要使供电系统的故障信