智慧机房UPS电源培训教材资料.docx

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智慧机房UPS电源培训教材资料

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第一章、什么是UPS

所谓UPS（UninterruptiblePowerSystem），不间断电源系统，就是当停电时能够接替市电持续供应电力的设备，含有储能装置，后备动力来自电池组，由于电子元器件反应速度快，停电的瞬间在4~8毫秒内或无中断时间下继续供应电力。

第二章、为什么要用UPS

现在全世界各国的大众供应系统都是交流电源，一个理想的交流电源，应该满足以下几个条件：

✓频率稳定

✓电压稳定（土10%内）

✓不含谐波失真（<5%）

✓没有噪声干扰（符合IEEE587,FCC,CE等标准规定）

✓低输出阻抗

目前，中国仅有少数局部地区刚刚解决了电力紧张的问题，大部分地区和大城市还面临着电力供应紧张的迫切问题，供电质量更是不能得到保证。

市电无法提供敏感电子设备需要的干净、稳定的电源，用户最终为设备的健康和安全运行负责。

但即使是在早已实现电气化的美国和其它西方国家，电网的质量也远非可靠。

由于电网本身的质量有问题与各种偶然因素的作用，再加上自然灾害的破坏，电压浪涌，电磁噪声，持续电压偏高，持续低压等电网不良现象在发达国家也是常事，甚至还可能发生长时间停电。

事实上，在造成数据丢失的各种因素中，电源故障以45．3％的机率居首位，其它几种主要的因素分别是：

暴风雨9.4％、火灾8.2％、硬软件故障8.2％、洪水6.7％、地震5.5％。

可以想象如果未使用不间断电源系统，那么当市电发生异常，将造成计算机掉电、死机，甚至造成硬件故障；在医院里，电子医疗设备如果因为停电而停止工作，对病人的影响是致命的。

硬件的故障可花钱消灾，但是万一丢失重要数据资料而没有备份，花多少钱可能都不能弥补，所以为您的设备添购不断电系统，就如同买保险一样，有备无患。

UPS系统并不是只有当停电时才有动作的，前面所提到的市电异常，包含了市电电压过低、过高、突波、噪声等，均是足以影响设备正常运作的电源品质问题，而配备不断电系统能一次性解决几乎所有的电源问题。

由此可见UPS的重要性。

第三章、UPS的作用

1、停电保护

交流输入中断时UPS立即将电池直流电源转换成交流电继续供电。

后备供电时间长短由电池容量、负载大小等因数决定。

2、高低电压保护

市电电压过高或过低时UPS内稳压器（AVR）将做适当的调整，使UPS输出的电压保持在可使用的范围，若电压过低或过高超过可使用范围，UPS将电池直流电源转换成交流电继续供电，以保护用户设备。

3、波形失真处理

由于电力经由输配电线路传送至客户端，各种机器设备的使用往往造成市电电压波形的失真，因为波形失真将产生谐波干扰设备，且会使电力系统变压器温度升高，一般要求失真率<5%，一般UPS设计失真率<3%。

4、频率稳定

市电频率分为50Hz/60Hz两种，所谓频率就是每一秒变动的周期，50Hz就是每秒50周次，中国是50Hz。

发电机运转时受到客户端用电量的突然变化造成转速的变动将使转换出来的电力频率飘移不定，经UPS转换后的电力可提供稳定的频率。

5、电压稳定

市电电压易受电力输送线路品质的影响，离变电所较近的用户电压较高约240~260V，离变电所较远的用户电压较低约180~200V，电压太高或太低会使用户设备缩短寿命，严重时会烧毁设备，使用在线式UPS可提供稳定的电源电压，可延长设备寿命及保护设备。

6、抑制差模噪声

差模噪声产生在火线与零线之间。

7、抑制共模噪声

共模噪声产生在火线/零线与地线之间。

8、突波保护

一般UPS会加装突波吸收器或尖端放电设计吸收突波，以保护用户设备。

9、瞬时响应保护

市电受干扰时有时会造成电压凸出或下陷或瞬间中断，使用在线式UPS可提供稳定的电压，使电压变动在较小范围内，可延长设备寿命及保护设备。

10、监控电源

配合UPS的智能型通讯接口及监控软件可显示UPS电压、频率、负载、电池、温度等实时状态信息，在市电中断后显示倒计时关机时间，并在电池耗尽前安全自动关闭系统及UPS电源。

第四章、UPS分类及主要技术

　　UPS作为计算机的重要外设，在保护计算机数据、保证电网电压和频率的稳定，改进电网质量，防止瞬时停电和事故停电对用户造成的危害等是非常重要的。

UPS已从60年代的旋转发电机发展至今天的智能化静止式，并且还在继续发展。

目前，UPS一般均指静止式UPS，按其工作方式分类可分为后备式、在线互动式及在线式三大类。

后备式（OFFLINE）UPS在市电正常时直接由市电向负载供电（部分机型有稳压功能），逆变器此时不工作，当市电超出其工作范围或停电时，通过转换开关转为电池逆变供电。

其特点是：

结构简单，体积小，成本低，但输入电压范围窄，输出电压稳定精度差，有切换时间，且输出波形一般为方波。

在线互动式UPS将充电回路与逆变器整合为双向转换回路，市电输入正常时，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，将电池组能量转换为交流电输出，其特点是：

有较宽的输入电压范围，噪音低，体积小等特点，逆变器输出电压波形较好，一般为正弦波，但同样存在切换时间。

在线式（ONLINE）UPS在市电正常时，由市电进行整流提供直流电压给逆变器工作，由逆变器向负载提供交流电，在市电异常时，逆变器由电池提供能量，因逆变器始终处于工作状态，故输出不会中断。

其特点是，有极宽的输入电压范围，无切换时间且输出电压稳定精度高，特别适合对电源要求较高的场合，但是成本较高。

目前，功率大于3KVA的UPS几乎都是在线式UPS。

除了以上三类，根据备用时间，UPS还可分为标准机和长效机。

标准机用内置电池，后备供电时间较短，一般在5-15分钟。

长效机则可根据用户需要，增大电池容量配置，延长后备时间。

但这要求更大的充电器来满足电池充电电流和充电时间性的需要，因此厂商在设计时会放大充电器容量或加装并联的充电器。

标准型UPS受散热条件及充电电路的设计电流较小条件的限制，不可作为长效型UPS使用。

UPS按输入/输出方式可分为三类：

单相输入/单相输出、三相输入/单相输出、三相输入/三相输出。

采用三相供电方式，每一相都承当一部分负载电流，因而中、大功率UPS多采用三相输入/单相输出或三相输入/三相输出的供电方式。

智能型UPS是当今UPS的一大发展趋势，随着UPS在网络系统上的应用，网络管理者强调整个网络系统为保护对象，希望整个网络系统在供电系统出现故障时，仍然可以继续工作而不中断，因此UPS内部配置微处理器使之智能化是UPS的新趋势，UPS内部硬件与软件的结合，大幅度提高了UPS的功能，可以监控UPS的运行工作状态，如：

UPS输出电压频率，电网电压频率、电池状态以及故障记录等。

还可以通过软件对电池进行检测、自动放电充电，以及遥控开关机等。

网络管理者就可以根据信息资料分析供电质量，依据实际情况采取相应的措施。

当UPS检测出供电电网中断时，UPS自动切换到电池供电，在电池电勇力不足时立即传送到服务器做关机工作并在电池耗尽前自动关机。

第五章、UPS原理图

后备式

在线互动式

在线式

第六章、UPS的安装

UPS安装质量好坏直接影响到UPS系统今后的长期运行,尤其是大中型UPS，因此大中型UPS在规划到安装过程中都应该规范。

   一般来讲,UPS在安装时主要考虑以下几方面因素：

电网情况、负载容量及特性、使用环境、接地情况、配线及开关容量等。

1、电网情况

   主要包括电网电压波动范围、停电频率等以确定UPS备用时间的配备。

如有必要可以在UPS前极增设其他保护措施。

2、使用环境

温度：

要求为0℃~40℃

湿度：

要求为10%~90%

落尘：

UPS周围环境要保持清洁，这样可以减少有害灰尘/湿气对UPS内部线路的腐蚀

结构：

UPS长延时配置时，电池可能较重,此时应考虑地板承重问题

空间大小：

应保证UPS进行维护时，工程人员有一定的施展空间

3、接地情况

在电脑系统中为了确保电脑系统稳定可靠工作，防止寄生电容耦合干扰，保护设备及人身安全，因此必须要有良好的接地系统。

4、配电要求

电缆的线径必须考虑额定电流及使用环境温度，具体规格请查阅UPS说明书或相关资料。

第七章、UPS的使用

1、正常的开机顺序

   由于一般负载在启动瞬间存在冲击电流，而UPS内部功率元件都有一定的安全工作区范围，尽管这些器件都留有一定的余量，但是过大的冲击电流还是会缩短元器件的使用寿命，甚至造成元器件损坏。

因此，在使用时应尽量减小冲击电流带来的损害。

一般UPS在旁路工作时，抗冲击能力较强，我们可以利用这一特点在开机时采用以下方式进行，先送市电给UPS，使其处于旁路工作，再逐个打开负载，先开冲击电流较大的负载，再开冲击电流较小的负载，然后UPS面板开机，使其处于逆变工作状态。

开机时千万不能将所有负载同时开启，也不可带载开机。

2、关机顺序

   关机顺序如下：

先逐个关闭负载，再将UPS面板关机，使UPS处于旁路工作而充电器继续对电池组充电。

如果需要UPS无输出，将UPS关机，则再将输入市电断开即可。

3、后备式UPS的使用

后备式UPS一般在市电状态下没有负载检测功能，只靠输入保险丝起保护。

如用户使用时不注意这点，在市电时很容易过载使用，虽然市电状态下，UPS还可能继续工作，但一旦市电异常转电池逆变工作时，UPS就会因过载保护而关机,严重时会造成UPS损坏，以上情况都会造成输出中断，给用户带来一定的损失。

因此在使用后备式UPS时应特别注意不要过载。

第八章、使用UPS的注意事项

1）UPS的使用环境应注意通风良好，利于散热。

并保持环境的清洁。

2）UPS输出插座应明确标识，勿加入无关负载或使其短路。

3）切勿带感性负载，如点钞机、日光灯、空调，以免造成损坏。

半波整流型负载亦不适合。

4）若用户在市电停电期间使用发电机供电，应保证发电机功率大于两倍UPS额定功率。

必须在发电机启动稳定后才能接入UPS。

5）开启UPS负载时，一般遵循先大后小的原则。

6）UPS输出负载控制在60%左右为最佳，可靠性最好。

7）定期对UPS内部进行清洁，防止UPS积尘太多，影响UPS的正常操作。

8）UPS的日常维护应在保证负载正常工作的基础上进行，所以在作维护时一定要注意负载的情况，尽量不要影响负载的工作。

9）在维护的过程中要注意人身安全，因为UPS内部有高压，在维护以前确认UPS工作状态无吴才能进行。

第九章、免维护铅酸电池

免维护铅酸电池又名阀控式密封铅酸蓄电池，无需加水，期望寿命一般为5~7年，价格较高。

在使用和维护中需遵循下列原则：

密封电池可允许的运行范围为-15度~50度，但5度~35度之内使用可延长电池寿命。

在零下15度以下电池化学成分将发生变化而不能充电。

在20度到25度范围内使用将获得最高寿命。

电池在低温运行将获得长寿命但较低容量，在高温运行将获得较高容量但较短寿命。

电池寿命和温度的关系可参考如下规则，温度超过摄氏25度后，每高10度电池寿命将减一半。

免维护电池的设计浮充电压为2.3V/节。

12V的电池为13.7V。

放电结束后电池若在72小时内没有再次充电。

硫酸盐将附着在极板上损坏电池。

电池在浮充或均充时，电池内部产生的气体在负极板电解成水，从而保持电池的容量且不必外加水。

但电池极板的腐蚀将减低电池容量。

电池隔板寿命在高温环境大大缩短。

长时间存放的电池每6个月必须充电一次。

电池必须存放在干燥凉爽的环境。

在20度的环境下免维护电池的自放电率为3-4%每个月，并随温度升高而增大。

免维护电池都配有安全阀，当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。

电池的周期寿命（充放电次数寿命）取决于放电率，放电深度，和恢复性充电的方式，其中最重要的因素是放电深度。

在放电率和时间一定时，放电深度越浅，电池周期寿命越长。

免维护电池在25度100%深放电情况下周期寿命约为200次。

电池在到达寿命时表现为容量衰减，内部短路，外壳变形，极板腐蚀，开路电压降低

标称容量和实际后备时间非线性关系，容量部分减低相应后备时间会减低很多。

一些UPS厂家定义电池的寿命终止为容量降至标称容量的50-60%。

绝对禁止不同容量和不同厂家的电池混用，否则会降低电池寿命。

若两组电池并联使用，应保证电池连线，汇流排阻抗相同。

免维护电池意味着可以不用加液，但定期检查外壳有无裂缝、电解液有无渗漏等仍是必要的。

第十章、电池的维护和保养

现UPS一般多数选用免维护电池，维护较方便，但也需进行下列工作：

✓目视检测排气阀是否正常，电池外表是否有变形或膨胀漏液现象；

✓每三到四个月要放电一次，以防止极板氧化，如长期不停市电，应人工将电池放电，带50%以上负载放电，时间为1/4~1/3后备时间；

✓电池放电后应及时再充电，未充饱的电池再放电，会导致电池容量降低甚至损坏，所以必须配置适宜的充电器；免维护电池的最佳充电电流为0.1C左右，充电电流决不能大于0.25C。

充电电流过大或过小都会影响电池的使用寿命；

✓环境温度要保持在0度~+40度（建议15度~+25度），高温会缩短寿命，低温容量降低。

避免阳光直射；

✓电池使用中会产生氢气，所以要远离火源，保持通风，防止爆炸；

✓请保持环境清洁，过多的灰尘可导致蓄电池短路；

✓检视电池+、-极端子是否氧化，检查端子是否松动；

✓量测电池端充电电压（每一节电池的正常值为13.7~13.8VDC）；

✓责电池保养的人员建议在专业工程师的指导下执行电池保养或请专业工程师执行，避免触电情形发生；

✓使用三年后需及时检查更换。

电池使用越久，定期保养应越密集，避免市电中断UPS无法供电。

✓不同品牌、不同容量、不同新旧的电池严禁混合使用；

✓UPS带载过轻有可能造成电池的深度放电，应避免；

✓长期停用的电池（UPS）应充电后贮存，而且每半年需要对电池进行充放电一次，一般对电池进行浮充4~10小时左右，并在电池逆变状态下工作一段时间，再将其充满。

第十一章、电池的安时数是什么概念

　　安时数代表电池容量的大小。

电池的额定容量指25℃，以恒定电流放电20小时至终止电压（1.75V/单格），该电流的20倍即为电池的容量。

一般用AH数代表电池的额定容量，Cn表示20小时放电率。

有些电池是以10小时放电率计算的，用C10表示。

例：

100Ah/12V的电池指该电池以5A（0.05C）的电流恒定放电直至终止电压10.5V，可连续放电20小时。

电池放电时间与放电电流不是线性关系，如100Ah电池以100A的电流放电，则支持不了1个小时，只有数十分钟。

如以1A的电流放电，则会超出100小时（不推荐如此方式放电）。

第十二章、如何延长UPS的供电时间

延长不间断电源系统的供电时间有两种方法：

1、加挂电池箱：

优点是可依所需供电时间加挂数组电池箱，但须注意是此种方法会造成电池充电时间相对增加，另外也会增加维护设备、产品体积与成本，故需好好评估。

2、选购容量较大的不间断电源系统：

此方法不仅可减少维修成本，若遇到负载设备扩充，较大容量的不间断电系统仍可以立即运行。