毕业论文UPS电源的工作原理与应用.docx

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毕业论文UPS电源的工作原理与应用

石家庄**********学院

毕业生毕业设计（论文）

学生姓名：

***

学生学号：

***********

专业：

计算机应用技术

系别：

计算机系

指导教师：

**

指导系部：

计算机系硬件教研组

2008年4月15日

先控电源公司UPS60KVA的结构与说明

专业：

计算机系计算机应用技术班级：

3班姓名：

***指导教师：

**

摘要：

随着通信与网络技术的蓬勃发展，网络化、集成化趋势正以前所末有的速度和深度影响着我们的生活。

UPS电源在网络系统、智能大厦等项目的集成、各行业的实时监控、运算系统供电质量等项目中要求变的越来越高。

而传统的UPS系统存在单机故障率高、可扩展性差、可管理性差、维护成本高昂等种种弊端，市场已强烈需要新一代更具精密性与综合性、更能灵活管理、更安全可靠的UPS电源登台演绎。

“TIAN3”系列模块化UPS电源，正是引用先进高科技技术作为电源保护新概念而推向市场的绿色模块化UPS。

Abstract:

Withcommunicationsandnetworktechnologyinthevigorousdevelopmentofnetwork-based,integratedbytheendofthepasttrendisthespeedanddepthofimpactonsomeofourlife.UPSinnetworksystems,intelligentbuildingprojectssuchasintegrated,real-timemonitoringoftheindustry,computingsystems,suchasthequalityofpowersupplyprojectsintheincreasinglyhighdemandschange.TheUPSsystemisthetraditionalsinglehighfailurerate,whichcanbeexpandedandpoor,poormanagement,highmaintenancecostsandotherdrawbacks,themarkethasbeenastrongneedforanewgenerationofmoresophisticatedandcomprehensive,moreflexiblemanagement,safeandreliablestageinterpretationofUPS."TIAN3"seriesmodularUPSpowersupply,hightechnologyistheuseofadvancedpowerprotectionasanewconcepttomarketgreenmodularUPS.

关键词：

先控电源公司、UPS、TIAN3（60KVA）、静态开关模块、系统监控模块、功率模块

Keywords:

Controlsthepowersourcecompany、UPS、TIAN3first（60KVA）、thestaticstateswitchmodule、thesystemmonitoringmodule、thepowermodule

1企业简介

1.1公司概况

SICON－－争全国销量第一，创世界一流品牌！

河北先控电源设备有限公司是由总部位于意大利米兰的世界最大的专业电源厂商之一，意大利先控集团在中国投资兴建的专业生产模块化UPS及配套产品的生产企业，也是先控集团在亚洲设立的模块化UPS产品的研发和生产基地。

公司注重人才培养，主要管理及技术人员均要接受严格的培训，现有员工120余人，其中80%以上具有大专学历，研发人员占职工总数的40%，高级研发人员29名，我们不断研究、开发新的产品，使产品不但在技术上始终领先，而且能不断满足客户新的需求，现已拥有全部产品的完整知识产权；拥有达到业界先进水平的电源生产、研发所需的各种电子测量仪器、整机测试设备、环境试验设备，以及焊接、调试、电装流水线；拥有先进的生产管理技术和完备的质量管理体系。

公司已全面通过了英国劳氏ISO9001（国际标准化委员会）-2000质量体系认证，产品从设计、生产、质量和售后服务已获该委员会认可。

先控生产的模块化UPS还得到国内标准（如泰尔认证）认证机构的认证证书，产品的先进性、可靠性和适应性居于世界前列。

作为先控集团在亚洲的研发和生产基地，产品不仅满足中国市场的需求，还出口到世界其它的国家和地区，同时，我们也为世界其它知名品牌提供模块化UPS系统的特定设计和OEM的订制服务。

先控在北京和上海分别设立办事处负责全国的市场销售和渠道网络建设，在广西、乌鲁木齐、济南、哈尔滨等各地都设有联络处，在全国范围内建立了一套完善的销售、服务体系。

同时拥有多名技术人员经过专门的培训和严格的考核，从事售前技术支持、售后服务及技术咨询服务。

在主要办事处所在地设有备件仓库，储存大量备件，并在全国范围内建立了服务点，保证了及时快速地响应用户的各种需求。

先控的发展目标就是提供优质化的产品和专业化的服务，成为机房整体解决方案的一流供应商。

争全国销量第一，创世界一流品牌。

1.2先控产品的主要优势

（1）模块化UPS系列最全，隔离型系统单台模块容量有3KVA、5KVA，非隔离型模块容量有6KVA、10KVA及15KVA；

（2）模块化UPS在通信行业使用范围最广，涉及电信、网通、铁通及联通；

（3）模块化UPS在通信行业使用年限最长，2003年开始至今；

（4）完善的售后服务体系；

（5）成熟的供应链；

（6）国际优秀品牌。

2产品举例说明（60KVA）

2.1系统概观

先进的第三代模块化UPS系统

随着通信与网络技术的蓬勃发展，网络化、集成化趋势正以前所末有的速度和深度影响着我们的生活。

UPS电源在网络系统、智能大厦等项目的集成、各行业的实时监控、运算系统供电质量等项目中要求变的越来越高。

而传统的UPS系统存在单机故障率高、可扩展性差、可管理性差、维护成本高昂等种种弊端，市场已强烈需要新一代更具精密性与综合性、更能灵活管理、更安全可靠的UPS电源登台演绎。

“TIAN3”系列模块化UPS电源，正是引用先进高科技技术作为电源保护新概念而推向市场的绿色模块化UPS，其具备的卓越优势不仅仅是智能型的电源保护系统，除了包含传统UPS的整流、滤波、充电、逆变器的装置外，还采用了平均电流控制整流技术、顺位主从同步控制技术和三阶正弦波逆变的新型概念技术，在降低运行维护成本的同时可提供更高的效率、更灵活的机动性及更好的可靠性。

第三代工业级模块化UPS系统“TIAN3”是在线式完全模块化UPS系统。

“TIAN3”不仅具有并联冗余的特性，可以完全取代传统的1+1、2+1并机系统，而且是一个“绿色电源”方案，具有高输入功因数、低谐波失真、高效率以及高稳定性和可靠性的优点，配合功能强大的监控软件及全面的通讯介面，适合精密设备及机构，尤其电信行业的应用。

“TIAN3”系列模块化UPS电源主要由系统监控器、静态开关以及1到36个5KVA的UPS功率模块所架构而成，各模块均是智能型可独立运行，即使系统监控器发生故障，“TIAN3”系统也可以维持正常输出而不会出现停机的情况，且静态开关也可保持正常功能不会出现误动作。

各功率模块，可随意热插拔更换，依客户的需求来调整系统容量，进行配置或维护，架构成N+X的冗余性能。

所以“TIAN3”是一个真正完全模块式的UPS系统，它既有效的提升了系统的稳定性和可靠性，又方便用户的系统升级，同时降低了扩容成本。

“TIAN3”采用标准的结构设计（如图1），对空间需求低；模块为基础的安装维护模式，简易而全面的操作介面，配合各种优异的性能，为用户提供一个最完美的电源管理方案。

图1　CMS-150系列模块化UPS结构图

2.2性能优势

（1）冗余性

TIAN3为并联冗余UPS电源，三进单出或三进三出多制式运行。

整体由监控单元、配电单元、配电单元、静态开关（STSW）以及1到12个（可扩展至3个机柜共安装36个功率模块）额定容量为5KVA的功率模块所结构而成，功率模块可采用热插拔模式随意进行扩充、更换。

TIAN3系统阵列中的所有功率模块平均负担系统负载，各关联模块皆为内置冗余的智能型独立个体，无需监控单元对并联系统集中控制。

任何模块发生故障后（包括监控单元），IMS的冗余设计便会充分发挥效用，全面保障设备正常运转，实现最大程度的故障冗余，同时用户可根据需要选择超过一次容错率的冗余。

表一几种UPS系统的对比

传统单机

1+1并机

模块UPS-TIAN3

UPS系统出现故障后，客户必需转旁路甚至关机进行维修

UPS系统仅有一次容错率，任何一台UPS出现故障，供应商的技术人员必需及时赶往现场进行故障排除

N+X架构，客户可选择超过一次以上的多次容错率，无需供应商的技术人员赶往现场进行故障排除，用户可自行更换

（2）扩展性

IMS电源的系统结构极具弹性，功率模块的设计概念是在系统运行时可随意移除和安装而不影响系统的运行及输出，使投资规划实现“随需扩展”，让用户随业务发展实现“动态成长”，既满足了后期设备的随需扩展，又降低了初期购置成本。

用户在预计UPS容量时，时常会出现低估或高预计情况，TIAN3可有效的解决以上问题（如图2），帮助用户有未来发展方向尚不明确的情况下分阶段进行建设和投资。

当用户负载需要增加时，只需根据规划阶段性的增加功率模块。

图2传统UPS无法扩容造成的资源浪费

（3）可用性

TIAN3具有超强的并联功能，是高端UPS技术的领先代表，其平均无故障时间值（MTBF）是传统UPS的1.5倍,平均无重大故障值（MTBCF）是传统UPS系统的3倍,平均修复时间值（MTTR）传统UPS为停机维修8小时,而IMS在系统正常运行状态下仅需5分钟。

极高的可用性更显出TIAN3所具备的完善保护功能和安全使用能力，确保系统本身和用户设施负载保护时间成倍提升。

（4）灵活性

TIAN3的电池组（240V）由系统中所有UPS模块共享（包括充电和放电）。

可按用户需求使用一组电池或并联多组电池来增加系统备用时间。

此外TIAN3还可配接通信和电力行业现有的48V、110V、220V的电池组，大量节省用户对电池组的投资和维护。

传统UPS因为电池故障造成供电失败的案例很多，是因为传统机的电池电压高、数量多、维护不便造成电池寿命减低；TIAN3电源采用灵活的电池接入方式，减少了电池电压和数量，有效的解决了传统UPS存在的上述问题，提高了电池组的使用寿命。

（5）安全性

TIAN3的功率模块采用三相无中线输入，内置交、直流隔离变压器，市电输入、电池组和交流输出三者之间彻底隔离，可完全抑制电网中的各种浪涌干扰对设备和负载的冲击。

TIAN3电源在线运行时，无论三进单出或三进三出工作方式，无论输出的负载是否平衡，输入市电的零线均电流、无电压，因此可以满足各类关键设备对零地电压的安全要求。

（6）管理性

电源管理：

内置完善的电源分析及多种通讯界面，其图形化的监控界面和自我测试功能，配备智能化监控软件，通过各种通信接口与管理员进行双向互动沟通，使管理员随时对系统进行远程监控，对一些异常现象进行预处理，使系统始终平稳可靠运行；如系统发生异常时，TIAN3亦同样会将异常情况发送给客户。

若有关人员不在现场，TIAN3将会在供电时间结束前动终止系统软件的运行程度，禁止用户登录、自动存盘、保持现场等，并通过网络向用户发出警告信息，通报有关电源异常状况。

客户可TIAN3发送的信息来判断异常情况的紧急程度，以决定应变措施。

TIAN3功能强大的监控单元，全面独到的双向互动式监控技术，可协助客户全面掌控系统运行状况，灵便快捷的对系统危机做出即时处理，免除您的后顾之忧。

（7）维护性

传统的UPS系统在日常维护、设备维修期间均需采取转旁路的工作方式，负载因此不受UPS保护，此时如果发生交流电源中断、过载等故障，势必造成负载电源供应中断或设备损坏。

同时设备维修还需要经过一系死烦琐的程序：

系统管理员通知厂家——厂商赶至维护现场——停电维修

为了解决类似的可靠性瓶颈，TIAN3采用了先进的UPS模块热插拔技术，单体模块可任意在线投入或退出并联单元，无需停电操作。

实现了并联系统的在线维护，同时该操作无需专门的仪器和技术即可进行。

TIAN3通过热插拔技术使单体功率模块可任意在线投入或退出，攻克了传统UPS转旁路维修的技术难题，使维护超常便捷，同时实现了UPS随意扩展和冗余两大性能，充分满足用户实际需求。

2.3技术参数

表二几种UPS模块的参数比

名称型号

TIAN-060

TIAN3-120

TIAN3-180

进出线方式

三进单出、三出

三进单出、三出

三进单出、三出

输出容量

60KVA以内

120KVA以内

180KVA以内

电路结构

在线式连续无间断

输出波形

正弦波

外观（W*D*Hmm）

600*600*2000

1200*600*2000

1800*600*2000

表三交流输出

输出电压

220V

380V+N

输出方式

单项

三相

功率因数

0.8

电压失真度

线性负载≤3%,非线性负载≤5%

输出频率

市电在50Hz+10%内时,输出跟踪市电频率,相位差不小于3度;市电超限或电池供电时输出为50Hz+0.2%

峰值因数

3:

1

整机效率

≥85%

均流精度

≤5%

转度时间

≤4ms

动态响应瞬变范围

负载在0%-100%或100%-0%之间变化其输出电压≤2%

负载不平衡能力

----

可承受100%不平衡负载

噪声：

（1m）

≤55DB

显示方式

240x128点阵LCD

电磁兼容满足

EN50091-2CLASSB

抗干扰满足

IEC1000-4-2.3.4.5.11

安全规范要求

CCEE（EN60950）

2.4系统描述

2.4.1UPS基本组件—模块

UPS功率模块是此系统的核心，它可以依据容量需要装配1到36个模块。

在“TIAN3”系列模块化UPS电源中，功率模块是组成N+X冗余系统的基本单元，它采用三进单出在线式三变换技术，将市电整流和直流变换、升压后重新逆变成交流为负载提供持续稳定的电力，输出容量为5KVA。

先进、可靠的工作方式

功率模块采用三进单出在线式三变换技术，将市电整流和直流交换、升压后重新逆变成交流为负载提供持续稳定的电源。

其输入市电为三相三线380V/50Hz，输入直流为240V或110V、220V等电力专用电池组，输出为220V/50Hz正弦波交流电压。

模块内置交、直流隔离变压器，市电输入、电池组和交流输出三者之间彻底隔离，可完全抑制电网中的各种浪涌干扰对设备和负载的冲击，因此可为负载提供全方位的保护。

完善的保护功能

模块内部具有开机自检功能、交流输入过\欠压保护、交流输出过\欠压保护、短路保护、过温保护、环流超限保护、输出异常自动脱离保护、电池过放电保护等。

智能通信接口

模块具备RS485通信功能，可与系统监控器进行通信，随时发送和接收工作指令及各种告警信息（如图3）。

图3单体UPS模块CM15结构图

2.4.2系统监控器

“TIAN3”监控单元主要用来进行监视，诊断及通信“TIAN3”的监控单元是由ATMEL公司的16位微控制器与MICROCHIP公司的8位微控制器组成，电路结构简单，可靠性极高。

界面采用5键菜单形式（如图4），操作简便灵活。

图4系统监控外形图

2.4.3静态开关STSW

在TIAN3模块化UPS电源中，静态开关模块主要用于逆变输出和交流旁路电源之间的快速切换，以全面提高系统的供电安全性和可靠性。

静态开关模块接收两组AC输入，选择一组输出，在线工作情况下，静态开关将功率模块逆变输出连接到系统输出上，如果功率模块在某一特定时间内不能提供足够的电压，通过检测时间，静态开关立即切换到旁路电源（如图5）。

图5系统静态开关外形图

1先进、可靠的工作方式

静态开关采用混合型控制技术，由快速半导体器件（可控硅）和电磁接触器并联组成的高效AC开关，它既解决了切换时间问题（≤4ms），又提高了静态开关的抗冲击和抗短路能力，使系统的可靠性、稳定性大大提高。

2完善的保护功能

静态开关内部具备自检功能；互锁功能；系统过压、欠压保护功能；瞬间掉电保护功能；输出过载、短路保护功能等。

3先控实习的感想与体会

通过这四个月的学习与工作，我学到时了很多关于电学方面的知识、深入浅出的电路原理。

同时也感谢学校和先控公司给了我这个学习的机会。

我的工作是电装，接触的是最基本的内容，但这四个月对于我来说，是一个过程，是一个了解电学的平台，同时，这次实习也给我在以后从事电学工作中垫定了非常扎实的基础，成为我的一个跳板，只有拥有扎实的基础，才会有以后的成绩。

我们四层的工作过程是：

领料（备料）---插件---浸焊---剪腿---修板---刷板---检验等。

装整机、绕变压器、绕电感和做线也是其中的工作，每件工作我都去做过，做每件工作都能学到知识，例如，修板，它的技巧在于每个焊点不要虚焊、漏焊、焊点不饱满等，电阻的高低度等等。

在这段实习的日子中，从师傅们和同事们身上学到了很多关于工作上的技巧，看到她们熟练的程度，我们不得不对她们刮目相看，但是随着学习和练习，我在工作中也获得了一些小的成绩。

但这些远远不够的，我想只有努力认真，一步一个脚印的学习，才能取得更大的成绩，才能让别人认可自己。

总之，这四个月的实习过程中，我学到的是在学校不熟悉的内容，所以我会更加努力认真的学习，争取学到更多更有技术的知识和自己动手能力，不让学校对我失望，让公司认可我的能力。

毕业论文总结：

通过这近五个月的学习与工作，我完成了《先控电源公司UPS60KVA的结构和说明》，在先控电源公司工作的过程中，我慢慢摸索着关于UPS的知识，由简单的识别电路，到最终的装配，同时，对模块的作用的维护和清理也都有了了解与认识，一步一步，脚踏实地的完成了老师布置的论题。

这一次的任务对我来说是一个最新的尝试，也是一次挑战，只有在挑战中，才可以取得更好的成绩。

只要努力就有很好的收获。

同时，我也会在挑战中展现自己，让自己做得更好争取别人的认可。

参考文献：

[1]陈冀生,《TIAN3系列模块UPS》，2006年

[2]张占松，《开关电源的原理与设计》，电子工业出版社，2006年

[3]周志敏，《UPS实用技术应用与维护》，人民邮电出版社，2003年

[4]何希才，《UPS应用及其维修技术》，人民邮电出版社，1997年

[5]李成章,《新型UPS不间断电源原理与维修技术》，电子工业出版社，1995年