ups 及其相关.docx

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ups及其相关

UPS的中文意思为“不间断电源”，是英语“UninterruptiblePowerSupply”的缩写。

它可以保障计算机系统在停电之后继续工作一段时间以使用户能够紧急存盘，使您不致因停电而影响工作或丢失数据。

它在计算机系统和网络应用中，主要起到两个作用：

一是应急使用，防止突然断电而影响正常工作，给计算机造成损害；二是消除市电上的电涌、瞬间高电压、瞬间低电压、电线噪声和频率偏移等“电源污染”，改善电源质量，为计算机系统提供高质量的电源。

它也可以使用在医疗、研究、桥梁等等一些不能断电的设备上。

组成

　　UPS目前分为在线式和后备式等，目前，主流的UPS厂商为台湾艾普斯,厦门科华、佛山BAYKEE（柏克），EAST（易事特）、深圳山特、北京东方和悦科技发展有限公司（艾佩斯）、overtop（顶尖）、东莞优玛电气UMART、APC、伊顿、爱默生、金武士、日月谭等，都提供各种级别的UPS满足不同用户群的需要。

不间断电源的组成从基本的应用原理上讲，UPS是一种含有储能装置，以逆变器为主要元件，稳压稳频输出的电源保护设备。

主要由整流器、蓄电池、逆变器和静态开关等几部分组成。

1整流器：

　　整流器是一个整流装置，简单的说就是将交流（AC）转化为直流（DC）的装置。

它有两个主要功能：

第一，将交流电（AC）变成直流电（DC），经滤波后供给负载，或者供给逆变器；第二，给蓄电池提供充电电压。

因此，它同时又起到一个充电器的作用；

2蓄电池：

　　蓄电池是UPS用来作为储存电能的装置，它由若干个电池串联或电池组并联而成，其容量大小决定了其维持放电（供电）的时间。

其主要功能是：

　　1.当市电正常时，将电能转换成化学能储存在电池内部。

　　2.当市电故障时，将化学能转换成电能提供给逆变器或负载；

3逆变器：

　　通俗的讲，逆变器是一种将直流电（DC）转化为交流电（AC）的装置。

它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成；

4静态开关：

　　静态开关又称静止开关，它是一种无触点开关，是用两个可控硅（SCR）反向并联组成的一种交流开关，其闭合和断开由逻辑控制器控制。

分为转换型和并机型两种。

转换型开关主要用于两路电源供电的系统，其作用是实现从一路到另一路的自动切换；并机型开关主要用于并联逆变器与市电或多台逆变器。

UPS的特点：

　UPS较之柴油发电机组，具有体积小、效率高、无噪声振动、维护费用低、可靠性高等优点，但容量相对较小，主要用于电子计算机中心、工业自动化控制中心等重要场所。

UPS工作方式

正常运行方式

　　不间断电源系统的供电原理是当市电正常时，机器会将市电的交流电转换为直流电，而后对电池充电，以备电力中断时使用；这里跟各位强调的是不间断电源系统并不是停电时才会动作，像是遇到电压过低或过高、瞬间突波等，足以影响设备正常运转的电力品质时，不断电系统均会动作，提供设备稳定且干净的电力。

当市电正常供电时，市电经滤波回路后，分为两个回路同时动作，其一是经由充电回路对电池组充电，另一个则是经整流回路，作为逆变器的输入，再经过逆变器的转换提供电力给负载使用；由此可知，在线式不间断电源系统的输出完全由逆变器来供应，因此不论市电电力品质如何，其输出均是稳定而不受任何影响。

　电池工作方式

　　一旦市电发生异常时，将储存于电池中的直流电转换为交流电，此时逆变器的输入改由电池组来供应，逆变器持续提供电力，供给负载继续使用，达到不间断的功能。

不间断系统的电力来源是电池，而电池的容量是有限的，因此不间断电源系统不会像市电一般无限制的供应，所以不论多大容量的不断电系统，在其满载的的状态下，其所供电的时间必定有限，若要延长放电时间，须购买长时间型不间断电源系统。

　　旁路运行方式

　　当在线式UPS超载、旁路命令（手动或自动）、逆变器过热或机器故障，UPS一般将逆变输出转为旁路输出，即由市电直接供电。

由于旁路时，UPS输出频率相位需与市电频率相位相同，因而采用锁相同步技术确保UPS输出与市电同步。

旁路开关双向可控硅并联工作方式，解决了旁路切换时间问题，真正做到了不间断切换，控制电路复杂，一般应用在中大功率UPS上。

如果在过载时，必须人为减少负载，否则旁路短路器会自动切断输出。

　　旁路维护方式

　　当UPS进行检修时，通过手动旁路保证负载设备的正常供电，当维修操作完成后，重新启动UPS，UPS转为正常运行。

极低的维护率，MTTR为15分钟，极大地提高UPS可用性。

[3]

UPS的分类

　　UPS作为计算机的重要外设，已从最初的提供后备时间单一功能发展到今天的提供后备时间及改善电网质量的双重功能，在保护计算机数据，改善电网质量，防止停电和电网污染对用户造成危害等方面起着很重要的作用。

目前，市场上的UPS品牌种类繁多，但可从电路主结构、后备时间、输入输出方式、输出波形和输出容量等五方面对其进行分类，其中从电路主结构进行分类是现行最被接受的。

　　早期的后备式UPS在市电供电正常时，市电直接通过交流旁路和转换开关供电于负载，交流旁路相当于一条导线，逆变器不工作，此时供电效率高但质量差。

在近年的后备式UPS往往在交流旁路上配置了交流稳压电路和滤波电路加以改善。

当市电异常（市电电压、频率超出后备式UPS允许的输入范围或市电中断）时，后备式UPS通过转换开关切换到电池状态，逆变器进入工作状态，此时输出波形为交流正弦波或方波。

后备式UPS存在切换时间，一般为4毫秒～10毫秒，但对一般的计算机设备的工作不会造成影响。

由于后备式UPS工作时输出波形大都为方波，供电质量相对较差，只适用于要求不高的场合，并且功率一般都较小，多在2000瓦以下。

但后备式UPS产品有着价格优势，比较便宜，适合于小型办公企业和家庭用户使用。

　　确定您所需UPS之功率（VA）值

　　您所保护之设备均会标示其功率（w）值或电流（A）值。

　　如是功率（w）值÷0.7=VA值

　　如市电流（A）值×220=VA值

　　将所有设备VA值相加得到总VA值，将总VA值加上20%~30%预备容量即得到UPSVA值

UPS的基本参数

1负载

负载可分三类，10kV·A以下为小负载，10～60kV·A为中负载，60kV·A以上为大负载。

2输出电压的谐波含量（失真）

谐波电压对电路中的参考电压及低电压工作的逻辑电路会造成噪声。

3非线性负载

指电感性负载或电容性负载。

在计算机系统中，非线性负载主要是主机、打印机（特别是激光打印机）和显示终端等；线性负载主要是磁盘和磁带设各。

一般小负载是非线性负载；中负载是线性与非线性负载相近或其中一种稍大；而大负载一般是线性负载，因为大负载由多台设备构成，运行中此起彼伏，宏观看起来总负载比较稳定。

4阶跃负载

当一部分负载接通或断开时，都会使负载产生阶跃变化。

由于UPS不能瞬时更正这种突然变化的电流9输出电压就会产生相应的变化。

小负载由于只接很少的设各，有时会出现100％的阶跃负载。

中等负载出现的阶跃不超过50％。

而大负载只有在不正常的运行状态下才可能出现超过z5％的阶跃负载。

一般的逆变器设计都能满足小于25％的阶跃负载。

5输入电压可变范围

输入电压可变范围宽，相对来说可以减少电池供电的机会，延长电池使用寿命，适用范围也广，但并非越宽越好，对于在线式UPS，输入电压可变范围越宽，成本越高，输入电压下限过低时，往往不能做到满载输出。

后备式及互动式UPS的电路结构决定其输入电压范围不能过宽，否则输出稳压精度较差。

　　当输入电压超过上限值时，应报警并转换到电池供电，整流器自动关闭，当输入电压恢复到允许范围内时，退出电池逆变模式，转为市电供电工作状态。

当输入电压低于下限值时，UPS应报警并转换到电池供电。

做这项试验时，要准确观察UPS的工作状态，当电池投入工作时，就应该记取限值，而不是UPS关断时再记取限值。

而且，比较准确的方法是接额定负载，因为有的UPS在低压状态降额使用，但并不报警或转换，采用相同的试验方法增加了可比性。

6输入功率因数

输入功率因数低，意味着从电网吸取有功功率的同时还要吸收大量无功功率，其结果是增大系统配电容量，输入无功功率大还将造成电力公害，输入谐波电流污染市电，UPS以脉动的断续方式向电网索取电流，由于电网系统中存在着传输阻抗，谐波电流在传输阻抗上形成脉动电压叠加在电网电压上，造成电压波形失真，使由同一电网供电的变压器、电动机等产生附加谐波损耗、过热、加速绝缘老化，高次谐波对通信线路、测量仪器产生辐射干扰，影响电表计算精度。

　后备式及互动式UPS本身不产生谐波电流，其带线性负载时，输入功率因数是很高的，但实际使用中，负载通常是PC机等整流/容性的非线性负载，UPS没有功率因数，校正电路会将负载的低功率因数传递给UPS的输入端，从而污染电网。

　在线式UPS双变换的第一级整流采用可控硅整流或二极管整流桥加滤波电路，UPS向市电吸收非正弦电流，采用无源校正方法，单相UPS的输入功率因数可达0.8，三相UPS的输入功率因数可达0.9，而采用有源校正方法，UPS的输入功率因数可达0.98以上。

7输入电流谐波成份

输入电流谐波成份（TDHA）是指输入电流中非基次电流成份占总电流的百分比，该指标越低，说明UPS从市电吸收的谐波电流相对越小，对市电造成的污染越轻，机器性能越好。

输入电流谐波成份形成的输入功率是无功的，是造成输入功率因数低的重要原因，输入电流谐波成份对电网电压的污染比由基波电压电流相移形成的低功率因数的危害更大。

　　测试前应充分了解所用仪表的使用说明，根据不同的计算方法得出正确的数值。

某些仪表直接给出输入电流谐波成份占总电流的百分比，而某些仪表直接给出非基次电流成份，还需进行换算，这在测试中应予以注意。

8输入频率变化范围　　

输入频率变化范围越宽，由电池逆变供电的机会相对要少，从而延长电池的使用寿命，尤其是输入为油机供电时，油机的频率变化范围很宽，若UPS输入频率变化范围宽，适应能力就强。

UPS由发电机或频率不稳定的专用电源系统供电时，在输出突然加载和负载电流中有高次谐波成份时，其输出电压频率和幅度会发生较大变化，若UPS的输入频率变化范围过窄，UPS与发电机就容易失去匹配，造成UPS无法稳定工作。

有的产品的变化范围可达±5Hz，还能适应输入频率60Hz的场合。

9频率跟踪范围

交流供电时，UPS输出频率跟踪输入交流频率的范围就是频率跟踪范围。

转换开关只有在同步时才能顺利转换，否则，瞬时的环路电流将损坏机器，或存在较大的转换时间，另外，随时保持同步使输出电压不至于在逆变/旁路转换过程中发生较大的相位变化。

跟踪状态时，UPS的输出频率与输入频率一致，频率跟踪范围宽，意味着输出频率的变化范围也宽，计算机对频率不很敏感，选用频率跟踪范围宽的UPS较好。

10频率跟踪速率　

UPS输出频率与输入交流频率存在偏差时，UPS输出频率跟踪输入交流频率变化的速度，以Hz/s表示，输入频率由跟踪频率范围下限至上限突变时，输入频率突变范围与输出频率跟踪至输入频率上限时，所用的时间比值即为频率跟踪速率。

制定该指标的目的是为了保证输出频率变化平稳，不应出现很大的瞬变现象。

频率跟踪速率过大时，逆变器对市电频率的变化过于敏感，当市电电压波形高次谐波成份过大，或波形失真严重时，逆变器都可能误认为市电频率变化而盲目跟踪，从而造成逆变器工作频率不稳定或抖动，反之，如果频率跟踪速率过小，则在市电频率发生变化的过程中，逆变器工作频率大部分时间处于与市电频率不同步的状态，一旦输出过载或逆变器故障，逆变向旁路转换的可靠性就会受影响。

本标准的1Hz/s是根据UPS的实际运行情况的经验数据确定的。

7输出电压稳压精度与输出频率

　UPS的稳压精度高对负载设备是大有好处的，对于计算机，如果UPS的稳压精度高，计算机内的开关电源承受的应力变化小，可靠性就会提高。

输出电压稳压精度与电路结构、控制方式、技术及成本等因素都有关，一般来说，在线式的UPS都有较高的稳压精度。

　　UPS不论何种电路结构在市电供电状态下都不具备稳频功能，而是跟踪输入频率，所以强调该项试验是在电池逆变工作时。

11动态电压瞬变范围和瞬变响应恢复时间

　输出动态响应恢复时间的定义是：

在输入电压为额定值，输出为线性负载，输出电流由零至额定电流或由额定电流至零突变时，输出电压恢复到输出稳压精度范围内所需要的时间。

这里取稳压精度为±5%，因为这是稳压精度合格的最低要求。

瞬变电压过大，会产生较大的浪涌电流，对负载和UPS本身都很不利。

标准中未对电流变化率做出规定，测试时有以下情况：

（1）子负载　　负载可周期性地从零突变到额定电流并从额定电流突变到零，试验波形也成周期性变化，可用一般的记忆示波器显示波形就可读出数值，而不必强调负载突变与锁定波形时机的配合，也不必把示波器设置为单次触发，有时单次触发时抓到的波形不一定是负载突变时的波形。

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（2）气开关或电子开关　　通过空气开关或电子开关的通断，负载一次性地从零突变到额定电流或从额定电流突变到零。

可记录多幅画面、类似于记录仪的示波器，可以比较准确地记录突变波形。

做这项试验时，不宜用灯泡做负载，因为灯泡的冷态电阻很小，突然加电时瞬间电流很大，可能远远超过UPS的额定电流，造成试验数据的不准确。

12市电、电池切换时间　

市电中断时，UPS从市电供电转为电池供电，在这个转换过程中，UPS输出可能会出现短暂的断电时间，称为输出电压切换时间。

但本标准未对断电时间给出明确定义，有几种理解：

1、电压完全为0的时间；

2、电压降至超出负载允许的下限值的时间；

3、电压降至超出标准规定的第Ⅲ类稳压精度指标的时间。

从产品是否合格的角度考虑，UPS只有满足第Ⅲ类稳压精度指标才是合格产品，因此，检测方法统一为第三种可以增加可比性。

在线式UPS在市电供电和电池供电情况下，都将电压转换成一个中间直流电压，有较大的电解电容，因此一般市电、电池切换时间为0。

后备式和互动式在市电不佳时通过继电器切换，一般存在几毫秒的切换时间。

13旁路逆变切换时间

　该项试验未规定负载状况，标准中强调是逆变器故障时的逆变转旁路的切换时间，但一般UPS输出过载或过温时，都会从逆变工作方式转为旁路工作，可用记忆示波器记录此瞬时的UPS输出电压波形，由示波器上读出切换时间。

在线式UPS一般不会有断点，但波形幅度会有瞬时变化，当旁路转逆变时，相当于UPS的逆变器突然加载，输出波形可能会有±10%的变化。

测试该项指标时,不应采用关断逆变器的方法,应用超载或手动控制切换置旁路。

　　一般情况，UPS开机瞬间是旁路工作，之后转向逆变工作，用记忆示波器记录此瞬时的UPS输出电压波形，由示波器上可读出旁路转逆变的切换时间。

14输出功率因数

　这个指标是对UPS带载能力的考察。

现在UPS在实际使用中均向PC、服务器这类非线性负载供电，其输入功率因数一般是0.7左右，所以对于10kVA的负载，除了7kW有功功率以外，还需7W的无功功率，若UPS的输出功率因数只能达到0.8，那只能提供6kW的无功功率，无法满足需要，而只能增大UPS的输出容量至11.7kVA。

因此，仅看UPS的输出容量和带有功功率的能力，而不考察其输出功率因数是不够的。

15输出电流峰值系数

　　当输出电流中存在着周期性非正弦波电流峰值时，UPS所允许的最大非正弦波电流峰值与输出电流有效值之比就是输出电流峰值系数。

这个指标越大，说明带负载能力越强。

正弦波的峰值系数是1.414，PC、服务器这类非线性负载的电流峰值系数在2.5～3.0之间。

UPS按工作原理分成后备式、在线式与在线互动式三大类：

　　后备式UPS是我们最常用的，它具备了自动稳压、断电保护等UPS最基础也最重要的功能，虽然一般有10ms左右的转换时间，逆变输出的交流电是方波而非正弦波，但由于结构简单而具有价格便宜，可靠性高等优点，因此广泛应用于微机、外设、POS机等领域；

　　在线式UPS结构较复杂，但性能完善，能解决所有电源问题，其显著特点是能够持续零中断地输出纯净正弦波交流电，能够解决尖峰、浪涌、频率漂移等全部的电源问题；由于需要较大的投资，通常应用在关键设备与网络中心等对电力要求苛刻的环境中；

　　模块化UPS与传统UPS相比有诸多优点，代表UPS的发展方向之一，但目前还存在成本高，部分产品实际的可靠性并不如理论计算值高，但安全系数已经远远超过传统UPS；对模块化UPS的研究将有利于促进模块化的可靠性提高，从而提高模块化UPS在客户中的认可度，加快模块化UPS的发展。

EAST（易事特）模块化UPS每个模块就是一台独立工作的UPS，功率段齐全可选，高效率低干扰，环保节能，安全系数高。

根据设备的情况、用电环境以及想达到的电源保护目的，可以选择适合的UPS；例如对内置开关电源的小功率设备一般可选用后备式UPS，在用电环境较恶劣的地方应选用在线互动式或在线式UPS，而对不允许有间断时间或时刻要求正弦波交流电的设备，就只能选用在线式UPS。

在线式　在线式UPS（On-LineUPS）的运作模式为“市电和用电设备是隔离的，市电不会直接供电给用电设备”，而是到了UPS就被转换成直流电，再兵分两路，一路为电池充电，另一路则转回交流电，供电给用电设备，市电供电品质不稳或停电时，电池从充电转为供电，直到市电恢复正常才转回充电，“UPS在用电的整个过程是全程介入的”。

其优点是输出的波型和市电一样是正弦波，而且纯净无杂讯，不受市电不稳定的影响，可供电给“电感型负载”，例如电风扇，只要在UPS输出功率足够的前题下，可以供电给任何使用市电的设备。

后备式

后备式工作原理

后备式又称为非在线式不间断电源（Off-LineUPS），它只是“备援”性质的UPS，市电直接供电给用电设备也为电池充电（NormalMode），一旦市电供电品质不稳或停电了，市电的回路会自动切断，电池的直流电会被转换成交流电接手供电的任务（BatteryMode），直到市电恢复正常，“UPS只有在市电停电了才会介入供电”，不过从直流电转换的交流电是方波，只限于供电给电容型负载，如电脑和监视器。

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。

UPS电池容量计算方法

　　1、计算蓄电池的最大放电电流值：

I最大=Pcosф/（η*E临界*N）　注：

P→UPS电源的标称输出功率cosф→UPS电源的输出功率因数（UPS一般为0.8）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）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）N→每组电池的数量（由各品牌各系列产品而定）2、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　3、时间与放电速率C

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

4、以柏克UPS电源MTT系列300KVA延时30分钟为例：

已知：

柏克MTT系列UPS电源电池节数N为32节，功率因素cosф为0.8,逆变器效率η为0.9,根据：

I最大=Pcosф/（η*E临界*N），则最大放电电流=标称功率300000VA×0.8÷（0.9效率*32节*10.5V每节电池放电电压）=794AH又知30分钟电池的放电速率C为0.92，根据：

电池组的标称容量=I最大/C　电池组的标称容量=794÷0.92C=863AH电池组的总容量=863AH×32节×12V=331392AH由些可得需要用电池150AH32节6组电池柜6个尺寸800*900*2000.

实际负载情况：

P=∑Pi/f

　　即实际所有负载的总和∑Pi，再除以功率因数f，f=0.6~0.8,即可得到实际负载容量P。

UPS电源

电池供电时间计算

　　电池供电时间主要受负载大小、电池容量、环境温度、电池放电截止电压等因素影响。

一般计算

　　UPS电池供电时间，可以计算出电池放电电流,然后根据电池放电曲线查出其放电时间。

电池放电电

　　流可以按以下经验公式计算：

　　放电电流=UPS容量（VA）×功率因数/电池放电平均电压×效率

　　如要计算实际负载放电时间，只需将UPS容量换为实际负载容量即可。

　　从以上的公式780/0.6=1300W=1.3KVA,山特C3KS是3KVA容量的应该能维持2小时电力，如果还怕不够的话可以选容量5KVA的,当然价格要比3KVA的贵一些。

　　如果您对以上计算稍嫌复杂，还有一个简单的方法：

你要计算的话要把实际负载W转换为VA.服务器等设备一般功率因素是0.8（如果是8000W的话就是8000/0.8=10000VA）。

电池包的选型，现在主流电池都是12V的不同的是"AH数",也是就"安时数",一般UPS的电池要求都是12的倍数.说到这不知道你理解了没有，打个比方如果电池包是24V的话那就要用两组12V的串联（道理你应该清楚吧?

）另外AH数是电池上标的,有很多种。

然后我们就算每组电池的电池数，一个很简单的算法,但是并不是非常精确（电池包电压数*AH*电池个数=负载功率*延时时间）根据这个你算出电池个数来就可以了。

发电机组的各类参数

不平衡负载能力；

稳态电压调整率；

稳态频率调整率；

瞬态电压调整率；

瞬态频率调整率；

电压恢复时间；

频率恢复时间；

注：

电特性为自动检测，数据由负载本身计算机自主计算。

检测UPS：

输出电压稳压精度；输出电压不平衡度；动态电压瞬变范围；过载能力；市电电池切换时间；旁路逆变切换时间;后备时间。

停机保护功能：

发电机组检测维护用交流假负载于一般的交流假负载、负载箱的基础上，增加了智能控制系统，可进行缺相、过欠压等保护设定，一旦设备检测出的参数超出所设参数，设备将发出声响报警，并自动停机保护。

智能控制及数据处理功能：

（1）通过对检测设备进行参数设置，可实现自动检测。

（2）在线监测被测设备的电气参数。

（3）数据转存：

检测结束后，可把采集的数据转存到U盘。

（4）数据处理软件功能：

数据处理软件与检测仪配套使用。

可设置检测参数，对检测仪检测到的各项电气参数、运行状态及异常记录进行分析和处理；智能查询，显示、打印图表。

查询功能：

查询柴油发电机组检测数据，检索异常记录。

联机通讯：

检测仪可通过接口与上位计算机连接。

并机功能：

同型号产品可以并机，该设备配备数字并机接口，由主机统一控制，记录检测过程。

ATS

ATS全称为"自动转换开关电器"，是Automatictransferswitchingequipment的缩写。

ATS主要用在紧急供电系统，将负载电路从一个电源自动换接至另一个（备用）电源的开关电器，以确保重要负荷连续、可靠运行。

因此，ATS常常应用在重要用电场所，其产品可靠性尤为重要。

转换一旦失败将会造成以下二种危害之一，其电源间的短路或重要负荷断电（甚至短暂停电），其后果都是严重的，这不仅仅会带来经济损失（使生产停顿、金融瘫痪），也可能造成社会问题（使生命及安全处于危险之中）。

因此，工业发达国家都把自动转换开关电器的生产、使用列为重点产品加以限制与规范。

互动热备份（ATS）。

　　ATS又可解