UPS基础知识培训资料ppt课件

w,UPS电源的 基础知识,UPS简介,目录,UPS的基础知识 UPS的定义 UPS的主要作用 UPS的分类和拓扑结构 UPS的基本组成 UPS的基本运行原理（单机/并机） 正常运行方式 电池后备运行方式 旁路运行方式 维修运行方式 UPS的基本技术指标,page 2,UPS的基础知识,UPS的定义 UPS是英文Uninterruptable Power Supply的缩写，中文译为“不间断电源”； 它是能够实现两路电源之间不间断地相互切换的电气装置； 从严格意义上讲，UPS不是一种电源，它不是依靠能量形式的转换来提供电能，它只是提供一种两路电源之间无间断切换的机会，这才是UPS的主要设计思想； UPS的价格之所以昂贵，就是贵在这种不间断切换的特点上,page 3,UPS的定义 UPS是电力电子技术的产品： 以电力为对象，以电子技术为手段实现控制的技术称为电力电子技术。它的主要任务是利用电力和电子器件实现对电能的控制和转换。 从1956年第一只可控硅（SCR）诞生之日起，即进入了电力电子技术的时代。70年代末期由微电子技术与电力晶体管（GTR）技术相结合，进入了现代电力电子技术的时代。 现代电力电子技术应用于所有的电气工程领域，例如：发电厂的储能设备、直流输电设备、动态无功补偿、电力机车牵引、变频调速电机、不间断电源、开关电源、中高频感应电炉、电视、办公自动化、通讯、汽车自动化、家用电器等等 。,page 4,UPS的基础知识,UPS的主要作用为什么要使用 UPS？ 随着电子技术的飞速发展，各种各样的用电器越来越多，而这其中的绝大部分都是非线性负载(Non-Linear Load)： 从电网提取电流的波形与电压波形不一致的负载； 阻抗随加在其两端的电压而变化的负载； 产生谐波电流的负载又称为畸变负载(Deforming Loads)或污染负载(Polluting Load); 一方面，这些非线性负载给电网带来了大量的谐波以及其它的干扰，使供电的质量越来越坏; 另一方面，一些重要的用电部门，如机场、医院、银行等和一些重要的用电设备：如计算机、通讯设备等，对供电质量的要求越来越高:不仅要求不停电，还要求电压、频率稳定，还要求波形准确完好。简而言之，需要有一个干净或净化的电源。,page 5,UPS的基础知识,这就使得负载与电网供电质量之间的矛盾日趋加深，必须解决。 在诸多的解决电源的方案中，UPS是最好的解决方案,UPS的主要作用解决电网中的骚扰 骚扰（disturbance）：任何可能引起装置、设备或系统性能降低或对有生命、无生命的物质产生损害作用的现象； 干扰（interference）：由骚扰引起的设备、传输通道或系统性能下降的现象； 从严格意义上讲，“骚扰”和“干扰”是两个不同的概念： “骚扰”是一种客观存在的现象； “干扰”是一种在“骚扰”作用下，使敏感设备受到影响时的现象。 （根据GB 4824-1996 的标准词汇，选用“骚扰”一词。）,page 6,UPS的基础知识,UPS的主要作用解决电网中的骚扰 停电：短时间的、长时间的.,page 7,UPS的基础知识,UPS的主要作用解决电网中的骚扰 电压变化：电压跌落、过电压、欠电压、电压尖峰、三相不平衡.,page 8,UPS的基础知识,UPS的主要作用解决电网中的骚扰 频率变化：频率波动、过高、过低、闪烁.,page 9,UPS的基础知识,UPS的主要作用解决电网中的骚扰 其它骚扰：高频瞬态冲击、谐波、电磁兼容性.,page 10,UPS的基础知识,UPS的主要作用电网中骚扰的解决方案 为了消除电网中的骚扰，必须制定有关的供电标准，如： EN 50160 定义了欧洲配电系统中的一些正常波动： 电压 +10% 到 -15% (每10分钟间隔的平均有效值)，其中每周95%的时间必须在10%的范围内； 频率 +4 到 -6% ，一年中有99.5%的时间在1%的范围内。 国家标准电子计算机场地通用规范（GB/T-2887-2000）中关于机房供配电要求： 频率：50Hz， 电压：380V220V， 相数：三相五线制或三相四线制单相三线制：,page 11,UPS的基础知识,page 12,UPS的基础知识,供电电源的分类： 一类供电：指需要建立不停电供电的电源系统 从两个可靠的独立的变电站各自引入一路供电线路； 两路电源不会同时检修停电的现象； 每条线路平均每月停电次数不大于一次； 平均每 次故障时间不应大于0.5小时（供电可用性为99.9）； 两路供电线路需配有自动切换装置。,page 13,UPS的基础知识,供电电源的分类： 二类供电：指需要建立带备用的供电系统 一路具有上述供电能力的市电输入； 一路用户自主起动的备用发电机组； 市电平均每月停电次数不应大于3.5次； 市电平均每次停电不应大于6小时（供电可用性为99）。,page 14,注：此处供电电源的可用性应是指UPS的输入端,UPS的基础知识,供电电源的分类： 三类供电：指一般用户供电 市电平均每月停电次数不应大于4.5次； 市电平均每次停电时间不应大于8小时（供电可用性为95）。,page 15,负载的供电等级 一级负载： 这种负载是指：如果突然中断供电，负载将不能工作，其影响将关系到国计民生的大事，或将会导致重大的人身伤亡和恶性事故的发生。例如国防建设、生产、交通运输、电信、财政、金融、航空管理等部门，一旦因供电突然中断将会造成难以弥补的重大损失。一级负载应采取一类供电，即对负载建立不停电的电源系统。 二级负载： 这种负载是指：如果突然中断，负载将不能正常运行，在一定的程度上造成一定的损失。例如一些科研单位、计算机过程控制的生产单位等。二级负载应采取二类供电，即需要建立具有备用电源的供电系统。 三级负载： 这种负载是指：一旦因突然中断供电不会引起过大的损失。,UPS的基础知识,2.隔离作用：将瞬间间断、谐波、电压波动、频率波动以及电压噪声等电网骚扰阻挡在负载之前，即使负载对电网不产生骚扰，又使电网中的骚扰不影响负载；,page 16,UPS的主要作用 1.两路电源之间的无间断相互切换；,UPS的基础知识,4.频率变换作用：输入频率等于或不等于输出频率，如50Hz/50Hz，50Hz/60Hz，包括稳频作用；,page 17,UPS的主要作用 3.电压变换作用：输入电压等于或不等于输出电压，如380V/380V，380V/220V，包括稳压作用；,UPS的基础知识,1)和5)是保证对负载供电的连续性； 2)、3)和4)是保证对负载供电的质量。,page 18,UPS的主要作用 5.提供一定的后备时间：UPS的电池贮存一定的能量，在电网停电或间断时继续供电一段时间来保护负载；后备时间为10分钟、30分钟、60分钟或更长。,UPS的基础知识,UPS的分类和拓扑结构 （1）被动后备式(Passive Standby，也称为离线式OFF-Line) 组成 充电器 逆变器 电池 滤波器/调压器 工作原理 见右图,page 19,UPS的基础知识,UPS的分类和拓扑结构 （1）被动后备式(Passive Standby，也称为离线式(OFF-Line) 应用：小于2KVA的UPS； 优点：电路简单，价格便宜； 缺点：频率不能调节，切换有间断。,page 20,UPS的基础知识,UPS的分类和拓扑结构 （2）线互动式(Line Interactive) 组成： 静态开关 双向逆变器 电池 旁路开关 工作原理： 见右图,page 21,UPS的基础知识,UPS的分类和拓扑结构 （2）线互动式(Line Interactive) 应用：此种配置不太适合作为中-大功率为敏感性负载的电源，因为无法进行频率的调节。由于这个原因，在除小功率以外的设备中很少采用这种配置。通常小于10KVA，用于非关键性负载。 优点：电路简单，价格便宜； 缺点：频率不能调节，动态特性差。,page 22,UPS的基础知识,UPS的分类和拓扑结构 （3）双转换式(Double Conversion，又称为在线式On-Line) 基本组成： 整流器/充电器 逆变器 静态开关(静态旁路) 手动旁路开关(手动维修旁路) 电池 逆变器串联在交流输入和负载之间 工作原理： 见右图,page 23,UPS的基础知识,UPS的分类和拓扑结构 （3）双转换式(Double Conversion，又称为在线式On-Line) 应用： 在这中配置中，由于使用了静态开关，将负载切换到逆变器所需的时间可以忽略不计； 而且，输出的电压和频率完全独立于输入电压和频率。这意味着这种类型的UPS可以被设计作为频率转换器使用。 实际上，这种类型是中大功率的主要配置（10KVA以上）。 注意： 这种类型的UPS常常被称作“在线式”，这表示负载由逆变器连续供电而不管交流输入电源的状态如何。 优点：稳压稳频、切换无间断； 缺点：价格昂贵。,page 24,UPS的基础知识,page 25,单机UPS的基本组成,1).整流充电器： 由可控硅三相全控整流桥功率电路和相应的控制电路组成。它将电源1输入的交流电变换成直流电，供给电池组充电及逆变器的输入。 2).逆变器： 由IGBT逆 变功率电路和相应的控制电路组成。它将整流充电器输入的直流电 变换为正弦交流电供给负载。 3).旁路静态开关： 由反并联的可控硅功率电路和相应的控制电路组成。它实现负载在逆变器与旁路电源2之间的不间断切换。 4).电池电路： 由可充电的电池组组成。将直流能量贮存在电池组中，当电源1停 电或超限时，向逆变器电路释放能量，以对负载进行后备式的供电。 5).各种隔离保护装置： a. Q1：整流器输入开关； b. QF1：电池电路保护开关； c. Q4S：电源2或静态旁路输入开关； d. Q5N：逆变器输出开关; e. Q3BP：手动维修旁路开关。,正常运行方式 正常运行方式：提供给负载的所有电力都经过整流/充电器和逆变器的双重转换（AC-DC-AC），双转换模式因此而得名。整流器/充电器对电池进行浮充电以保持电池处于满充状态。,UPS的基本运行原理,page 26,电池后备运行方式 市电停电或超限、电池放电工作方式：当交流输入电压超出UPS允许的容限范围或市电中断时，继续为负载供电。UPS ，逆变器和电池无间断地投入将持续运行直到电池放电时间终止，或在市电恢复正常时回到正常运行方式。,page 27,UPS的基本运行原理,恢复充电运行方式 市电恢复正常(充电)工作方式：提供给负载的电力都经过整流/充电器和逆变器的双重转换，同时整流器/充电器开始给电池进行恢复性充电。,page 28,UPS的基本运行原理,旁路运行方式 当停止逆变器时，负载可以无间断地切换到旁路交流输入(根据安装方式的不同由市电或后备电源供电）,引起旁路运行的原因可能是： UPS内部故障； 负载电流瞬变电流尖峰(冲击电流或故障电流)； 人为停止逆变器。,page 29,UPS的基本运行原理,维修运行方式 UPS维修时，通过手动的方式将负载无间断地切换到维修旁路，这样可以将UPS的内部进行隔离，在不中断负载的运行的情况下对UPS进行维护和维修。 整流器/充电器，逆变器和静态开关被关闭并从主电源隔离出来。电池被其保护性断路器隔离。,page 30,UPS的基本运行原理,提高UPS可靠性的方法热备份式并联： 可由两台不同容量的UPS组成，主机带重要负载，备机带次要负载或不带载；主机到备机的切换无间断。 优点：可靠性最高；连接简单；后备时间延长。 缺点：不能增容；过载能力不能增大。,page 31,UPS的基本运行原理,提高UPS可靠性的方法直接并联 由2到4台单机型UPS组成，每台UPS具有各自的静态旁路，可实现： 并联冗余； 并联增容。 优点：并联简单；不增大占地；价格适当；负载均分。 缺点：所有UPS的旁路必须是同一路电源；可靠性略低。,page 32,UPS的基本运行原理,提高UPS可靠性的方法公共旁路并联 由2到6台同等容量的并联型UPS组成，采用大容量的公共静态旁路开关柜，以便实现： 并联冗余；或 并联增容。 优点：公共旁路过载能力大；可靠性高。 缺点：占地面积大；价格昂贵。,page 33,UPS的基本运行原理,UPS的常用技术指标基本技术指标,page 34,主交流输入 主输入电压U1：380V15% 主输入频率F1：50Hz 10% 输入范围越宽，对市电的要求越低，电池放电的机会越少，受市电影响也越小。 启动电流：小于In（额定电流） UPS应具有斜坡启动的功能，以减小启动电流对电网的冲击，造成输入开关跳闸。 输入功率因数PF：0.8(SCR-6p)或0.9(SCR-12p)，0.95(SCR+IGBT)，0.99(PFC+IGBT) 输入电流谐波总失真度THDI：30%(SCR)，20% 到30% (SCR + IGBT)，10%(SCR-12p)，5% (PFC+IGBT) THDI越大，对电网注入的谐波含量越大，特别是使用发电机时应注意。,UPS的常用技术指标基本技术指标,page 35,旁路交流输入 旁路输入电压U2：380V 10% 旁路输入频率F2：50Hz 10% 输入范围越宽，要求负载的输入范围也越宽 短路电流ISC2：xxKA 表示静态旁路的短路承受能力，对下线的保护装置很重要 注：建议主电源与旁路电源采用分离供电方式，因为这样能提高系统的整体可靠性；但如果主低压开关柜中没有两个分离的回路时，主交流输入和旁路交流输入也可以由同一主电源提供(分为二根电缆)。,UPS的常用技术指标基本技术指标,page 36,UPS交流输出 稳态输出电压：380V+0.5% 到 +3% 输出电压越精确,对计算机的供电越稳定，但IEC标准仅要求小于5%,计算机即可接受 同步跟踪速率：0.5Hz/秒到2Hz/秒 同步速率越快，输出电压的波动也越大，有利于热备份联结；同步速率越慢，对输出电压的波动也越小，有利于直接并联 动态响应：+5%，恢复时间10到20毫秒 动态电压越小，表示动态调整能力越强，适应负载变化的能力越强；响应时间越短，表示恢复速度越快，适应非线性负载的能力越强 输出功率因数：0.8滞后，(IEC标准) 输出电压总谐波失真度THDU：2% 到5%（线性负载或非线性负载）,UPS的常用技术指标基本技术指标,page 37,UPS交流输出 三相输出电压不平衡度在100%不平衡负载电流下的最大不平衡电压： 30%不平衡度时小于+1%，100%不平衡度时小于+5%,输出电流峰值因数：大于等于3：1 峰值因数高，则承受非线性负载的能力强 逆变器过载能力：125%10分钟； 150%1分钟 逆变器同时应具有限流能力 旁路过载能力：10倍额定电流承受20毫秒 旁路与逆变器的切换时间：小于等于5毫秒 并机负载电流不平衡度：小于等于5,UPS的常用技术指标经济技术指标,page 38,UPS损耗 空载损耗 小于等于额定容量的10% 满载损耗 反应一次性投资的效益，例如损耗小则意味着导线的截面减小，开关的容量减小，环境空调的容量减小。 UPS主机效率 50%负载时的效率 100%负载时的效率 10KVA以上应大于等于90%；反应长期运行的经济效益，特别是轻载或并联运行时很有意义。,UPS的常用技术指标其它技术指标,page 39,噪声 55dBA到75dBA 取决于UPS容量 重量，体积，占地面积等 平均无故障时间 MTBF 单机大于20万小时 双机热备份为55万小时 公共旁路并联为50万小时 双机直接并联为45万小时 平均修理时间 MTTR ： 2到10小时 电池管理功能 UPS与计算机智能通讯功能,UPS的常用技术指标其它技术指标,page 40,满足国际标准 IEC62040 ：UPS性能及安全 IEC60950 ：UPS安全 IEC61000-2-2 ：低频传导干扰 IEC61000-3-2 ，-4：小于等于16A和大于16A的谐波干扰 IEC61000-3-5 ：电压波动干扰 IEC61000-4-2 ：抗静电放电 IEC61000-4-3 ：抗射频磁场 IEC61000-4-4 ：抗瞬态电冲击 IEC61000-4-5 ：抗浪涌能力 认证证书 ISO9001 ：设计，生产，销售，服务， ISO14001：环境保护 独立实验室认证,