UPS概述盧凱霞時(shí)間年月課件

教師：盧凱霞

時(shí)間：2021年11月UPS概述

UPSawareness什么是UPS？UPS的英文全稱是UninterruptiblePowerSupply即不間斷電源。通常它是指一種交流不間斷供電電源系統(tǒng)，是一種含有儲(chǔ)能裝置，以整流器、蓄電池、逆變器為主要組成部分的不間斷交流供電電源。同時(shí)，在一定程度上可以起到穩(wěn)定電壓、相位漂移和凈化續(xù)電的調(diào)節(jié)作用，改善了電網(wǎng)對(duì)終端負(fù)載的供電質(zhì)量。即UPS是一種能為負(fù)載提供不間斷、不受外部干擾連續(xù)的交流電的供電電源系統(tǒng)。

UPS發(fā)展概述這里需要強(qiáng)調(diào)UPS系統(tǒng)是指包括UPS主設(shè)備和為其配套的配電設(shè)備在內(nèi)的系統(tǒng)而不是指單一的設(shè)備。

UPS發(fā)展概述

目前市電存在的問題市電中斷：市電中斷通常是指市電輸出零電壓，并持續(xù)兩個(gè)周期以上。市電中斷的原因主要有配電空氣開關(guān)跳閘、供電回路短路、電源設(shè)備故障等等。電壓浪涌：電壓高于110%額定值且持續(xù)一個(gè)或多個(gè)周波稱為電壓浪涌。大功率用電設(shè)備的退出或者電網(wǎng)受雷擊干擾均可能造成電壓浪涌。電壓波形下陷：但電源電壓低于80-85%額定值且持續(xù)一個(gè)或多個(gè)周波稱為電壓波形下陷，通常是由大功率用電設(shè)備的啟很沖擊造成。

目前市電存在的問題高壓尖脈沖：由閃電、電子開關(guān)、電焊設(shè)備、靜電放電等原因造成，高壓脈沖峰值電壓可高達(dá)6000V，持續(xù)時(shí)間一般為0.5～5個(gè)周波。諧波干擾：由整流設(shè)備、電動(dòng)機(jī)、繼電器、通信設(shè)備、電焊機(jī)等產(chǎn)生的諧波。頻率漂移：頻率漂移是指電源的頻率不能穩(wěn)定在額定值，而是在額定值附近波動(dòng)。企業(yè)備用發(fā)電機(jī)組和小型水電站輸出的交流電源經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)頻率漂移的現(xiàn)象。持續(xù)高低壓：電網(wǎng)持續(xù)高壓或者是持續(xù)低壓主要是由于電網(wǎng)變壓器或者是電力線路容量有限，且電網(wǎng)變壓器性能不佳，電網(wǎng)負(fù)荷過大或者是電網(wǎng)負(fù)荷過小的原因造成。對(duì)于精密的設(shè)備，如數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)備、通信設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備等，對(duì)供電電源要求比較高，假如出現(xiàn)上述問題會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失、控制混亂甚至系統(tǒng)癱瘓的現(xiàn)象。而用UPS處理后的電源可以完全隔離上述各種市電對(duì)于設(shè)備的干擾。UPS的功能：備用電源電力凈化

UPS的功能

UPS的功能圖a(1)圖a(2)圖b(1)圖b(2)

常見的UPS產(chǎn)品艾默生產(chǎn)品系列

常見的UPS產(chǎn)品艾默生產(chǎn)品系列

常見的UPS產(chǎn)品APC產(chǎn)品

常見的UPS產(chǎn)品SANTAK產(chǎn)品UPS品牌和種類繁多，但可從電路主結(jié)構(gòu)、用途、輸入／輸出方式、輸出波形和輸出容量等五個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行分類，其中按電路主結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類是目前最常用的分類方法。

按電路主結(jié)構(gòu)分類按電路主結(jié)構(gòu),UPS可分為：后備式UPS在線式UPSDelta變換型UPS在線互動(dòng)式UPS

按電路主結(jié)構(gòu)分類后備式UPS（Passivestand-byUPS）在市電供電正常時(shí)，市電直接通過交流旁路和轉(zhuǎn)換開關(guān)向負(fù)載供電，交流旁路相當(dāng)于一條供電回路，逆變器不工作，此時(shí)供電效率高但質(zhì)量較差。在交流旁路上配置了交流穩(wěn)壓電路和濾波電路加以改善。當(dāng)市電異常時(shí)，后備式UPS通過轉(zhuǎn)換開關(guān)切換到由蓄電池提供電能的狀態(tài)，逆變器進(jìn)入工作狀態(tài)，此時(shí)輸出波形為交流正弦波或方波。后備式UPS存在切換時(shí)間，一般為4～10ms。后備式UPS特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、噪聲低，但絕大部分時(shí)間，負(fù)載得到的是稍加穩(wěn)壓處理過的“低質(zhì)量”正弦波電源。

按電路主結(jié)構(gòu)分類在線式UPS(OnlineUPS)一般采用雙變換模式。當(dāng)市電正常時(shí)，在線式UPS輸入交流電壓，通過充電電路不斷對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，同時(shí)AC／DC電路將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，然后通過脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，由逆變器再將直流電壓逆變成交流正弦波電壓并供給負(fù)載，起到無級(jí)穩(wěn)壓的作用。而當(dāng)市電中斷時(shí)，后備蓄電池開始工作，此時(shí)蓄電池儲(chǔ)存的電能通過逆變器變換成交流正弦波或方波并供給負(fù)載，因此無論是在市電供電正常時(shí)還是在市電中斷、由蓄電池逆變供電期間，逆變器始終處于工作狀態(tài)，為負(fù)載提供所需能量,并監(jiān)測(cè)、調(diào)整UPS的輸出參數(shù)。這就從根本上消除了來自電網(wǎng)的電壓波動(dòng)和干擾對(duì)負(fù)載的影響，真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)負(fù)載的無干擾、穩(wěn)壓、穩(wěn)頻以及零轉(zhuǎn)換時(shí)間。在線式UPS

按電路主結(jié)構(gòu)分類特點(diǎn)：克服了市電質(zhì)量差對(duì)其性能的影響，市電中斷時(shí)，負(fù)載不會(huì)發(fā)生電源瞬時(shí)中斷。

按電路主結(jié)構(gòu)分類雙逆變電壓補(bǔ)償技術(shù)也稱為Delta技術(shù)，是目前國(guó)際上比較先進(jìn)的技術(shù)，它成功地將交流穩(wěn)壓技術(shù)中的電壓補(bǔ)償原理運(yùn)用到UPS的主電路中。當(dāng)市電正常時(shí)，兩組逆變器只對(duì)輸入電壓與輸出電壓的差值進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)償，逆變器承擔(dān)的最大功率僅為輸出功率的20％。雙逆變電壓補(bǔ)償在線式UPS

按電路主結(jié)構(gòu)分類特點(diǎn)：成功地將串聯(lián)交流穩(wěn)壓控制技術(shù)與脈寬調(diào)制技術(shù)相結(jié)合，共有四條供電通道向用戶的負(fù)載供電。

按電路主結(jié)構(gòu)分類在線互動(dòng)式UPS(LineinteractiveUPS)是介于后備式UPS和在線式UPS工作方式之間的UPS設(shè)備，它集中了后備式UPS效率高和在線式UPS供電質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)。在線互動(dòng)式UPS的逆變器一直處于工作狀態(tài)，具有雙向功能：交流輸入正常時(shí),UPS通過穩(wěn)壓裝置對(duì)負(fù)載供電,逆變器處于反向工作狀態(tài)，只給蓄電池組充電，起充電器的作用；交流輸入異常時(shí),逆變器立刻轉(zhuǎn)入逆變工作狀態(tài)，將蓄電池組的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流正弦波并輸出。在線互動(dòng)式UPS也有轉(zhuǎn)換時(shí)間，但比后備式UPS短，保護(hù)功能較強(qiáng)。另外，它還采用了鐵磁諧振變壓器，在市電供電時(shí)具有較好的穩(wěn)壓功能。在線互動(dòng)式UPS

按電路主結(jié)構(gòu)分類特點(diǎn)：市電供電正常時(shí)，負(fù)載得到的是一路穩(wěn)壓精度很差的市電電源；市電不正常時(shí)，逆變器/充電器模塊將從原來的充電工作方式轉(zhuǎn)入逆變工作方式。這時(shí)由蓄電池提供直流能量，經(jīng)逆變、正弦波脈寬調(diào)制向負(fù)載送出穩(wěn)定的正弦波交變電源。

按電路主結(jié)構(gòu)分類

按工作頻率分類工頻機(jī)工頻機(jī)型UPS是以傳統(tǒng)的模擬電路原理設(shè)計(jì)，由晶閘管、IGBT逆變器、旁路和工頻升壓隔離變壓器組成。其整流器和變壓器工作頻率均為工頻50Hz。工頻機(jī)常用的有三相晶閘管全橋整流（6脈沖）和六相晶閘管全橋整流（12脈沖）兩種。高頻機(jī)高頻機(jī)型UPS通常由IGBT高頻整流器、電池變換器、逆變器和旁路組成。IGBT可以通過控制加在門極的驅(qū)動(dòng)來控制其開通和關(guān)斷，IGBT整流器開關(guān)頻率通常在幾千赫到幾十千赫，甚至高達(dá)上百千赫，遠(yuǎn)高于工頻機(jī)。按UPS設(shè)計(jì)電路的工作頻率，可分為工頻UPS和高頻UPS。根據(jù)UPS的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可劃分為整機(jī)式UPS和模塊化UPS。模塊化UPS由輸入配電部分、輸出配電部分、功率模塊、監(jiān)控模塊等組成。

按結(jié)構(gòu)分類模塊具有以下屬性：機(jī)械上具有獨(dú)立的框架結(jié)構(gòu)具有完整獨(dú)立的功能模塊之間應(yīng)能協(xié)同工作

按輸入／輸出方式分類單進(jìn)/單出機(jī)型：選用此機(jī)型時(shí)，用戶無需考慮UPS輸出端的負(fù)載均衡分配問題，但必須考慮市電配電的三相均衡帶載問題。三進(jìn)/單出機(jī)型：此種機(jī)型的交流旁路市電輸入的相線和中線配置可單相承擔(dān)UPS額定輸出電流的導(dǎo)線截面積，防止三相電壓不平衡時(shí)中線電流過大。三進(jìn)/三出機(jī)型：輸入要求同2）；另外還要將將UPS輸出端的負(fù)載不平衡度控制在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍之內(nèi)。

按輸出波形分類按輸出波形，可分為輸出波形為正弦波的UPS和輸出波形為方波的UPS。輸出波形為方波的UPS不適合帶感性負(fù)載，因?yàn)楦行载?fù)載會(huì)使方波產(chǎn)生瞬態(tài)尖波，從而給UPS和負(fù)載設(shè)備造成破壞。大多數(shù)后備式UPS的輸出波形為方波。通信網(wǎng)絡(luò)中，不應(yīng)采用輸出波形為方波的UPS設(shè)備。

按用途分類工業(yè)用UPS系統(tǒng)工業(yè)用途的UPS系統(tǒng)用于工業(yè)生產(chǎn)線或流水線。工業(yè)用UPS系統(tǒng)對(duì)后備時(shí)間的要求不高，主要用作提高供電質(zhì)量和消除電網(wǎng)的缺陷例如電壓浪涌、高壓尖脈沖、暫態(tài)過電壓、電壓下陷、線路噪聲、頻率偏移、持續(xù)低電壓、供電中斷等。后備用UPS系統(tǒng)后備用UPS系統(tǒng)主要用于計(jì)算機(jī)類的IT設(shè)備。其目的是要延長(zhǎng)或保障市電停電時(shí)計(jì)算機(jī)設(shè)備的連續(xù)工作。其倒換能力后備保障時(shí)長(zhǎng)特別是是供電的可靠性是主要的指標(biāo)和要求。根據(jù)UPS的用途，可劃分為工業(yè)用UPS和后備用UPS。

按輸出容量分類按輸出容量劃分，在通信行業(yè)中可以把UPS系統(tǒng)分為小容量UPS（輸出功率小于或等于30kVA）、中容量UPS系統(tǒng)（輸出功率大于30kVA而小于或等于200kVA）以及大容量UPS系統(tǒng)（輸出功率大于200kVA以上）。小容量UPS一般為單機(jī)使用，常分散用在營(yíng)業(yè)廳、室外接入網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上。許多場(chǎng)合下都會(huì)選擇后備式或在線互動(dòng)式UPS。目前，中容量UPS系統(tǒng)比較適合選擇采用模塊化的UPS系統(tǒng)。

輸入特性指保證UPS不轉(zhuǎn)入電池逆變供電的市電電壓范圍。在此電壓范圍內(nèi)，逆變器（負(fù)載）電流由市電提供，而不是電池提供。輸入電壓范圍越寬，UPS電池放電的可能性減小，這有益于電池使用壽命的延長(zhǎng)。目前UPS輸入電壓范圍一般為（－15％～＋10％）Ue之間。指UPS能自動(dòng)跟蹤市電、保持輸出電壓與輸入電壓同步的頻率范圍。UPS的輸入頻率范圍一般為50±5%Hz，YD/T1095-2000規(guī)定UPS的輸入頻率范圍為50±4%Hz。1輸入電壓范圍2頻率輸入范圍

輸入特性輸入功率因數(shù)高低是衡量是否對(duì)電網(wǎng)存在污染的一個(gè)重要電性能指標(biāo)。輸入功率因數(shù)低時(shí)，不僅在吸取有功功率的同時(shí)，還要吸收無功功率，其結(jié)果增大了系統(tǒng)配電容量，影響系統(tǒng)供電質(zhì)量。因?yàn)榭煽毓璧年P(guān)斷和開通，UPS的輸入電流中含有豐富的諧波成分，它形成輸入的無功功率，是造成UPS輸入功率因數(shù)低的一個(gè)重要因素。因此在電路設(shè)計(jì)時(shí)，有的UPS加入了PFC電路。3輸入功率因數(shù)4輸入電流諧波

輸入特性指UPS能自動(dòng)跟蹤市電、保持輸出電壓與輸入電壓同步的頻率范圍。UPS輸出電壓對(duì)輸入電壓的跟蹤主要是為了保證UPS在必須時(shí)能夠順利地進(jìn)行旁路切換，避免由于輸入輸出電壓相差過大引起逆變器模塊電源和交流旁路電源間出現(xiàn)很大的環(huán)流而損害。指UPS在一秒鐘內(nèi)能夠完成的輸出頻率變化范圍。頻率跟蹤速度可以表征UPS對(duì)輸入頻率變化的適應(yīng)能力，特別是在柴油發(fā)電機(jī)供電的時(shí)候，由于柴油發(fā)電機(jī)的頻率穩(wěn)定度不是很好，如果UPS的頻率跟蹤速率過低，UPS就會(huì)出現(xiàn)頻率不同步告警，控制電路就會(huì)禁止UPS進(jìn)行旁路切換。5輸入頻率范圍6頻率跟蹤速率

輸出特性輸出電壓波形失真度指UPS輸出波形中諧波分量所占的比率。常見的波形失真有：削頂、毛刺、畸變等。失真度越小，對(duì)負(fù)載可能造成的干擾或破壞就越小。輸出電壓穩(wěn)壓精度指市電—逆變供電時(shí)，當(dāng)輸入電壓在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，負(fù)載在滿負(fù)荷內(nèi)100%變化時(shí)，輸出電壓的變化量與額定值的百分比。輸出電壓穩(wěn)定程度越高，UPS輸出電壓的波動(dòng)范圍越小，也就是電壓精度越高。

輸出特性輸出功率因數(shù)指UPS輸出端的功率因數(shù)，表示帶非線性負(fù)載能力的強(qiáng)弱。負(fù)載功率因數(shù)低時(shí)，所吸收的無功功率就大，將增加UPS的損耗，影響可靠性。輸出電流峰值因數(shù)指UPS輸出所能達(dá)到的峰值電流與平均電流之比。一般峰值因數(shù)越高，UPS所能承受的負(fù)載沖擊電流越大。

輸出特性三相不平衡能力對(duì)于三進(jìn)三出的UPS來說，若出現(xiàn)三相的每一相電流不一致，就會(huì)造成輸出電壓的不平衡。具有100%負(fù)載不平衡能力的UPS，表示該UPS允許一相輸出帶滿載，而其他兩相空載。UPS輸出效率指UPS的輸出有功功率與輸入有功功率之比。UPS的輸出效率越高，表示內(nèi)部損耗越小，反之則表示UPS本身功耗大，增大機(jī)房的空調(diào)負(fù)荷。此外輸出效率低有可能使電池供電時(shí)間變短。

保護(hù)性能01指交流輸入過壓/欠壓保護(hù)，輸入頻率過高／過低保護(hù)等。當(dāng)輸入電壓失真度過大，UPS會(huì)進(jìn)入輸入保護(hù)模式。對(duì)于三相輸入的UPS，還有輸入錯(cuò)相保護(hù)、缺相保護(hù)等。輸入保護(hù)特性02輸出過壓／欠壓保護(hù)特性指當(dāng)UPS逆變單元出現(xiàn)故障時(shí)，UPS的輸出電壓超出允許的范圍而產(chǎn)生的保護(hù)動(dòng)作。03輸出過載／短路保護(hù)指當(dāng)UPS輸出回路中出現(xiàn)短路故障或長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)過載現(xiàn)象，為了保護(hù)UPS的自身安全，通過控制電路將UPS切換到旁路工作模式的保護(hù)動(dòng)作。

保護(hù)性能04

電池容量的大