UPS系统.docx
- 文档编号:25836623
- 上传时间:2023-06-16
- 格式:DOCX
- 页数:20
- 大小:383.87KB
UPS系统.docx
《UPS系统.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《UPS系统.docx(20页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
UPS系统
UPS系统
一、简述UPS
UPS是英文UninterruptablePowerSupply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。
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。
二、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-LinearLoad):
1)从电网提取电流的波形与电压波形不一致的负载;
2)阻抗随加在其两端的电压而变化的负载;
3)产生谐波电流的负载又称为畸变负载(DeformingLoads)或污染负载(PollutingLoad);
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;
这就使得负荷(用电器)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。
三、电网中的骚扰
A.何为电网中的骚扰
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。
B.电网中的骚扰分类
1)停电:
短时间的、长时间的...
2)电压变化:
电压跌落、过电压、欠电压、电压尖峰、三相不平衡...
3)频率变化:
频率波动、过高、过低、闪烁...
4)其它骚扰:
高频瞬态冲击、谐波、电磁兼容性...
C.电网中骚扰的解决方案
1)为了消除这些电网中的干扰,制定有关的供电标准:
i.供电标准EN50160定义了欧洲配电系统中的如下一些正常波动:
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
ii.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如下:
频率:
50Hz,电压:
380V/220V,相数:
三相五线制或三相四线制/单相三线制:
2)为了消除这些电网中的干扰,制定有关的法规,限制用电器对电网造成的扰动,规定用电器给公共电网带来的干扰限值:
i.国际电工委员会制定的标准IEC1000-3-2,
ii.欧洲标准EN60555-2,
iii.瑞士标准ASE3600,
iv.美国标准IEEE519;
v.以及国家标准GB12326-90(电能质量-电压允许波动和闪变)、GB/T14549-93(电能质量-公用电网谐波)等。
3)人们用了多年的时间来寻找各种解决办法最后才创造出UPS这样的新型设备,使电网和用电器进行隔离,既避免负载对电网产生干扰,又避免电网中的干扰进入和影响负载。
D.各种电气装置解决方案的比较
在众多的解决方案中,只有UPS的抗电网干扰的功能最全面、性能最好,因而得到各个领域的广泛应用。
四、UPS的主要作用
1.两路电源之间的无间断相互切换;
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干扰阻挡在负载之前,即使负载对电网不产生干扰,又使电网中的干扰不影响负载;
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;
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;
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。
说明:
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。
五、UPS的基本组成
1、整流器/充电器
将主交流输入电源的交流电压转换成直流电压的变换器。
用于:
为逆变器提供电源;
对电池进行充电和浮充电。
2、逆变器
将直流电压转换成满足严格要求的交流电压的转换器。
直流电压:
正常情况下来自整流器;
后备期间来自电池。
3、电池
a)在市电电网发生下列情况时使UPS继续运行:
市电电网断电;
电网电力的指标超出了UPS允许的容限范围。
b)标准的电池后备时间是从10分钟到30分钟,并且根据需要延长。
c)根据后备时间的不同,电池可装在UPS机柜内或分开的柜体内。
4、静态开关
a)用于将负载从逆变器切换到旁路,并且在切换时对负载的供电没有任何中断(因为切换动作是由电子元件而不是机械元件完成的)。
b)以下的任意一种原因都可能导致切换:
i.UPS自行关机;
ii.超越逆变器容量上限的过载;
iii.内部故障。
5、手动维修旁路开关
a)用于在维护时将负载切换到旁路。
b)转换到旁路方式运行不会导致对负载供电的中断,因为转换是通过静态开关进行的。
6、市电输入开关
7、静态旁路输入开关
8、逆变器输出开关
9、电池断路器
6、7、8、9置于UPS内的装置在维护期间隔离各种组件;
电池短路器提供电池过放电保护、保护整流器/充电器和逆变器免受电池短路的影响。
10、旁路输入隔离变压器(选件)
当负载由旁路供电时提供UPS输入/输出的电气隔离;
11、电压匹配变压器(选件)
将电压调节至所需的值。
12、输入谐波滤波器(选件)
在主电源输入端,有可能需要在整流器安装谐波滤波器;
目的是消除反送回配电系统的谐波电流:
谐波电流是由整流器中的二极管或可控硅的开关作用产生的,它是产生电压失真度的原因之一;
安装谐波滤波器可以降低配电总线中的电压失真度。
将THDU(总谐波电压失真度)控制在允许的水平内;
13、内置通信接口板
14、调制解调器接口
除了需要友好的人-机界面对UPS实行有效的监控之外,UPS与其外部电力和计算环境(监控系统,楼宇和能源管理(BEM)系统)通讯的也变得越来越重要;
15、输入配电柜和保护(选件)
16、输出配电柜和保护(选件)
15、16设备可以随UPS一起提供:
通过在交流输入回路使用断路器提供低压保护。
对于某些系列的UPS来说,这种保护措施可以作为选件集成在UPS中;
在低压配电柜中安装断路器以保护UPS的交流输入(正常交流输入及旁路交流输入);
在低压配电柜中安装断路器以保护不同的输出回路以避免故障的扩散和传播;
六、UPS的基本运行原理
A.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。
B.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,逆变器和电池无间断地投入,继续为负载供电。
UPS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。
C.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。
D.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。
E.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。
七、UPS分类
UPS已从60年代的旋转发电机发展至今天的具有智能化程度的静止式全电子化电路,并且还在继续发展。
主流的UPS厂商有APC、山特等,都提供各种级别的UPS满足不同用户群的需要。
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。
(1)后备式UPS:
平时处于蓄电池充电状态,在停电时逆变器紧急切换到工作状态,将电池提供的直流电转变为稳定的交流电输出,因此后备式UPS也被称为离线式UPS。
后备式UPS电源的优点是:
运行效率高、噪音低、价格相对便宜,主要适用于市电波动不大,对供电质量要求不高的场合,比较适合家庭使用。
然而这种UPS存在一个切换时间问题,因此不适合用在关键性的供电不能中断的场所。
不过实际上这个切换时间很短,一般介于2至10毫秒,而计算机本身的交换式电源供应器在断电时应可维持10毫秒左右,所以个人计算机系统一般不会因为这个切换时间而出现问题。
后备式UPS一般只能持续供电几分钟到几十分钟,主要是让您有时间备份数据,并尽快结束手头工作,其价格也较低。
对不是太关键的电脑应用,比如个人家庭用户,就可配小功率的后备式UPS。
内部示意图
后备式UPS有高频UPS及工频UPS,电脑用UPS一般用高频UPS为宜,但一般不接感性负载,如打印机、复印机,如果需要带感性负载那么最好采用工频ups,工频UPS还具有防雷击功能。
(2)在线互动式UPS:
是指在电网正常供电,而且其电压和频率在允许范围内,通过自动旁路开关由电网直接向负荷供电,当电网电压和频率不稳定,超过允许范围内时,则市电通过整流器逆变器向负荷供电。
当电网电压、频率稳定在设定的范围内,UPS又经自动旁路开关由电网直接向负荷供电,当电压、频率超过允许范围,则市电又转回到通过整流器逆变器向负荷供电。
内部示意图
互动式UPS的优点:
成本低,正常情况下效率高,输出电压稳定。
缺点:
输出频率不稳定;存在转换时间(4ms)。
不适用场合:
不适合发电机组供电和市电不稳定环境;不适合高速通信及计算机应用。
(3)在线式UPS:
在线式UPS在工作时,首先将市电转化为直流电给UPS电池充电,同时逆变器将此直流电逆变为交流电为负载供电,由于市电经过了交流到直流、再到交流的转换过程,所以市电中原有的干扰和脉冲电压成分已经过滤得非常干净,因此,由在线式UPS逆变出来的电压很稳定。
由于逆变电路始终在工作,所以当停电时,UPS能马上将其存储的电能通过逆变器转化为交流电对负载进行供电,从而达到了输出电压零中断的切换目标。
另外广告里提到的双变换就是指这款UPS的输出电压经过了两次交直流的互相转换过程。
而高频则表示UPS内部工作在高频环境下。
高频UPS的好处是体积小,重量轻,工作效率高,其坏处是抗过载抗冲击能力差。
八、如何正确使用和维护UPS
现在不少ISP(网络服务提供商)为保证自己服务器上的信息能随时被外界访问,都使用UPS来持续向服务器供电。
UPS供电系统由主机和蓄电池两部分组成,这两部分价格不但昂贵,而且对使用环境特别讲究。
如果用户不能正确使用和维护UPS,不但不能使UPS有效地发挥作用,严重时可能会缩短其使用寿命。
(1)对存放重要信息的计算机进行重点保护
每台计算机都有可能因电源电压不稳定或者由于其他原因引起计算机在使用过程中突然断电。
对于一般计算机来说,这种突然断电可能是再平常不过的事情了,但如果对那些存放重要信息的计算机来说,可能就会给用户带来不可估量的损失。
因此从保护的实用价值角度出发,用户应该只对那些少数的重要计算机进行电源保护,以便让UPS保障物有所值。
(2)根据保护对象选择合适的UPS
如果选购UPS是为了保护存放重要信息的计算机,那么必须确保UPS能提供额定值正常范围的保护电压,这样在市电出现停电的时刻,UPS能瞬间完成切换到后备电源的过程,使计算机在短时断电时仍能顺畅运行,不会出现数据丢失和系统关闭的现象。
在市电电源中断时间超长的情况下,UPS可以启动电源管理软件安全关闭计算机系统,保证数据的完整性。
这样UPS不仅保护计算机的硬件,也保护了硬件内的数据。
如果选购的UPS是为了保护
网络服务器,那么选购的UPS除了要具有防浪涌电压功能外,还应具有防止数据线浪涌的功能,以确保UPS在市电电源停电时可在满载条件下至少运行5min以上,从而避免网络交换设备受到市电的干扰。
另外,适配服务器的UPS最好还要有智能电池管理功能。
(3)不能长期按照额定功率来运行UPS
在许多人看来,要充分发挥UPS的功效就应该让UPS一直在额定功率状态下运行。
这样虽然正确,但是如果UPS长期满载运行可能会大大缩短其使用寿命。
UPS使用的原则应该是让UPS尽量用于关键设备,而不是把根本就没有必要进行电源保护的设备都连接到UPS上,这样只能额外加重UPS的运行负担,缩短其使用
寿命。
正确的做法是适度控制好UPS的负载率,保证UPS的负载量不超过其额定功率的85%。
当然也没有必要让UPS过分低载运行。
(4)后备式UPS不宜用在对电源敏感的设备上
后备式UPS平时处于蓄电池浮充状态,在停电时逆变器切换到工作状态,将电池提供的直流电转变为稳定的交流电输出,不过这种UPS存在一个切换时间的问题,不适合用在对电源敏感的设备保护上。
因为尽管这种UPS切换时间很短,但是对电源敏感的设备,例如一些控制精度非常高的设备来说,不但要求电源电压要持续,而且还必须稳定,一旦电源有微小的波动,其工作状态就能发生很大的变化。
(5)应确保UPS的配电柜使用的是空气开关
为了确保UPS的使用安全,还必须注意UPS配电柜使用的开关,因为如果接UPS的配电柜采用普通的老式闸刀开关,这种开关在接通或者断开电源的时候会有拉弧的现象,这种现象会产生突发尖端电流,从而对市电电源产生额外的干扰。
如果配电柜采用的是新式空气开关,就可以利用空气开关的消弧功能来避免拉弧现象,从而确保市电电源的稳定性。
另外旧式开关由于采用的是熔断式保险丝,在电流响应方面比较迟钝,这样一旦遇到短路或者其他特殊情况时,就不能及时切断电源。
(6)保护服务器的UPS应具有智能管理功能
服务器是网络中的核心,网络中所有重要的信息全部存放在其中,一旦服务器发生意外,整个网络可能就处于瘫痪状态。
为了能及时对服务器的任何异常作出响应,这就要求与服务器相连接的UPS具有智能管理功能,例如对服务器的供电能进行自动管理和调整,或者说当电源遇到突发故障时,UPS能自动关闭服务器的
操作系统并关闭其电源。
另外UPS的智能功能还包括将服务器的有关信息通过网络传递给操作系统或网络管理员,以便服务器管理人员能实时地进行远程控制和管理。
(7)让蓄电池在合适的环境中工作
对于电源柜内的铅酸蓄电池,用户能做哪些维护工作呢?
其实,对蓄电池所做的维护工作最重要的就是让蓄电池在合适的环境中工作。
因为蓄电池对工作环境的温度有较高要求,温度适宜可以让蓄电池发挥出最佳潜能,而且还会延长蓄电池的使用寿命。
为此,尽可能地让蓄电池的工作环境温度保持在25℃左右,如果温度过高会缩短蓄电池使用寿命;温度太低,UPS达不到标称的延时。
另外在组装蓄电池时,要千万注意不能将容量不同、出厂品牌不同的电池混合使用,这样会让UPS的实际使用效果大打折扣。
(8)所选UPS的容量应该与保护对象的功率相匹配
不同容量大小的UPS在价格上相差是很大的,如果选择的UPS容量低于负载功率,那么UPS就不能正常对这些设备提供电源保护;相反,如果选择的UPS容量明显高于负载设备功率,UPS使用容量必然只能达到需要保护的设备的功率,那么,功率高的那一部分所花费的资金就浪费了。
因此用户在选择UPS时最好先把需要保护的设备的功率计算一下,然后再选择一个容量至少和负载要求一样大的UPS。
当然,如果用户需要保护的设备在将来可能会增加的话,可以在现有基础之上适当考虑一些余量。
(9)不要把电感性负载连接到UPS上
由于电感性负载在接通电源或者断开电源的一瞬间,会产生振荡电流,这种电流的峰值将远远大于UPS所能承受的电流值,这种振荡电流很容易引起UPS的瞬时超载,如果超载的次数很多,将会大大缩短UPS的使用寿命,因此建议不要把一些不重要的电感性负载,例如把电冰箱或者空调之类的家用电器连接到UPS上。
(10)在选购时要学会检测UPS
为了检验选购的UPS是否符合实际需要,在选购UPS之后,还必须通过现场测试来确认一下所选的UPS是否与实际需要相符。
测试时主要检查的内容包括对UPS的启动检查、报警和自动关机检查、电池供电/充电时间检查、市电/电池切换点检查等。
检测UPS能否对计算机提供断电保护简单的方法就是突然拔掉UPS的电源插头,如果计算机能继续正常运行,则认为UPS能胜任保护工作。
九、案例分析
1、项目名称:
唯亭亭南技防
UPS电源配置要求:
监控中心配电系统必须满足系统运行的要求,并有一定余量,采用机房配电柜来对系统供配电,保证机房供配电系统的可靠、安全、合理。
同时,监控中心设备需要配备UPS电源,使系统在紧急情况停电时系统处于受控状态,其标称功率要求达到10KV,备用电源容量至少能保证监控系统正常工作时间2个小时。
现场运用设备:
序号
设备名称
规格型号
单位
数量
1
山特主机
C10KS
台
1
2
电池
12V-65AH
节
20
3
电池柜
A20节柜
个
1
配置分析:
●山特C10KS参数
基本规格
UPS类型
在线式UPS
UPS额定容量
10KVA
UPS电源效率
85%
标称后备时间
与客户选取电池容量有关
输出
输出电压
220V
输出电压频率范围
50±0.1%
输入
输入电压
176-276
输入电压范围
176-276
输入电压频率范围
46-54
其它
工作噪音
55dBA
输出插座
无
电池类型
外接电池
外观参数
尺寸
570×260×717
重量
38kg
标配长度
570mm
标配宽度
260mm
标配高度
717mm
环境参数
工作温度
0~40
工作湿度
20%-90%
存储温度
-25-55
存储湿度
5%-90%
因为甲方要求UPS的功率达到10KV,所以我们主机的选择C10KS型号的,这款型号的主机它的外接电池直流电压为192V,配置要求中表明要至少满足监控系统正常工作2个小时,我们通过“10KVA*0.7=7KW”计算公式得出主机的功率为7KW,电池为12V,要满足192V的输入电压,必须要16节以上电池组合,根据“7KW/192V=36.5A”计算公式得出主机的工作电流为36.5A,可以得出如果满足延时1个小时,需要配置12V-38AH蓄电池16节。
满足延时2个小时,就需要配置12V-65AH蓄电池20节。
注:
AH代表的就是一个储存能量能力的单位,一般这样的符号都标注在蓄电池上,
例如12V-10Ah,也就是在12V电压的时候,蓄电池放电电流在10A,可以连续放电1个小时。
38AH、65AH是蓄电池的标准型号。
如有侵权请联系告知删除,感谢你们的配合!
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- UPS 系统