UPS電源基礎(chǔ)知識及原理演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有47頁\編輯于星期一基本公式[歐姆定律]U=I×R電壓=電流×電阻（伏特）=（安培）×（歐姆）現(xiàn)在是2頁\一共有47頁\編輯于星期一正弦電流TImax數(shù)值大小和方向都按正弦波的規(guī)律周而復(fù)始循環(huán)變化的電流i=Imax(sin2∏ft+∮)正弦電流的三要素：幅值Imax或有效值IrmsIrms=Imax/√2頻率f或周期Tf=1/T相角∮現(xiàn)在是3頁\一共有47頁\編輯于星期一三相交流電路對稱的三相交流電路有效值相等，頻率相等，相位相差120度現(xiàn)在是4頁\一共有47頁\編輯于星期一三相負(fù)載星形連接的負(fù)載線電壓和相電壓間的關(guān)系是ULL=√3ULN=1.732ULN以市電電壓為例，單相電壓220V相間電壓220×1.73=380V若總負(fù)載15KVA（對稱負(fù)載）則：每相負(fù)載15/3=5KVA相電流=5000/220=22.73AL1L2L3N380V380V220V現(xiàn)在是5頁\一共有47頁\編輯于星期一基波與諧波基波：頻率f為50HZ的正弦波；諧波：頻率為基波的倍數(shù)的正弦波—2次諧波f=2*50HZ—3次諧波f=3*50HZ諧波分為電壓諧波和電流諧波—電流諧波：主要由非線性負(fù)載產(chǎn)生，例如開關(guān)電源；晶閘管、整流器等。—電流諧波會導(dǎo)致電壓諧波在基波上疊加諧波=》波形會發(fā)生畸變

現(xiàn)在是6頁\一共有47頁\編輯于星期一基波與諧波無功和高次諧波電流對電網(wǎng)造成的危害：增加電網(wǎng)容量和配置導(dǎo)致電網(wǎng)電壓畸變，嚴(yán)重干擾其他用電設(shè)備導(dǎo)致變壓器等電氣設(shè)備損耗增大，過熱，絕緣老化，降低壽命引起計算機(jī)等精密電子設(shè)備運(yùn)行不正常引起異步電機(jī)振動加劇，噪聲增大對通訊線路、測量線路產(chǎn)生輻射干擾影響電能計量精度。。。。。?！，F(xiàn)在是7頁\一共有47頁\編輯于星期一基本概念整流：交流AC直流DC

逆變：交流AC直流DC串聯(lián)并聯(lián)現(xiàn)在是8頁\一共有47頁\編輯于星期一基礎(chǔ)知識視在功率S（單位：VA）指負(fù)載從交流電源吸取電流有效值與電源電壓有效值的代數(shù)乘積。有功功率P（單位：W）指負(fù)載從交流電源吸取的全部用以做功消耗的功率。無功功率Q（單位：Var）指在交流電源與負(fù)載之間來回轉(zhuǎn)換，但不被負(fù)載消耗的那部分功率。功率因數(shù)cos∮指負(fù)載從交流電源吸取的有功功率與視在功率的比。S=U×ICOS∮=P/SS=P+Q222現(xiàn)在是9頁\一共有47頁\編輯于星期一專業(yè)名詞UPS的容量指UPS的額定輸出規(guī)模，通常用VA表示，用以說明UPS額定工作（滿載）時輸出的視在功率的值。UPS的輸入功率因數(shù)指UPS作為電網(wǎng)的負(fù)載，表現(xiàn)出的功率因數(shù)。即UPS從電網(wǎng)吸取的有功功率與視在功率的比。UPS的輸出功率因數(shù)一般指UPS的有功功率與視在功率之比，其大小由負(fù)載性質(zhì)決定UPS的效率指UPS輸出的有功功率在全部輸入的有功功率中占的成分，它標(biāo)志著UPS本身損耗的大小?，F(xiàn)在是10頁\一共有47頁\編輯于星期一專業(yè)名詞輸出電壓穩(wěn)定精度指在市電—逆變供電時，當(dāng)輸入電壓在設(shè)計范圍內(nèi)變化，以及負(fù)載在滿載負(fù)荷內(nèi)100%變化時，輸出電壓的變化量與額定值的百分比。負(fù)載對此項指標(biāo)的要求并不高，以計算機(jī)類的負(fù)載為例，因為機(jī)內(nèi)大多是配置了開關(guān)型的直流電源，它容許輸入電壓在20-30%范圍內(nèi)變化。輸出電壓波形失真度所謂波形失真度是指計算機(jī)輸入交流電壓中所有高次諧波有效值之和與基波有效值的百分比，數(shù)據(jù)表明，波形失真度小于10%的情況下就可以滿足計算機(jī)的要求。輸出電壓頻率穩(wěn)定精度（電池供電時）UPS輸出電壓頻率的變化量與額定頻率（50HZ）的百分比?，F(xiàn)在是11頁\一共有47頁\編輯于星期一專業(yè)名詞輸出電壓切換時間市電掉電時UPS由市電逆變供電（或市電穩(wěn)壓直接供電）轉(zhuǎn)換為電池逆變供電過程中，UPS的輸出可能出現(xiàn)的短時間的斷電時間。輸出電流峰值系數(shù)輸出電流峰值與電流基波有效值的比值。典型值為3—4，大小由負(fù)載決定。該指標(biāo)主要用來衡量UPS的輸出能力輸入電流的諧波成分輸入電流的諧波成分形成的輸入功率是無功的，它是造成UPS輸入功率因數(shù)低的一個重要的因數(shù)，可對電網(wǎng)電壓造成嚴(yán)重污染。頻率跟蹤速率當(dāng)市電頻率變化時，逆變器工作頻率跟蹤市電頻率變化響應(yīng)能力?，F(xiàn)在是12頁\一共有47頁\編輯于星期一專業(yè)名詞電壓浪涌指一個或多個周期電壓超過額定電壓值的110%電壓尖峰指在二分之一周至100ms期間內(nèi)疊加的電壓脈沖噪聲電壓是指疊加在工頻電壓上的低幅度、頻率范圍很寬的高頻分量過壓指超出電網(wǎng)電壓正常有效值一定百分比的穩(wěn)定電壓電壓跌落指一個或多個周期電壓低于80%~85%額定電壓有效值欠壓指低于正常電壓有效值一定百分比的穩(wěn)定低電壓電源中斷指超過一個周期的無電壓狀態(tài)現(xiàn)在是13頁\一共有47頁\編輯于星期一UPS概念變化UPS(UninterruptablePowerSupply)不間斷電源——為重要部門電網(wǎng)掉電提供持續(xù)供電保障50-70%都為電源故障，停電占百分之幾對于供電質(zhì)量提出了更高的要求UPS(UninterruptablePowerSystem)產(chǎn)品——系統(tǒng)，高可靠、高性能、高度自動化的供電中心主機(jī)運(yùn)行高效、高可靠、適應(yīng)性強(qiáng)（電網(wǎng)、負(fù)載）高可用性和可維護(hù)性很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)功能現(xiàn)在是14頁\一共有47頁\編輯于星期一UPS分類按電路主結(jié)構(gòu)分類:·后備式

·在線互動式

·雙變換在線式從后備時間分類:

·標(biāo)準(zhǔn)機(jī)

·長效機(jī)

按輸入輸出方式分類:·單相輸入/單相輸出

·三相輸入/單相輸出

·三相輸入/三相輸出從技術(shù)結(jié)構(gòu)分:·工頻機(jī)

·高頻機(jī)從輸出容量分類:·微型（小于或等于1KVA）·小型（大于1KVA，小于或等于5KVA）

·中型（大于5KVA，小于或等于）

50KVA·大型（大于50KVA）現(xiàn)在是15頁\一共有47頁\編輯于星期一UPS作用解決公共電網(wǎng)存在的問題：

a.實現(xiàn)雙路電源的不間斷相互切換。

b.隔離作用：將瞬間間斷、諧波、電壓波動、頻率波動及電壓噪聲等電網(wǎng)干擾阻擋在負(fù)載之前。

c.電壓變換/穩(wěn)壓作用。

d.頻率變換/穩(wěn)頻作用。

e.提供一定的后備時間。現(xiàn)在是16頁\一共有47頁\編輯于星期一影響UPS運(yùn)行的幾種市電問題電涌（powersurges）：指輸出電壓有效值高于額定值110％，而且持續(xù)時間達(dá)一個或數(shù)個周期。電涌主要是由于在電網(wǎng)上連接的大型電氣設(shè)備關(guān)機(jī)時，電網(wǎng)因突然卸載而產(chǎn)生的高壓。高壓尖脈沖（highvoltagespikes）：指峰值達(dá)6000v，持續(xù)時間從萬分之一秒至二分之一周期（10ms）的電壓。這主要由于雷擊、電弧放電、靜態(tài)放電或大型電氣設(shè)備的開關(guān)操作而產(chǎn)生。暫態(tài)過電壓（switchingtransients）：指峰值電壓高達(dá)20000V，但持續(xù)時間界于百萬分之一秒至萬分之一秒的脈沖電壓。其主要原因及可能造成的破壞類似于高壓尖脈沖，只是在解決方法上會有區(qū)別。

電壓下陷(powersags）：指市電電壓有效值介于額定值的80％至85％之間的低壓狀態(tài)，并且持續(xù)時間達(dá)一個到數(shù)個周期。大型設(shè)備開機(jī)，大型電動機(jī)啟動，或大型電力變壓器接入都可能造成這種問題。電線噪聲（electricallinenoise）：系指射頻干擾(RFI)和電磁干擾（EFI）以及其它各種高頻干擾。馬達(dá)的運(yùn)行、繼電器的動作、馬達(dá)控制器的工作、廣播發(fā)射、微波輻射、以及電氣風(fēng)暴等，都會引起線噪聲干擾。

頻率偏移（frequencyvariation）：系指市電頻率的變化超過3Hz以上。這主要由應(yīng)急發(fā)電機(jī)的不穩(wěn)定運(yùn)行，或由頻率不穩(wěn)定的電源供電所致。持續(xù)低電壓（brownout）指市電電壓有效值低于額定值，并且持續(xù)較長時間。其產(chǎn)生原因包括：大型設(shè)備啟動和應(yīng)用、主電力線切換、啟動大型電動機(jī)、線路過載?，F(xiàn)在是17頁\一共有47頁\編輯于星期一影響UPS運(yùn)行的幾種市電現(xiàn)象電壓低市電停電諧波干擾頻率波動高電壓尖峰線路噪聲電壓波動瞬態(tài)尖峰電壓浪涌現(xiàn)在是18頁\一共有47頁\編輯于星期一衡量UPS的優(yōu)劣UPS主機(jī)要對電網(wǎng)環(huán)境有較強(qiáng)的適應(yīng)能力要注意UPS對各種負(fù)載的適應(yīng)能力提高電池性能，加強(qiáng)對電池的管理系統(tǒng)配置的靈活性和冗余功能智能化和網(wǎng)絡(luò)保護(hù)能力對UPS硬件系統(tǒng)的考察現(xiàn)在是19頁\一共有47頁\編輯于星期一UPS原理基本分類后備式（off—line）在線互動式（line—interactive）雙變換在線式（on—line）現(xiàn)在是20頁\一共有47頁\編輯于星期一后備式（off—line）智能調(diào)壓充電器DCACVin輸出轉(zhuǎn)換開關(guān)現(xiàn)在是21頁\一共有47頁\編輯于星期一后備式特點(diǎn)效率高達(dá)98%UPS本身不產(chǎn)生附加輸入功率因數(shù)、諧波電流市電存在，輸出能力強(qiáng)存在轉(zhuǎn)換時間（4ms左右），滿足一般負(fù)載要求電壓穩(wěn)定精度不高輸出轉(zhuǎn)換開關(guān)，受切換電流能力和動作時間限制，功率做不大現(xiàn)在是22頁\一共有47頁\編輯于星期一在線互動式（line—interactive）輸入開關(guān)智能調(diào)壓ACDCVin現(xiàn)在是23頁\一共有47頁\編輯于星期一在線互動式特點(diǎn)效率高達(dá)98%UPS本身不產(chǎn)生附加輸入功率因數(shù)、諧波電流市電存在，輸出能力強(qiáng)存在很短的轉(zhuǎn)換時間電壓穩(wěn)定精度不高逆變器同時有充電功能，節(jié)省UPS（后備）附加充電器現(xiàn)在是24頁\一共有47頁\編輯于星期一雙變換在線式（on—line）VinVout旁路開關(guān)（Ⅰ）（Ⅱ）ACACDCDC現(xiàn)在是25頁\一共有47頁\編輯于星期一雙變換在線式特點(diǎn)提供高質(zhì)量的電源市電掉電，無任何轉(zhuǎn)換時間UPS功率余量有限輸入功率因數(shù)低（THD高）整機(jī)效率不高現(xiàn)在是26頁\一共有47頁\編輯于星期一UPS的可靠性與可用性MTBF—平均無故障時間MTTR—故障恢復(fù)時間MTBF+MTTR—一個服役周期A—可用性MTBF—即為可靠性，提高A，增大MTBF，減小MTTRMTBFMTTRT（年）A=MTBF/MTBF+MTTRA=1/1+MTTR/MTBFMTBF=》∞，A=》100%MTTR=》0，A=》100%現(xiàn)在是27頁\一共有47頁\編輯于星期一可靠性和可用性提高提高可靠性元器件的選用UPS的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)UPS的制造工藝并機(jī)、冗余技術(shù)提高可用性現(xiàn)場維修時間TRUPS管理響應(yīng)時間TMUPS技術(shù)服務(wù)系統(tǒng)TS現(xiàn)在是28頁\一共有47頁\編輯于星期一電源系統(tǒng)實現(xiàn)冗余的幾種方式單機(jī)InputOutputStaticBypassBypassPanel現(xiàn)在是29頁\一共有47頁\編輯于星期一電源系統(tǒng)實現(xiàn)冗余的幾種方式隔離冗余方式（串聯(lián)并機(jī)）主輸出主機(jī)從機(jī)維修旁路靜態(tài)旁路靜態(tài)旁路維修旁路主輸入旁輸入主輸入現(xiàn)在是30頁\一共有47頁\編輯于星期一隔離冗余方式（串聯(lián)并機(jī)）隔離冗余熱備份（即串聯(lián)冗余）

UPS熱備份即UPS串聯(lián)冗余，有主機(jī)和從機(jī)之分。其基本原理是：主機(jī)正常時100%地承擔(dān)負(fù)載電流，故障時由從機(jī)提供后備電源。由于備用UPS是在主機(jī)旁路處在等待工作狀態(tài)，故稱為熱備份。

缺點(diǎn)：

1．主機(jī)靜態(tài)開關(guān)發(fā)生故障時，將可能中斷整個系統(tǒng)供電，出現(xiàn)瓶頸故障。

2．在市電故障，市電超限時，因為UPS封鎖旁路，所以主、從機(jī)無法切換，造成熱備份失效。

3．備機(jī)長期處于備用狀態(tài)，電池也長期處于浮充狀態(tài)，影響電池壽命。

4．目前尚無一個簡單的方式實現(xiàn)"互為熱備份"?，F(xiàn)在是31頁\一共有47頁\編輯于星期一UPSBUPSAUPSA主輸入UPSA旁路輸入UPSA主輸入UPSB旁路輸入負(fù)載UPSA輸出UPSB輸出模塊式并聯(lián)電源系統(tǒng)實現(xiàn)冗余的幾種方式現(xiàn)在是32頁\一共有47頁\編輯于星期一集中式并聯(lián)負(fù)載并機(jī)柜旁路現(xiàn)在是33頁\一共有47頁\編輯于星期一負(fù)載UPSA主輸入并機(jī)柜系統(tǒng)旁路UPSB主輸入集中式并聯(lián)現(xiàn)在是34頁\一共有47頁\編輯于星期一并聯(lián)冗余方式（一）

并聯(lián)冗余是將多于兩臺同型號、同功率的UPS，通過并機(jī)柜、并機(jī)模塊或并機(jī)板，把輸出端并接而成。

目的是為了共同分擔(dān)負(fù)載功率，其基本原理是：正常情況下，兩臺UPS均由逆變器輸出，平分負(fù)載和電流，當(dāng)一臺UPS故障時，由剩下的一臺UPS承擔(dān)全部負(fù)載。三機(jī)并聯(lián)也是常用的一種方式。例：60KVA的負(fù)載，三臺30KVA并聯(lián)，一臺UPS出現(xiàn)故障，另兩臺UPS仍然可以承擔(dān)全部負(fù)載，此為N+1并聯(lián)冗余，還有N+2、+3等。并聯(lián)冗余的本質(zhì)，是UPS均分負(fù)載。

現(xiàn)在是35頁\一共有47頁\編輯于星期一并聯(lián)冗余方式（二）要實現(xiàn)并聯(lián)冗余，必須解決以下技術(shù)問題：

1．各UPS逆變器輸出波形保持同相位、同頻率；

2．各UPS逆變器輸出電壓一致；

3．各UPS必須均分負(fù)載；

4．UPS故障時能快速脫機(jī)。

并聯(lián)冗余的缺點(diǎn)：

1．由于要求功率均分，因而調(diào)試?yán)щy。有些品牌UPS要在滿負(fù)載運(yùn)行時調(diào)節(jié)功率均分。另外：輸入、輸出線長、線徑都是影響均分的因素。

2．并機(jī)柜系統(tǒng)如發(fā)生故障，將中斷整個系統(tǒng)供電（瓶頸故障）。

現(xiàn)在是36頁\一共有47頁\編輯于星期一采用DSP控制技術(shù)，具有高超的冗余并聯(lián)運(yùn)行技術(shù)（采用DSP技術(shù)并機(jī)）1．并機(jī)運(yùn)行的UPS獨(dú)立控制電壓與相位，沒有公共控制部分，不存在瓶頸故障。

2．并機(jī)調(diào)試非常簡單，只須每臺UPS參數(shù)設(shè)置完畢，即可投入并聯(lián)運(yùn)行。3．由于采用DSP控制技術(shù)，并機(jī)運(yùn)行的每臺UPS輸出濾形，電壓都非常一致，因此并機(jī)環(huán)流很小。

4．多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，NET90系列最多可達(dá)8臺并聯(lián)。5．在并聯(lián)系統(tǒng)中任意一臺UPS故障時，DSP控制技術(shù)可以在正弦波的任意一點(diǎn)切換，使故障UPS快速脫機(jī)，由其它UPS繼續(xù)不間斷地供電。

現(xiàn)在是37頁\一共有47頁\編輯于星期一并聯(lián)冗余技術(shù)的要點(diǎn)說明

大功率UPS相位跟蹤在±3°，兩臺UPS并聯(lián)有可能在相位上相差6°，造成電壓差，sin6°=30V，因而在輸出端會造成很大的環(huán)流，就有可能使逆變器因過載而燒毀。另外，UPS機(jī)內(nèi)各種元件電參數(shù)的微小差異也會導(dǎo)致輸出電壓的差異，同樣可以導(dǎo)致環(huán)流。目前，世界上并機(jī)技術(shù)較好的公司可將環(huán)流控制在1-2%?，F(xiàn)在是38頁\一共有47頁\編輯于星期一UPS與逆變器的比較（一）（一）UPS形式：

1．UPS可工作在市電狀態(tài)下由逆變器向負(fù)載供電。

2．UPS具有旁路切換功能，逆變器故障時可切換到市電狀態(tài)，繼續(xù)保持供電。

3．UPS可直接對一定容量的電池組進(jìn)行充電，并對電池的狀況進(jìn)行監(jiān)測。

4．UPS作為一個完整獨(dú)立的電源系統(tǒng)，包括整流器、充電器、逆變器、靜態(tài)旁路開關(guān)、手動維修旁路開關(guān)及電池組。

（二）逆變器形式:

B交流輸出

A靜態(tài)開關(guān)

1．正常使用時仍為逆變器形式，靜態(tài)開關(guān)置于A處，在逆變器故障時，靜態(tài)開關(guān)置于B處，由市電或發(fā)電機(jī)電力供應(yīng)至負(fù)載。

2．此種形式之逆變器，適用于功率大約在5KVA至10KVA之間。

現(xiàn)在是39頁\一共有47頁\編輯于星期一UPS與逆變器的比較（二）（一）適用場所的比較

UPS作為一個完整獨(dú)立的電源系統(tǒng)，可以適合在任何場所應(yīng)用，且結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。逆變器適用于具有48V電池組的郵電系統(tǒng)，因為逆變器的工作還需要外配充電器、電池組等外部設(shè)備，因此結(jié)構(gòu)松散，占地較大，不易布置。（二）輸出功率的比較

因為逆變器是限定的48V電池組供電，由于電池組電壓較低，當(dāng)輸出功率要求較大時，對功率模塊及生產(chǎn)工藝要求愈高，因此逆變器大功率輸出難以實現(xiàn)，目前生產(chǎn)的逆變器最大輸出的功率約為10KVA左右，而UPS由于自身帶有電池組，電池組的直流電壓可根據(jù)輸出功率的要求自行設(shè)置，最高可達(dá)幾百伏，因此可以制成單機(jī)五、六百千伏安的UPS，近來由于技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，UPS還可以采用并聯(lián)方式供電，一方面實現(xiàn)更大的功率輸出，另一方面可以作到容量備份，當(dāng)一臺UPS故障時，不會影響正常的交流輸出，使負(fù)載在更加安全、可靠的供電情況下進(jìn)行工作。

現(xiàn)在是40頁\一共有47頁\編輯于星期一UPS與逆變器的比較（三）（三）對電池組的壽命比較

UPS本身帶有電池管理功能。具有智能電池管理功能，可將電池壽命延長30%，對所使用電池的充電過程進(jìn)行監(jiān)控，浮充電壓作為環(huán)境溫度的函數(shù)自動調(diào)節(jié)，并周期性對電池進(jìn)行測試檢查，電池如有故障將警告用戶。

（四）抗干擾方面的比較

UPS在結(jié)構(gòu)上采用鋼架式結(jié)構(gòu)，外殼采用防銹鋼板折彎而成，且有極強(qiáng)的屏蔽性，符合電磁兼容性要求，一般在設(shè)計中特意在流線型塑料外殼內(nèi)襯了2mm厚的防銹鋼板，同時還采用了高射頻干擾（RFI）濾波器，在保持了優(yōu)美外觀的同時，更避免了對人體及其它設(shè)備的輻射及干擾，而逆變器本身對電池后面的直流設(shè)備，如程控交換機(jī)等就具有較大的射頻干擾。

（五）電氣性能比較

UPS做為一個完整獨(dú)立的電源系統(tǒng)，在世界上已應(yīng)用幾十年，且技術(shù)成熟，生產(chǎn)廠家規(guī)模龐大，而逆變器生產(chǎn)廠家規(guī)模小，電氣性能標(biāo)準(zhǔn)較低，在性能上難與UPS相提并論?，F(xiàn)在是41頁\一共有47頁\編輯于星期一鉛酸免維護(hù)電池的使用壽命與放電深度的關(guān)系放電深度—指用戶在使用蓄電池的過程中，讓電池放出的安

時數(shù)與它標(biāo)稱容量安時數(shù)的百分比電池的使用壽命和放電深度密切相關(guān)3—5年壽命電池放電深度100%—200/250次放電循環(huán)放電深度50%—500/600次放電循環(huán)放電深度30%—1200次以上UPS滿載/半載——放電到自動關(guān)機(jī)，大約30%放電深度UPS過度輕載——放電到自動關(guān)機(jī)，放電深度過深而提前損壞禁：UPS小電流、長時間放電（空載）現(xiàn)在是42頁\一共有47頁\編輯于星期一UPS后備時間與蓄電池放電效率的關(guān)系1009080706050403020100%蓄電池放電效率T（小時）后備延長放電時間0246102030現(xiàn)在是43頁\一共有47頁\編輯于星期一UPS后備時間的計算能量守恒（小功率模擬計算）

停電后，UPS作為供電設(shè)備提供負(fù)載繼續(xù)工作的電能是由UPS的后備蓄電池存儲的能量釋放出來的，因此：以10KVA為例，延長4小時10KVA*4H=192V（直流供電電壓）*