UPS基础及原理介绍

各种负载功率因素的功率折算 UPS: 380V 50HZ (KVA) UPS额定输出功率 （KVA） 80 120 0.6 80 120 滞后 80 120 Hipulse 0.7 0.8 80 120 0.9 76 114 1 66 99.2 0.9 57.7 86.4 超前 0.8 54.8 82.1 0.7 52.9 79.2 0.6 51.5 77.1
整流基础
整流基础
整流基础
整流基础
整流基础
常用器件
无源器件：
电阻—消耗电能，电压电流同相位 电感—产生磁场储存磁场能量，通直流阻交流，电流滞后电压
电容—产生电场储存电场能量，通交流阻直流，电流超前电压
半导体功率器件：
常用器件

二极管
不可控 频率低

可控硅
半可控 电流驱动

MOSFET
全控 电压驱动 功率小
绝缘体指任何对电流有高阻抗的物质。当员工在对带电设备进行操作的时候 ，在接入电源前，检查绝缘确保没有裸露的电线。
电气基本概念
交流电—Alternative Current，简称“AC。一般指大小和方向随时间 作周期性变化的电压或电流。它的最基本的形式是正弦电流。
直流电—Direct Current，简称DC，一般指方向不随时间变化的电压 或电流。
160 160 160 160 152.5 134.2 118.1 112.6 108.9 106.3
200 200 200 200 191.1 169.2 149.8 143.1 138.7 135.5
静态开关

切换开关类型：
接触器 晶闸管

切换类型：
（1）同步切换
（2）不同步切换
接地型式

建筑工程供电使用的基本供电系统有三相三线制三相四线制等，但这些名词术语内涵不

第二个字母表示电气装置的外露可导电部分与地的关系
T（法文Terre）－电气装置的外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点 ； N（法文 Neutre）－电气装置的外露可导电部分与电源端接地点有直接电气连接。

短横线后的字母用来表示中性导体与保护导体的组合情况
S（法文Separateur）－中性导体和保护导体是分开的； C（法文Combinaison）－中性导体和保护导体是合一的
市电 蓄电池 作用：

负载
不间断供电 净化供电

UPS的功能

高可靠性不间断供电—基本功能 供电稳压、净化功能—提高供电可靠性的需求 电池管理功能—电池是UPS系统中重要的一环 智能监控功能—满足维护管理的需求



污染的电网
电网问题对设备的危害

服务器数据丢失 磁盘阵列损坏 计算机死机 路由器停止工作 网络传输误码率增加 数据传输速度低下 。。。。。。
一定要用一块在带电设备上校对过（已知值）的万用表对要操作的电路进行 检测。
第二个策略是要在带电操作时使用适当的安全装备和流程。 第三个策略是接地：这是次级保护措施。
“地”是指导体接地，通常指大地面。用作一个名词,是通过导电连接（不 管有意无意），将带电设备连接到大地和地面。
绝缘 – 一个确保不碰到带电线路或设备的方法是绝缘。
另外触电事故可能会伴随电弧及烧伤。
触电因素： 二个影响人身的因素：包括接触的时间和电流的路径。 电流强度 － 受伤害的程度与流过人体的电流密切相关。 触电造成的伤害包括: 无法随意活动；对身体的实际伤害：重要 的器官动作受损或造成窒息；对身体的内在伤害；心肌颤动。
电气安全
电气安全
防护措施：
第一个是对下电设备操作的必备策略。
电气基本概念
下述波形是交流电还是直流电？
电气基本概念
电压--单位正电荷q 从电路中一点移至另一点时电场力做功的大小， 单位V (伏)，kV、 mV、μ V
电流--带电粒子有规则的定向运动，在单位时间里通过导体任一横截 面的电量叫做电流强度，单位A（安培），kA、mA、μA
电气基本概念
阻抗--在具有电阻、电感和电容的电路里，对电路中的电流所起的阻 碍作用叫做阻抗。其中电容在电路中对交流电所起的阻碍作用称为容 抗 ,电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为感抗，电容和电感在 电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗。 阻抗的单位是欧姆Ω。 Z= R + j( ωL–1/（ωC）)=R + j（XL-XC） （有功）功率--单位时间内电场力所做的功，单位W (瓦) 瓦特) (Watt，
Boost
温度适应性
好
差
逆变基础
+ D1 Q1
+380V
C1
L L C3
220V
N
N C2 Q2 D2
-380V
-
冲量等效原理 大小、波形不相同的窄脉冲电压作用于 L、R电路时，只要脉冲电压的冲量相 等，则他们形成的电流响应就相同。因 此，要使图示的PWM电压波在每一个
SPWM调制波的产生
时间段都与该时段中正弦电压等效，除
可控硅整流原理:
常用器件之IGBT
什么是IGBT? Insulated Gate Bipolar Transistor 绝缘栅型双极型晶体管 全控型器件：开通可控，关断可控
常用器件之IGBT
器件特点：

பைடு நூலகம்
高输入阻抗；

电压型控制器件，驱动功率小；
开关速度快、工作频率可达10-100KHz；


饱和压降低（相比MOSFET小得多）；
Galaxy
超前
UPS：400V 50Hz UPS的额定输出功率（KVA） 80 100 80 100 80 100 80 100 74 92 60 75 48 60 44 55 42 53 40 50
120 120 120 120 110 90 72 66 64 60
160 160 160 160 147 120 96 89 85 81
是十分严格。国际电工委员会（ IEC ）对此作了统一规定，称为 TT 系统、 TN 系统、
IT 系统。其中 TN 系统又分为 TN-C 、 TN-S 、 TN-C-S 系统。

第一个字母表示电源端与地的关系
T（法文Terre）－电源端有一点直接接地；
I（法文Isoland）－电源端所有带电部分不接地或有一点通过阻抗接地。
视在功率—电压有效值跟电流有效值的乘积，单位是伏安（VA） 功率因数---为给定负载两端的有功功率(kW)和视在功率(kVA)之比 效率—输出有功功率对输入有功功率的比值
电气变换种类
交流 →直流
整流变换
直流 →交流
逆变变换
高压 →低压 降压变换
低压 →高压 升压变换
整流基础
整流基础
整流基础
整流基础
Vi
－
C
VO
－
L
＋ ＋
iL
－
＋
Vi
－
C
＋ －
VO
－
L
＋ －
图a
＋ ＋
＋
iL
Vi
－
C
－
VO
－
图b
整流基础
整流器类型：

SCR IGBT
主要差异：

功率因素
输入谐波
储能装置

飞轮
飞轮UPS作为一种电能储存方式,
可提供几秒到几分钟的电能

电池
(1) Vented,VRLA
(2) Nicd
储能装置
UPS的分类

按供电体系不同，UPS分为

单进单出UPS 三进单出UPS 三进三出UPS



按输出功率不同，UPS分为

小功率（<10kVA） 中等功率（10至30kVA） 大功率（>30kVA）


UPS的分类

按变压器特点不同，UPS分为

高频UPS（高频机） 工频UPS（工频机）


按工作原理不同，UPS分为
接地型式
TN-S
L1 L2 L 3 N PE 设备 电源端接地点 外露可导电部分 设备
TN-C
L1 L L 2 3
PEN
设备 电源端接地点
外露可导电部分
设备
接地型式
TN-C-S
IT
L1 L2 L3
设备
外露可导电部分
设备
TT
电源端不接地或通过阻抗接地
L L L N
1 2 3
设备 电源端接地点
外露可导电部分
镍镉Nicd 容量标称 开口电压 浮充电压 均充电压 C5 1.2V 1.4V 1.45V 铅酸VRLA C10 2V 2.23-2.27V 2.3-2.4V Floating Equalize 备注
充电电流
终止电压 寿命
0.2C5
1-1.14V 15-20年
0.1-0.2C10
1.67-1.8V 5-10年
每一时间段的面积相等外，每个时间段 的电压脉冲还必须很窄，这就要求脉波 数量很多。
如果按同一比例改变所有矩形脉冲的宽度，则可
成比例地调控输出电压的数值。这种控制逆变器 输出电压大小及波形的方式被称为正弦波脉宽调 制方式SPWM。
逆变基础
中大功率UPS而言，通常定义额定输出容量时都标明输出功率因数滞后0.8的条件，也就






UPS的发展历程
市电正常时：市电一电动机一发电机组—负载
市电异常时： 飞轮—发电机组—负载 柴油发电机—负载 飞轮储能，飞轮惯性很大，实现贮能 特点： 运行稳定可靠，维 护简单方便 笨重，效率低，噪声大，操作控制不灵活 飞轮UPS 旋转型
可控硅组成电能变换电路，用蓄电池作为贮能元件，
当市电发生断电时由蓄电池代替整流器向逆变器供电 特点： 重量轻，效率高，噪声小，操作控制灵活等 过载能力差，系统结构较复杂，维护技术要求高 大电流可控硅频繁工作污染电网，干扰其他用户 巨型功率晶体管(UR)，功率场效应晶体管(MosFET)，绝缘栅双极晶体管(IGBT) 可控硅UPS 静止型
UPS基础及原理介绍
目录

电气基础交流
UPS原理和分类
UPS供电系统介绍
主要UPS厂家产品介绍
电气基础交流
1.电气安全
2.电气基本概念 3.电气变换种类
4.常用器件
5.接地型式
电气安全
电气伤害：
触电是指人体组织接触电流形成回路，触电的致命因素是电流。 欧姆定律表明电流与承受的电压成正比，与电阻成反比。
设备
目录

电气基础交流
UPS原理和分类
UPS供电系统介绍
主要UPS厂家产品介绍
什么是UPS？－交流不间断电源
UPS － Uninterruptible Power System
利用电池化学能作为后备能量，在市电断电等电网故障时，不间断地为用户 设备提供（交流）电能的一种能量转换装置。 UPS
电能--在一定的时间内电路元件或设备吸收或发出的电能量，通常单
位是“度”，它的学名叫做千瓦时，符号是kW· h。
电气基本概念
谐波—是指周期性波形中所含有的频率为基波的整数倍的量
一般是对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其大于基波频率的电流产生的电量
总谐波失真（THD）—输出的各次谐波总有效值和基波有效值之比。

后备式UPS 在线互动式UPS 在线式UPS


后备式UPS工作原理
功率等级0.25-2KVA左右
市电 175～264V 充电器 逆变器 负载
特点

电池组
市电正常时逆变器不工作
山特K500型
按工艺
PN结型二极管
肖特基二极管
按功率
信号二极管
功率二极管 快速软恢复二 极管
按工作频率
普通二极管
开关二极管
快恢复二极管
按功能
整流二极管
稳压二极管
常用器件之晶闸管
SCR:Silicon Controlled Rectifier 晶体闸流管 或 Thyristor
半控型器件：开通可控，关断不控
常用器件之晶闸管
是说，在其它某些负载功率因数下，UPS有可能不能输出额定的的标称功率。这主要与 UPS逆变器输出的滤波器呈容性有关。大多数厂家也都会相应地给出在线性负载下不同 负载功率因数对应的UPS能够输出的容量值.
L
逆变器 C
逆变基础
各种负载功率因数下 的功率折算（KVA）
滞后 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0.9 0.8 0.7 0.6 40 40 40 40 37 30 24 22 21 20 60 60 60 60 55 45 36 33 32 30
电压、电流容量较大，安全工作区较宽。 通常反向集成体二极管


整流基础
PFC工作原理
＋
L T
D1
＋ －
＋
工作过程：
1、当功率管导通时，等效如图a，二极管D截止，电感L储 能，感应电压为左正右负，电容向负载放电。 2、当功率管截止时，等效如图b，二极管D导通，电感L中 的磁场将改变线圈L两端的电压极性，以保持电流iL不 变。 电感 L上的感应电压与输入电压Vi串联，对电容充电和向 负载供电。 3、控制电路根据输出电压和电流的变化，控制功率管的 导通和关断时间，就可以控制输出电压的大小 。

IGBT
全控 电压驱动
常用器件之二极管
二极管:Diode
具有单向导电性，用于整流、检波、钳位、变容等电路中，在 二极管整流电路中，输入交流电压，输出端得到直流电压。
不控型器件：开通、关断均不控
ui ui t
RL
uo
u
o
t
常用器件之二极管
二极管的一般分类：
按材料 硅二极管 锗二极管 砷化镓二极管 碳化硅二极管