UPS基本架构介绍
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UPS基础培训
内容大纲
• UPS分类及其架构
• 电力问题 • UPS选用 • 蓄电池选用
• 谐波改善 • UPS与发电机 • UPS方案 • UPS注意事项
UPS分类及其架构
UPS 分类
后备式 Off-line
在线互动式 Line-Interactive
在线式 Double Conversion
• 主动滤波器 ( Active Filter ) 由半导体开关及储能组件所组成, 藉由控制半导体 开关的 ON / OFF, 以补偿负载所需的虚功及谐波电流.
6-Pulse vs. 12-Pulse vs. 滤波器
12Pulse
6Pulse
6Pulse+Filter
IGBT or Active Filter
6n±1
27.8%
12n±1
11,13,.. 9.4% 5,7,..
11.4% 3%
最貴 貴
中等
高 中
中等
低 便宜
谐波阶数
谐波失真
购置成本
效率
6-Pulse vs. 12-Pulse vs. 滤波器
12Pulse 6Pulse
大
大
大
6Pulse+Filter 大大
IGBT or Active Filter 大
市电异常时:
Inverter转换电池能源为AC输出给负载
电压过高或过低: AVR动作, 调整电压至合理的范围
输出:
正弦波或模拟正弦波
在线式UPS
市电
静态开关
市电
AC/DC
整流器
DC/AC
逆变器
静态开关
电瓶
市电正常时: 市电异常时: 电压过高或过低: 输出:
UPS透过整流 –逆变, 提供干净稳定的正弦波 逆变器转换电池能源为AC输出给负载 逆变器自动调整电压至合理范围
1 D
C
B
A 1
并机 ( 独立旁路 )
2
3
4
UPS 1 D
UPS 2
C
Load
B
A
2
3
4
1 D
C
B
A 1
并机(共享旁路)
2
3
4
UPS 1
Load
UPS 2
2
3
4
1 D
C
B
A 1
串机 (Hot-Standby) 1 对 1
2
3
4
UPS 1 D
C
UPS 2
B
Load
A
2
3
4
1 D
C
B
A 1
并机(共享电池)
成功從這裏開始！
35
Vdc (平均电池电压) =终止电压 + 2 / 3 ( 初始电压 - 终止电压 )
或 Vdc = 电池额定电压 (29 12 = 348)
蓄电池选择计算方法(2)
• 恒功率算法:
P = UPS 容量. O/P * P.F. / Inv. Eff. / Batt.cell (watt/cell) P = UPS 容量. O/P * P.F. / Inv. Eff. / Batt.pcs (watt/pcs)
•非线性特性负载所产生之高次谐波 例如 : 整流器, 变频器, 静态的无效电力设备等.
谐波的影响
受影响设备
电力
电容器电抗器
电容器
电力容丝
马达开关 接地故障开关
消费者
立体音响
产品
电视
马达
其它
电梯
控制器
问题 燃烧 过热 振动 噪音 熔掉 误动作 误动作 噪声 噪音 画面闪烁 振动 噪音 振动 停止 误动作
2
3
4
UPS 1
D
UPS 2
C
Load
B
A
2
3
4
UPS 可 靠 度 比 较
Hot Standby
对负载双重 保护
维护保养时 负载不断电
有( OO ) 是( OO )
MTBF
最高( OO )
过载能力
低
容量扩充性
低
MTTR
对市电电源 品质要求
对杂讯 耐受性
短( O ) 低( O ) 高( O )
Parallel
谐波的改善
• 被动滤波器 ( 谐波滤波器 ) 由被动组件 ( R,L,C ) 串并联组成, 制造低阻抗回路并 联于谐波发生源, 以有效吸收谐波含量,达到滤波效果.
• 相移操作 ( 12-PULSE 整流器 ) 依据电路特性, 产生两组相位移电源, 使其电流谐波 部分可相互抵消, 进而达到滤波的效果.
94%以上
在线式 系统提供完全保 结构复杂，造成生产成本高。电能利用
护无任何转换时 效率低。线路复杂,机器良率低。
间电源输出品质
最佳
电力问题认知
试着问你自己,下列问题是否曾发生在您或您周遭朋友身上: .资料因停电然未存盘而漏失
.机器当机但不知原因 .上网时,线传资料不正确或异常中断 .当机重新开机后,档案结构发生错误 .计算机屏幕不正确的闪烁 .设备因停电,雷击而损坏 .网络设备不明原因的重新开机
上述问题只是开端,请试着思考上述问题发生的严重性 .你花费多少时间回复因断电而造成的资料损失
.这些时间花费多少成本 .设备损坏时的花费费用 .网络发生问题时,有多少人工作受影响 .这些人停工的成本呢
电力问题种类
系统当机
硬件损毁 资料错误
硬件损毁 系统异常
设备故障 资料错误
资料流失
系统异常
设备损坏
损坏.
正弦波
各 类 UPS 比 较
优点
缺点
后备式 体积小﹑重量轻, 需转换时间(4ms),无法提供完全保护功
线路简单﹑便宜, 能较少低频离线式 UPS 放电效率低于
市电正常时几乎 80%
无电能损耗
ห้องสมุดไป่ตู้
在线互 充电时间快市电 需转换时间(0-5ms),无法提供完全保护
动式 正常时效率可达 电池放电效率低(<81%)
后备式UPS
市电
AC/DC
充电器
电池
DC/AC
逆变器
转换 开关 负载
市电正常: UPS输出等于市电输入 (但是经过杂讯干扰!)
市电异常时: 逆变器转换电池能源为AC输出给负载
输出:
模拟正弦波
在线互动式UPS
市电
AVR
电池
AC/DC DC/AC
双向 转换器
负载
市电正常时:
UPS输出等于市电输入 (但是经过杂讯抑制!)
额定容量的 2倍
UPS注意事项(3)
1.因UPS内部存在高压电，服务必须由受过严格训练的 专业维护人员提供。
2. 机房内应限定专人管理，非相关人员不得操作UPS。 3. 电池释放的电解液对皮肤及眼睛有害，带有毒性。 4. 电池短路时会有很大的电流，有电击危险。操作时要
注意下列几点: a. 不可佩戴手表/戒指或其它金属物品。 b. 使用带绝缘手柄的工具. c. 请不要在电池上放置工具或金属。 5. 若电池已经连接完毕，请不要试图移动电池柜。 6. UPS自带电池, 假若没有市电输入,其输出仍可能有电。 7. 机房内电瓶箱起火时，请迅速关闭负载，切断供应 UPS电源，并用干式灭火器灭火。
(-3.3mV/cell/℃)
蓄电池选择计算方法(1)
• 恒电流算法:
Id = UPS 容量.O/P * P.F. / Inv. Eff. / Vdc
(平均放电电流)
Inv. Eff. :
10 ~ 20 KVA 0.91
(逆流器效率)
30 ~ 40 KVA 0.92
50 ~120KVA 0.93
160~ KVA 0.94
中
小 小
小
最小
最小 小 無
设备影响
发电机容量
电压陷落
小 小
功因改善
UPS与发电机搭配问题(1)
* Line Notches & Harmonic Current
(电压凹陷瞬时 & 谐波电流)
原因: 相位控制整流器所造成
影响: 发电机振动,过热,噪音及损失增加
解决:
a. 增加发电机额定容量 b. 采用12-pulse or IGBT 整流器 c. 加输入谐波滤波器
原因: 由于发电机本身特性及UPS负载变动 影响: 发电机频率不稳定及UPS锁相失败 解决: a. 提升发电机性能
b. 改善UPS反应时间及Slew Rate
发电机容量选择
一般来说: •若 UPS 输入为 6-PULSE 整流器则搭配 发电机容量应为 UPS 容量之 2 倍. •若 UPS 输入为 12-PULSE 整流器则搭配 发电机容量应为 UPS 容量之 1.5 倍.
安全顾虑
系统当机
频率异常
电力问题解决
电力问题
低电压 高电压 断电 噪声干扰 高压突波 频率飘移
突波吸收器
× △ × × △ × 较佳保护
稳压器
离线式 在线交互式
UPS
UPS
△
×/△
△
△
×/△
△
×
×
×
△
△
×/△
△
×
△
△
△有限或视状况保护 ×没有保护
在线式 UPS
正常市电 电压过低 电压过高 市电中断 噪声干扰 高压突波 頻率飄移
有( OO )
是( OO ) 高( O ) 高( OO ) 高( OO )
长 较高
较低
Single
没有
否 低 低 低 短( O ) 低( O )
高( O )
UPS注意事项(1)
1. 应保持环境整齐与洁净。 2. 勿使其曝露到雨水、尘垢太重地方。 3. 通风必须良好, 环境温度应保持 20~30°C。 4. 远离可燃气体瓦斯或爆炸物。 5. 避免地板震动 6. 系统(含电池柜)必须确实的接地 7. 使用符合国际安规要求的材料
UPS方案
1. 单机使用 2. 并机(独立旁路) 3. 并机(共享旁路) 4. 串机 (Hot-Standby) 1 对 1 5. 并机(共享电池)
单机使用架构
BY PASS
RESERVE
RECTIFIER RECTIFIER
INVERTER
OUTPUT
Load
BATTERY
STATIC SWITCH
• C = K Id / L Method C : 电池容量 ( AH ) Id : 电池放电电流 L : 维护系数 ( 0.8 ) K : 容量换算系数
谐波的产生
•回转机械设计不良所造成的谐波 例如 : 同步电动机, 感应电动机等.
•变压器铁心磁饱和所产生之高次谐波 例如 :变压器, 饱和电抗器, 灯管启动器等.
UPS 选用 考 虑 因 素 (2)
➢环境因素: ➢结构条件: ➢环保要求: ➢智能化:
a.温度 b.湿度 c.通风 d.噪音 a.信道大小 b.地板承受力 a. 效率 b. EMI a.监控管理
蓄电池选择考虑因素
• DC电压范围 (决定电池cell数目) • 负载容量大小 (决定电池AH大小) • 备用时间长短 (决定电池AH大小) • 工作环境温度 (5 ℃ ~ 35 ℃)
UPS与发电机搭配问题(2)
* Step Loading (阶跃性负载 )
原因: 当UPS切换至发电机供电瞬间 影响: 造成发电机电压及频率摇摆(swing) 解决: 整流器具软启动 (Soft Start,Walk-in)功能
UPS与发电机搭配问题(3)
*Frequency Fluctuations (频率波动 )
UPS注意事项(2)
1. 使用UPS之前, 必须先仔细阅读使用说明书 2. 按照要求的作业程序开关机 3. 电池两级严禁反接或短路 4. 勿超载使用, 最佳使用率为 < 70%负载 5. 切勿使用在纯电感性或纯电容性负载。 6. 不可接半桥整流负载，例如吹风机等设备。 7.输入端要接发电机电源时,容量必须大于UPS
UPS 选用考 虑 因 素 (1)
➢电源种类: a. 电压相数(单相/ 三相) b. 电压及变动范围 c. 频率及变动范围
➢负载容量: a. KVA, KW, P.F. b. Crest Factor c. 预备容量
➢负载特性: a.稳态: b.暂态: (1)马达启动电流(2)变压器激磁电流 (3)负载投入突波电流
内容大纲
• UPS分类及其架构
• 电力问题 • UPS选用 • 蓄电池选用
• 谐波改善 • UPS与发电机 • UPS方案 • UPS注意事项
UPS分类及其架构
UPS 分类
后备式 Off-line
在线互动式 Line-Interactive
在线式 Double Conversion
• 主动滤波器 ( Active Filter ) 由半导体开关及储能组件所组成, 藉由控制半导体 开关的 ON / OFF, 以补偿负载所需的虚功及谐波电流.
6-Pulse vs. 12-Pulse vs. 滤波器
12Pulse
6Pulse
6Pulse+Filter
IGBT or Active Filter
6n±1
27.8%
12n±1
11,13,.. 9.4% 5,7,..
11.4% 3%
最貴 貴
中等
高 中
中等
低 便宜
谐波阶数
谐波失真
购置成本
效率
6-Pulse vs. 12-Pulse vs. 滤波器
12Pulse 6Pulse
大
大
大
6Pulse+Filter 大大
IGBT or Active Filter 大
市电异常时:
Inverter转换电池能源为AC输出给负载
电压过高或过低: AVR动作, 调整电压至合理的范围
输出:
正弦波或模拟正弦波
在线式UPS
市电
静态开关
市电
AC/DC
整流器
DC/AC
逆变器
静态开关
电瓶
市电正常时: 市电异常时: 电压过高或过低: 输出:
UPS透过整流 –逆变, 提供干净稳定的正弦波 逆变器转换电池能源为AC输出给负载 逆变器自动调整电压至合理范围
1 D
C
B
A 1
并机 ( 独立旁路 )
2
3
4
UPS 1 D
UPS 2
C
Load
B
A
2
3
4
1 D
C
B
A 1
并机(共享旁路)
2
3
4
UPS 1
Load
UPS 2
2
3
4
1 D
C
B
A 1
串机 (Hot-Standby) 1 对 1
2
3
4
UPS 1 D
C
UPS 2
B
Load
A
2
3
4
1 D
C
B
A 1
并机(共享电池)
成功從這裏開始！
35
Vdc (平均电池电压) =终止电压 + 2 / 3 ( 初始电压 - 终止电压 )
或 Vdc = 电池额定电压 (29 12 = 348)
蓄电池选择计算方法(2)
• 恒功率算法:
P = UPS 容量. O/P * P.F. / Inv. Eff. / Batt.cell (watt/cell) P = UPS 容量. O/P * P.F. / Inv. Eff. / Batt.pcs (watt/pcs)
•非线性特性负载所产生之高次谐波 例如 : 整流器, 变频器, 静态的无效电力设备等.
谐波的影响
受影响设备
电力
电容器电抗器
电容器
电力容丝
马达开关 接地故障开关
消费者
立体音响
产品
电视
马达
其它
电梯
控制器
问题 燃烧 过热 振动 噪音 熔掉 误动作 误动作 噪声 噪音 画面闪烁 振动 噪音 振动 停止 误动作
2
3
4
UPS 1
D
UPS 2
C
Load
B
A
2
3
4
UPS 可 靠 度 比 较
Hot Standby
对负载双重 保护
维护保养时 负载不断电
有( OO ) 是( OO )
MTBF
最高( OO )
过载能力
低
容量扩充性
低
MTTR
对市电电源 品质要求
对杂讯 耐受性
短( O ) 低( O ) 高( O )
Parallel
谐波的改善
• 被动滤波器 ( 谐波滤波器 ) 由被动组件 ( R,L,C ) 串并联组成, 制造低阻抗回路并 联于谐波发生源, 以有效吸收谐波含量,达到滤波效果.
• 相移操作 ( 12-PULSE 整流器 ) 依据电路特性, 产生两组相位移电源, 使其电流谐波 部分可相互抵消, 进而达到滤波的效果.
94%以上
在线式 系统提供完全保 结构复杂，造成生产成本高。电能利用
护无任何转换时 效率低。线路复杂,机器良率低。
间电源输出品质
最佳
电力问题认知
试着问你自己,下列问题是否曾发生在您或您周遭朋友身上: .资料因停电然未存盘而漏失
.机器当机但不知原因 .上网时,线传资料不正确或异常中断 .当机重新开机后,档案结构发生错误 .计算机屏幕不正确的闪烁 .设备因停电,雷击而损坏 .网络设备不明原因的重新开机
上述问题只是开端,请试着思考上述问题发生的严重性 .你花费多少时间回复因断电而造成的资料损失
.这些时间花费多少成本 .设备损坏时的花费费用 .网络发生问题时,有多少人工作受影响 .这些人停工的成本呢
电力问题种类
系统当机
硬件损毁 资料错误
硬件损毁 系统异常
设备故障 资料错误
资料流失
系统异常
设备损坏
损坏.
正弦波
各 类 UPS 比 较
优点
缺点
后备式 体积小﹑重量轻, 需转换时间(4ms),无法提供完全保护功
线路简单﹑便宜, 能较少低频离线式 UPS 放电效率低于
市电正常时几乎 80%
无电能损耗
ห้องสมุดไป่ตู้
在线互 充电时间快市电 需转换时间(0-5ms),无法提供完全保护
动式 正常时效率可达 电池放电效率低(<81%)
后备式UPS
市电
AC/DC
充电器
电池
DC/AC
逆变器
转换 开关 负载
市电正常: UPS输出等于市电输入 (但是经过杂讯干扰!)
市电异常时: 逆变器转换电池能源为AC输出给负载
输出:
模拟正弦波
在线互动式UPS
市电
AVR
电池
AC/DC DC/AC
双向 转换器
负载
市电正常时:
UPS输出等于市电输入 (但是经过杂讯抑制!)
额定容量的 2倍
UPS注意事项(3)
1.因UPS内部存在高压电，服务必须由受过严格训练的 专业维护人员提供。
2. 机房内应限定专人管理，非相关人员不得操作UPS。 3. 电池释放的电解液对皮肤及眼睛有害，带有毒性。 4. 电池短路时会有很大的电流，有电击危险。操作时要
注意下列几点: a. 不可佩戴手表/戒指或其它金属物品。 b. 使用带绝缘手柄的工具. c. 请不要在电池上放置工具或金属。 5. 若电池已经连接完毕，请不要试图移动电池柜。 6. UPS自带电池, 假若没有市电输入,其输出仍可能有电。 7. 机房内电瓶箱起火时，请迅速关闭负载，切断供应 UPS电源，并用干式灭火器灭火。
(-3.3mV/cell/℃)
蓄电池选择计算方法(1)
• 恒电流算法:
Id = UPS 容量.O/P * P.F. / Inv. Eff. / Vdc
(平均放电电流)
Inv. Eff. :
10 ~ 20 KVA 0.91
(逆流器效率)
30 ~ 40 KVA 0.92
50 ~120KVA 0.93
160~ KVA 0.94
中
小 小
小
最小
最小 小 無
设备影响
发电机容量
电压陷落
小 小
功因改善
UPS与发电机搭配问题(1)
* Line Notches & Harmonic Current
(电压凹陷瞬时 & 谐波电流)
原因: 相位控制整流器所造成
影响: 发电机振动,过热,噪音及损失增加
解决:
a. 增加发电机额定容量 b. 采用12-pulse or IGBT 整流器 c. 加输入谐波滤波器
原因: 由于发电机本身特性及UPS负载变动 影响: 发电机频率不稳定及UPS锁相失败 解决: a. 提升发电机性能
b. 改善UPS反应时间及Slew Rate
发电机容量选择
一般来说: •若 UPS 输入为 6-PULSE 整流器则搭配 发电机容量应为 UPS 容量之 2 倍. •若 UPS 输入为 12-PULSE 整流器则搭配 发电机容量应为 UPS 容量之 1.5 倍.
安全顾虑
系统当机
频率异常
电力问题解决
电力问题
低电压 高电压 断电 噪声干扰 高压突波 频率飘移
突波吸收器
× △ × × △ × 较佳保护
稳压器
离线式 在线交互式
UPS
UPS
△
×/△
△
△
×/△
△
×
×
×
△
△
×/△
△
×
△
△
△有限或视状况保护 ×没有保护
在线式 UPS
正常市电 电压过低 电压过高 市电中断 噪声干扰 高压突波 頻率飄移
有( OO )
是( OO ) 高( O ) 高( OO ) 高( OO )
长 较高
较低
Single
没有
否 低 低 低 短( O ) 低( O )
高( O )
UPS注意事项(1)
1. 应保持环境整齐与洁净。 2. 勿使其曝露到雨水、尘垢太重地方。 3. 通风必须良好, 环境温度应保持 20~30°C。 4. 远离可燃气体瓦斯或爆炸物。 5. 避免地板震动 6. 系统(含电池柜)必须确实的接地 7. 使用符合国际安规要求的材料
UPS方案
1. 单机使用 2. 并机(独立旁路) 3. 并机(共享旁路) 4. 串机 (Hot-Standby) 1 对 1 5. 并机(共享电池)
单机使用架构
BY PASS
RESERVE
RECTIFIER RECTIFIER
INVERTER
OUTPUT
Load
BATTERY
STATIC SWITCH
• C = K Id / L Method C : 电池容量 ( AH ) Id : 电池放电电流 L : 维护系数 ( 0.8 ) K : 容量换算系数
谐波的产生
•回转机械设计不良所造成的谐波 例如 : 同步电动机, 感应电动机等.
•变压器铁心磁饱和所产生之高次谐波 例如 :变压器, 饱和电抗器, 灯管启动器等.
UPS 选用 考 虑 因 素 (2)
➢环境因素: ➢结构条件: ➢环保要求: ➢智能化:
a.温度 b.湿度 c.通风 d.噪音 a.信道大小 b.地板承受力 a. 效率 b. EMI a.监控管理
蓄电池选择考虑因素
• DC电压范围 (决定电池cell数目) • 负载容量大小 (决定电池AH大小) • 备用时间长短 (决定电池AH大小) • 工作环境温度 (5 ℃ ~ 35 ℃)
UPS与发电机搭配问题(2)
* Step Loading (阶跃性负载 )
原因: 当UPS切换至发电机供电瞬间 影响: 造成发电机电压及频率摇摆(swing) 解决: 整流器具软启动 (Soft Start,Walk-in)功能
UPS与发电机搭配问题(3)
*Frequency Fluctuations (频率波动 )
UPS注意事项(2)
1. 使用UPS之前, 必须先仔细阅读使用说明书 2. 按照要求的作业程序开关机 3. 电池两级严禁反接或短路 4. 勿超载使用, 最佳使用率为 < 70%负载 5. 切勿使用在纯电感性或纯电容性负载。 6. 不可接半桥整流负载，例如吹风机等设备。 7.输入端要接发电机电源时,容量必须大于UPS
UPS 选用考 虑 因 素 (1)
➢电源种类: a. 电压相数(单相/ 三相) b. 电压及变动范围 c. 频率及变动范围
➢负载容量: a. KVA, KW, P.F. b. Crest Factor c. 预备容量
➢负载特性: a.稳态: b.暂态: (1)马达启动电流(2)变压器激磁电流 (3)负载投入突波电流