UPS原理及技術(shù)資料

1、UPS技術(shù)資料1 UPS原理不間斷電源（ Uninterruptible Power System，簡稱UPS），是指在主電源（通常是市電）出現(xiàn)供應(yīng)故障情況下臨時(shí)向需要不間斷工作的系統(tǒng)連續(xù)供電的電源系統(tǒng)。UPS在主電源輸入正常時(shí)，也可對(duì)品質(zhì)不良的電源進(jìn)行穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、抑制浪涌、濾除噪聲、防雷擊、凈化電源、避免高頻干擾等，從而提供給使用者一個(gè)穩(wěn)定純凈的電源，因此在工業(yè)中得以廣泛應(yīng)用。不僅如此，UPS提供的電源還具有較高的電壓、頻率穩(wěn)定性好、波形失真小、噪聲和干擾更優(yōu)于外電網(wǎng)等幾大優(yōu)點(diǎn)，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)最理想的供電方式。UPS電源系統(tǒng)由4部分組成：整流、儲(chǔ)能、變換和開關(guān)控制。穩(wěn)壓功能通常是由整流器完成的

2、，整流器件采用可控硅或高頻開關(guān)整流器，本身具有可根據(jù)外電的變化控制輸出幅度的功能，從而當(dāng)外電發(fā)生變化時(shí)（該變化應(yīng)滿足系統(tǒng)要求），輸出幅度基本不變的整流電壓。凈化功能由儲(chǔ)能電池來完成，由于整流器對(duì)瞬時(shí)脈沖干擾不能消除，整流后的電壓仍存在干擾脈沖。儲(chǔ)能電池除可存儲(chǔ)直流直能的功能外，對(duì)整流器來說就象接了一只大容器電容器，其等效電容量的大小，與儲(chǔ)能電池容量大小成正比。由于電容兩端的電壓是不能突變的，即利用了電容器對(duì)脈沖的平滑特性消除了脈沖干擾，起到了凈化功能，也稱對(duì)干擾的屏蔽。頻率的穩(wěn)定則由變換器來完成，頻率穩(wěn)定度取決于變換器的振蕩頻率的穩(wěn)定程度。為方便UPS電源系統(tǒng)的日常操作與維護(hù)，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)工作開

3、關(guān)，主機(jī)自檢故障后的自動(dòng)旁路開關(guān)，檢修旁路開關(guān)等開關(guān)控制。2 UPS分類及特點(diǎn) UPS的特點(diǎn)UPS電源按其工作方式可分為后備式UPS和在線式UPS兩大類；而按其輸出波形又可分為方波輸出UPS和正弦波輸出UPS兩種。后備式UPS電源的優(yōu)點(diǎn)是：運(yùn)行效率高、噪音低、價(jià)格相對(duì)便宜，主要適用于市電波動(dòng)不大，對(duì)供電質(zhì)量要求不高的場(chǎng)合。在線式UPS電源與后備式UPS電源相比，在線式UPS電源的供電質(zhì)量明顯優(yōu)于后備式UPS電源，因?yàn)樗梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的穩(wěn)頻、穩(wěn)壓供電，且在由市電供電轉(zhuǎn)換到蓄電池供電時(shí)，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為零。方波輸出的UPS電源帶負(fù)載能力差(負(fù)載量僅為額定負(fù)載的4060)，不能帶電感性負(fù)載。如所帶的負(fù)載

4、過大，方波輸出電壓中包含的三次諧波成份將使流入負(fù)載中的容性電流增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞負(fù)載的電源濾波電容。正弦波輸出的UPS電源的輸出電壓波形畸變度與負(fù)載量之間的關(guān)系沒有方波輸出UPS電源那樣明顯，帶負(fù)載能力相對(duì)較強(qiáng)，并能帶微電感性負(fù)載。不管那種類型的UPS電源，當(dāng)它們處于逆變器供電狀態(tài)時(shí)，除非迫不得已，一般不要滿載或超載運(yùn)行，否則會(huì)使UPS電源的故障率明顯增多。UPS的工作方式1后備式UPS的特點(diǎn) 1）后備方波輸出型 后備方波輸出型UPS結(jié)構(gòu)如圖12-7所示。當(dāng)市電正常時(shí)，市電220V經(jīng)高頻濾波、抗浪涌無源濾波電路和交流穩(wěn)壓電路輸送給負(fù)載，同時(shí)經(jīng)充電器給蓄電池充電，這時(shí)逆變器不工作。當(dāng)市電斷電后，

5、逆變器啟動(dòng)，將電池的直流能量轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣?即DCAC轉(zhuǎn)換)輸送給負(fù)載，這期間的轉(zhuǎn)換時(shí)間主要由繼電器的機(jī)械跳動(dòng)時(shí)間和逆變器的啟動(dòng)時(shí)間決定，一般要求在49ms之內(nèi)完成。后備式UPS允許市電的變化范圍一般在180250V之間，UPS輸出的交流電壓穩(wěn)定度在220V5以內(nèi)。 由于后備式UPS的市電供電和逆變供電均采用同一個(gè)變壓器，所以它的交流輸出火線和零線的位置是固定的，用戶在接線時(shí)必須遵守它們的接線關(guān)系。即UPS的交流輸入線零線接零線，火線接火線。另外，后備式UPS電源不能進(jìn)行頻繁的啟動(dòng)和關(guān)閉操作。一般要求關(guān)閉與啟動(dòng)之間的時(shí)間間隔10s左右；否則UPS會(huì)處于不正常的狀態(tài)。 由于后備式UPS電源線路簡單，

6、易于實(shí)現(xiàn)，噪音低，價(jià)格便宜，所以在中小型UPS中得到了廣泛應(yīng)用。 2在線式UPS的特點(diǎn) 在線式UPS結(jié)構(gòu)如圖12-8所示，市電正常時(shí)，輸入的交流電經(jīng)濾波器將電網(wǎng)中的干擾成分濾掉，然后經(jīng)整流濾波，給蓄電池組充電，并同時(shí)給逆變器提供工作電壓。逆變器在調(diào)制信號(hào)的控制下，又將直流電逆變成穩(wěn)壓穩(wěn)頻的交流電(正弦波)給負(fù)載供電。市電不正常或斷電時(shí)，蓄電池直流能量經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)變成交流電，實(shí)現(xiàn)不間斷供電。 在線式UPS的特點(diǎn)是無論有無市電，都是由逆變器向負(fù)載提供交流電，逆變器始終處于工作狀態(tài)。因此，它從根本上消除了來自市電的電壓波動(dòng)和干擾，真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)負(fù)載無干擾、穩(wěn)壓穩(wěn)頻的供電。一般允許市電輸入電壓的變化范圍為

7、180250V，輸出電壓穩(wěn)定范圍在220V3以內(nèi)，頻率穩(wěn)定度在50Hz1以內(nèi)，輸出正弦波波形失真系數(shù)小于3。另外，由于它的逆變器始終處于逆變工作狀態(tài)，所以當(dāng)市電中斷時(shí)，由市電切換到蓄電池供電的切換時(shí)間為零。 由于在線式UPS的線路復(fù)雜，保護(hù)功能和擴(kuò)展功能強(qiáng)，能適應(yīng)較寬的市電范圍和頻率范圍，供電質(zhì)量優(yōu)良，并可以滿足帶發(fā)電機(jī)用戶要求，所以其價(jià)格也相對(duì)較貴些。 UPS按電池向負(fù)載供電的時(shí)間可分為短延時(shí)和長延時(shí)UPS。短延時(shí)UPS一般在市電斷電后只能繼續(xù)供電1030min，而長延時(shí)UPS則可連續(xù)供電1h以上，甚至可達(dá)8h。3 UPS主要性能指標(biāo)硬件性能指標(biāo)主要有： 工作方式：在線、在線交互、后備 輸入

8、電壓范圍：即保證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電池放電的可能性越小，故電池的壽命就相對(duì)延長?？剖窟_(dá)具有較大的輸入電壓范圍，最高可達(dá)165-275V。 輸入頻率范圍：即UPS能自動(dòng)跟蹤市電、保持同步的頻率范圍。當(dāng)切換旁路時(shí)，UPS能自動(dòng)跟蹤市電、保持同步可避免因輸入輸出相位差開甚至反相，引起逆變器模塊電源和交流旁路電源間出現(xiàn)大的環(huán)流電源而損害UPS。科士達(dá)允許輸入頻率范圍45-65Hz。 輸入功率因數(shù)：指UPS輸入端的功率因數(shù)。輸入功率因數(shù)越高，UPS所吸收的無功功率越小，因而對(duì)市電電網(wǎng)的干擾就越小。

9、一般UPS只能達(dá)到0.9左右。 輸出功率因數(shù)：指UPS輸出端的功率因數(shù)。如果有非計(jì)算機(jī)負(fù)載，越大則帶載能力越強(qiáng)。一般UPS為0.8左右。 過載能力：越大，表示逆變器能力越好。 字串8 切換時(shí)間：由于計(jì)算機(jī)開關(guān)電源，在10ms的間隔時(shí)間能保證計(jì)算機(jī)的輸出，因此一般要求UPS切換時(shí)間小于10ms，對(duì)于在線UPS切換時(shí)間為0。 輸出電壓穩(wěn)定度：指UPS輸出電壓的穩(wěn)定程度。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。大部分UPS的電壓穩(wěn)定度大于5%，科士達(dá) 為13% 。 輸出電壓失真度：即UPS輸出波形中所含的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

10、越小，對(duì)負(fù)載可能造成的干擾或破壞就越小。科士達(dá)GP600，500，800及MASTER系列輸出波型為非常純正的正波。 負(fù)載峰值因數(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?？剖窟_(dá)產(chǎn)品的峰值因數(shù)為有3:1。 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?？剖窟_(dá)目前暫時(shí)無該系列產(chǎn)品。 冷啟動(dòng)功能：在無市電或不接市電的情況下，直接用電池組所提供的直流電壓啟動(dòng)UPS的功能。科士達(dá)產(chǎn)品具有冷啟動(dòng)功能。 旁 路 功

11、 能：指UPS超載或逆變器發(fā)生故障時(shí)，通過控制開關(guān)轉(zhuǎn)換至市電供電，也就是旁路供電?？剖窟_(dá)UPS各系列都具有旁路功能。 接發(fā)電機(jī)功能：發(fā)電機(jī)的輸出波形一般失真度較高，且頻率波動(dòng)范圍很大。因此，UPS必須具有良好的跟蹤發(fā)電機(jī)頻率的性能，保持與發(fā)電機(jī)同步工作，并且保持質(zhì)量較高的輸出波形和穩(wěn)定的輸出電壓?？剖窟_(dá)具有良好的接發(fā)電機(jī)性能。 電池管理水平：由于電池在UPS整機(jī)成本所占比重較大，特別長延時(shí)UPS中更占1/3以上，而且電池故障在UPS故障率中也占70%以上。所以電池管理水平的高低直接關(guān)系到UPS的使用。 整 機(jī) 效 率：效率低會(huì)造成UPS本身功耗大、易老化。效率低還會(huì)造成電池供電時(shí)間變短。科士達(dá)

12、UPS整機(jī)效率在90%以上，達(dá)到較高的水平。監(jiān)控軟件：軟件性能指標(biāo)主要分保護(hù)、監(jiān)測(cè)和管理（控制）三個(gè)層次。詳見以下章節(jié)的介紹 字串7 各種技術(shù)UPS電源對(duì)市電的不同解決能力：市電問題后備式UPS 在線互動(dòng)UPS 真在線UPS 字串3 浪涌 無法解決有限解決 完全解決高壓尖脈沖 無法解決 有限解決 完全解決 波形下陷有限解決 有限解決 完全解決電子干擾有限解決有限解決 完全解決頻率漂移 無法解決 有限解決 完全解決 持續(xù)的高壓或低壓完全解決完全解決 完全解決 高壓瞬態(tài)無法解決 有限解決 完全解決 斷電 完全解決完全解決完全解決4 UPS電源系統(tǒng)使用注意事項(xiàng)UPS電源系統(tǒng)因其智能化程度高，儲(chǔ)能電池

13、采用了免維護(hù)蓄電池，這雖給使用帶來了許多便利，但在使用過程中還應(yīng)在多方面引起注意，才能保證使用安全。(1)UPS電源主機(jī)對(duì)環(huán)境溫度要求不高，+540都能正常工作，但要求室內(nèi)清潔，少塵，否則灰塵加上潮濕會(huì)引起主機(jī)工作紊亂。儲(chǔ)能蓄電池則對(duì)溫度要求較高，標(biāo)準(zhǔn)使用溫度為25，平時(shí)不能超過+15+30。溫度太低，會(huì)使儲(chǔ)電池容量下降，溫度每下降1，其容量下降1。其放電容量會(huì)隨溫度升高而增加，但壽命降低。如果在高溫下長期使用，溫度每高10，電池壽命約降低一半。(2)主機(jī)中設(shè)置的參數(shù)在使用中不能隨意改變。特別是對(duì)電池組的參數(shù)，會(huì)直接影響其使用壽命，但隨著環(huán)境溫度的改變，對(duì)浮充電壓要做相應(yīng)調(diào)整。通常以25為標(biāo)準(zhǔn)

14、，環(huán)境溫度每升高或降低1時(shí)，浮充電壓為補(bǔ)充自放電，使蓄電池保持完全充電狀態(tài)的連續(xù)小電流充電的電壓叫浮充電壓。浮充工作原理：當(dāng)電池處于充滿狀態(tài)時(shí)，充電器不會(huì)停止充電，仍會(huì)提供恒定的浮充電壓與很小浮充電流供給電池，因?yàn)?，一旦充電器停止充電，電池?huì)自然地釋放電能，所以利用浮充的方式，平衡這種自然放電.應(yīng)增加18mV（相對(duì)于12V蓄電池）。(3)在無外電靠UPS電源系統(tǒng)自行供電時(shí)，應(yīng)避免帶負(fù)載啟動(dòng)UPS電源，應(yīng)先關(guān)斷各負(fù)載，等UPS電源系統(tǒng)起動(dòng)后再開啟負(fù)載。因負(fù)載瞬間供電時(shí)會(huì)有沖擊電池，多負(fù)載的沖擊電流和加上所需的供電電流會(huì)造成UPS電源瞬間過載，嚴(yán)重時(shí)將損壞變換器。(4)UPS電源系統(tǒng)按使用要求功率

15、余量不大，在使用中要避免隨意增加大功率的額外設(shè)備，也不允許在滿負(fù)載狀態(tài)下長期運(yùn)行。但工作性質(zhì)決定了UPS電源系統(tǒng)幾乎是在不間斷狀態(tài)下運(yùn)行的，增加大功率負(fù)載，即使是在基本滿載狀態(tài)下工作，都會(huì)造成主機(jī)出故障，嚴(yán)重時(shí)將損壞變換器。(5)自備發(fā)電機(jī)的輸出電壓，波形、頻率、幅度應(yīng)滿UPS電源對(duì)輸入電壓的要求，另外發(fā)電機(jī)的功率要遠(yuǎn)大于UPS電源的額定功率，否則任一條件不滿，將會(huì)造成UPS電源工作異常或損壞。(6)由于組合電池組電壓很高，存在電擊危險(xiǎn)，因此裝卸導(dǎo)電聯(lián)接條、輸出線時(shí)應(yīng)用安全保障，工具應(yīng)采用絕緣措施，特別是輸出接點(diǎn)應(yīng)有防觸摸措施。 (7)不論是在浮充工作狀態(tài)還是在充電、放電檢修測(cè)試狀態(tài)，都要保證

16、電壓、電流符合規(guī)定要求。過高的電壓或電流可能會(huì)造成電池的熱失控電流較大，電解液溫度升高，氫氧過電位降低，氣體的生成和析出使氣體復(fù)合通道增多，用于分解水的分解電流同步增大；二者均促使水分解加快。高溫高壓氣體生成的速率大于安全閥排氣速度和氣體復(fù)合速度之和，使電池內(nèi)部溫度迅速升高；溫度升高和電流的增大互相促進(jìn)，使電池內(nèi)部溫度升高，軟化ABS外殼（ABS熔點(diǎn)為160 ），從而發(fā)生電池的膨脹；或失水電池正極析出氧氣、負(fù)極析出氫氣，即部分電能消耗在電解水。當(dāng)過充電非常嚴(yán)重時(shí)，蓄電池失水，會(huì)造成電池極板不可逆硫酸鹽化，使電池容量減小，嚴(yán)重的導(dǎo)致電池報(bào)廢。電池過充電，正極析出的氧具有很強(qiáng)的腐蝕性，對(duì)正極板柵危

17、害極大，使用中一定要避免過充電。電池失水后，電解液（稀硫酸）濃度增加，腐蝕加重。，電壓、電流過小會(huì)造成電池虧電，這都會(huì)影響電池的使用壽命，前者的影響更大。(8)在任何情況下，都應(yīng)防止電池短路或深度放電電池放出的容量占其額定容量的百分比稱為放電深度，因?yàn)殡姵氐难h(huán)壽命和放電深度有關(guān)。放電深度越深、循環(huán)壽命越短。在容量試驗(yàn)中或是放電檢修中，通常 放電達(dá)到容量的3050就可以了。(9)對(duì)電池應(yīng)避免大電流充放電，雖說在充電時(shí)可以接受大電流，但在實(shí)際操作中應(yīng)盡量避免，否則會(huì)造成電池極板膨脹變形，使得極板活性物質(zhì)脫落，電池內(nèi)阻增大，溫升越高，嚴(yán)重時(shí)將造成容量下降，壽命提前終止。3、日常維護(hù)與檢修(1)UP

18、S電源在正常使用情況下，主機(jī)的維護(hù)工作很少，主要是防塵和定期除塵。特別是氣候干燥的地區(qū)，空氣中的灰粒較多，機(jī)內(nèi)的風(fēng)機(jī)會(huì)將灰塵帶入機(jī)內(nèi)沉積、當(dāng)遇空氣潮濕時(shí)會(huì)引起主機(jī)控制紊亂造成主機(jī)工作失常，并發(fā)生不準(zhǔn)確告警，大量灰塵也會(huì)造成器件散熱不好。一般每季度應(yīng)徹底清潔一次。其次就是在除塵時(shí)，檢查各連接件和插接件有無松動(dòng)和接觸不牢的情況。 (2)雖說儲(chǔ)能電池組目前都采用了免維護(hù)電池，但這只是免除了以往的測(cè)比、配比、定時(shí)添加蒸餾水的工作。但外因工作狀態(tài)對(duì)電池的影響并沒有改變，不正常工作狀態(tài)對(duì)電池造成的影響沒有變，這部分的維護(hù)檢修工作仍是非常重要的，UPS電源系統(tǒng)的大量維修檢修工作主要在電池部分。a.儲(chǔ)能電池的工作全部是在浮充狀態(tài)，在這種情況下至少應(yīng)每年進(jìn)行一次放電。放電前應(yīng)先對(duì)電池組進(jìn)行均衡充電，以達(dá)全組電池的均衡。要清楚放電前電池組已存在的落后電池。放電過程中如有一只達(dá)到放電終止電壓時(shí)，應(yīng)停止放電，繼續(xù)放電先消除落后電池后再放。b.核對(duì)性放電，不是首先追求放出容量的百分之多少，而是要關(guān)注發(fā)現(xiàn)和處理落后電池，經(jīng)對(duì)落后電池處理后再作核對(duì)性放電實(shí)驗(yàn)。這樣可防止事故，以免放電中落后電池惡化為反極