UPS電源設(shè)備培訓(xùn)手冊

1、地鐵用信號電源設(shè)備理 論 培 訓(xùn) 手 冊 佛山市南海區(qū)創(chuàng)電電源有限公司二七年四月目 錄第一部分 基本知識1UPS的基本知識-41.1 UPS電源是什么電源-41.2 UPS分類-4-51.3 信息技術(shù)設(shè)備為什么要用UPS電源-51.4 當(dāng)前UPS電源設(shè)備發(fā)展?fàn)顩r-51.5 目前市場上銷售量最大的三種類型UPS介紹-5-91.6 有關(guān)UPS電源的術(shù)語-10-122幾種常用電器元件的基本知識-122.1 繼電器-12-142.2 接觸器-14-152.3 空氣斷路器在電氣電路保護(hù)設(shè)計(jì)中的重要性-15-192.4 C級防雷系統(tǒng)-192.5 數(shù)字電流、電壓表-202.6 頻率表-202.7 分流器、電

2、流互感器-20-212.8 變壓器、電抗器-21-222.9 電源濾波器 （EMI）-222.10 靜態(tài)開關(guān)-232.11 絕緣柵雙極晶體管（IGBT）-23-26 2.12 霍爾電壓電流傳感器-26-27第二部分 信號電源系統(tǒng)設(shè)備知識1北京地鐵2號線信號系統(tǒng)設(shè)備簡介-281.1 概述-281.2 整機(jī)外形圖-28-342CDT5（含10-30）K-HW UPS電源柜-35 2.1 前言-35 2.2 UPS電源柜工作原理-36-40 2.3 雙路輸入切換單元控制原理-40 2.4 全自動(dòng)交流穩(wěn)壓器單元工作原理-413UPS電源電氣原理圖-42 3.1 CDT5-HW UPS電源柜電氣原理圖-

3、42 3.2 CDT10K-HW UPS電源柜電氣原理框圖-43 3.3 CDT20/25/30K-HW UPS電源柜電氣原理框圖-444電源柜電氣連線圖-45-495UPS電源柜電氣性能表-50-516UPS電源柜外形結(jié)構(gòu)圖-52-567接線排接線圖-57-618UPS電源柜安裝、調(diào)試規(guī)范要求-62 8.1 UPS安裝原理-62 8.2 安裝前準(zhǔn)備檢查工作-62 8.3 安裝步驟-62 8.4 調(diào)度步驟-639操作使用方法-64 9.1 雙路輸入單元的操作-64 9.2 UPS單元的操作-64 9.3 旁路穩(wěn)壓器單元的操作-65 9.4 在維修旁路的使用-65 9.5 液晶顯示面板操作規(guī)程-

4、66-8410輸出負(fù)載能力-8411保養(yǎng)維護(hù)及儲存-85 11.1 UPS日常保養(yǎng)-85 11.2 UPS儲存-8512UPS電源柜故障排除指南-86-8913UPS主要配件清單-9114附錄-95 附錄1、UPS電源容量配置的計(jì)算方法-95-96 附錄2、湯江牌蓄電池特點(diǎn)及使用注意事項(xiàng)-97 附錄3、蓄電池組在線監(jiān)測終端按鍵操作要點(diǎn)-99 附錄4、UPS電源柜檢修程序及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)-102-105第一部分 基 本 知 識1. UPS的基本知識 1.1 UPS電源是什么電源?！癠PS”一是英文UNINTERRUPTABLEPOWERSUPPLY不間斷電源系統(tǒng)的簡稱，它是一種特種電源，在市電正常時(shí)，

5、由電源經(jīng)UPS向負(fù)載供電，在市電中斷或出現(xiàn)故障時(shí)，由蓄電池經(jīng)UPS向負(fù)載供電，由市電停止供電到電池供電的轉(zhuǎn)換時(shí)間，在極短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，其最短的時(shí)間可以做到s數(shù)量級，最慢的速度亦10ms內(nèi)完成轉(zhuǎn)換。從而保證對電源要求嚴(yán)格的信息技術(shù)設(shè)備能安全工作，不至于數(shù)據(jù)的丟失和設(shè)備的損壞。 UPS電源隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，要求UPS的容量也越來越大，目前國外已有上千KVA的UPS電源，國內(nèi)生產(chǎn)一般在150KVA以下。UPS電源的應(yīng)用范圍包括：通訊領(lǐng)域通訊數(shù)據(jù)交換及衛(wèi)星站；政府及國防部門各級政府部門及部隊(duì)；制造行業(yè)用于制造及設(shè)計(jì)部門的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造以及 生產(chǎn)管理領(lǐng)域；交通行業(yè)諸如航空、海

6、運(yùn)、陸運(yùn)以及鐵路、港口隧道等管理部門；公共設(shè)施供水、供電、供氣及排污部門；金融、銀行、保險(xiǎn)業(yè)銀行、金融、保險(xiǎn)部門；醫(yī)療保健業(yè)醫(yī)院、診所、手術(shù)室及相關(guān)部門設(shè)施；石化行業(yè)煤油廠、化工廠、煤礦、石礦、油田及工藝相關(guān)業(yè)；商業(yè)零售及批發(fā)業(yè)包括超級市場、商店、倉庫及批發(fā)中心。 UPS電源制造的技術(shù)中引入微處理器、通訊接口及計(jì)算機(jī)編程軟件技術(shù)，使得近年來所制造的UPS電源供電系統(tǒng)的控制功能趨于智能化管理，它對各類負(fù)載的適應(yīng)力更強(qiáng)和整機(jī)的機(jī)能使用效率極高，并可對UPS電源的運(yùn)行實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和異地自動(dòng)故障診斷管理的實(shí)現(xiàn)，使得對UPS電源的控制和管理變得更加容易和便捷，所有這一切都體現(xiàn)在UPS電源的安全運(yùn)行、可靠

7、性更高（平均無故障時(shí)間MTBF可達(dá)30萬小時(shí)以上）。1.2 UPS分類1.2.1 UPS按結(jié)構(gòu)分類后備式輸出電壓波形為方波后備互動(dòng)式輸出電壓波形為正弦波在線式輸出電壓波形為正弦波1.2.2 UPS按輸出容量分類（按國家標(biāo)準(zhǔn)分類）微型在線式不間斷電源：額定輸出容量3KVA以下；微型非在線式不間斷電源：額定輸出容量3KVA以下；小型在線式不間斷電源：額定輸出容量3-10KVA，不含10KVA；中型在線式不間斷電源：額定輸出容量10-100KVA，不含100KVA；大型在線式不間斷電源：額定輸出容量100KVA以上；1.2.3 按輸入、輸出電源相數(shù)分類單進(jìn)單出型（即單相輸入，單相輸出）；三進(jìn)單出型（

8、即三相輸入，單相輸出）；三進(jìn)三出型（即三相輸入，三相輸出）。1.3 信息技術(shù)設(shè)備為什么要用UPS電源？隨著微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及及和信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展，對高質(zhì)量的供電提出了越來越嚴(yán)格的要求，在微型計(jì)算機(jī)運(yùn)行期間供電的中斷，將會導(dǎo)致隨機(jī)存儲器（CDROM）中數(shù)據(jù)的丟失和程序破壞，有時(shí)甚至?xí)勾疟P盤面及磁頭遭到損壞，造成難以彌補(bǔ)的損失。微型計(jì)算機(jī)內(nèi)部具有欠壓保護(hù)電路，當(dāng)電網(wǎng)欠壓時(shí)，微型計(jì)算機(jī)靠儲存在濾波電容器中的能量來維持工作，一般能持續(xù)維護(hù)半個(gè)周期（10ms）左右，為避免存儲器中的數(shù)據(jù)丟失，這就要求一旦市電發(fā)生瞬時(shí)斷電時(shí)，必須要有電源系統(tǒng)能在小于10ms的時(shí)間間隔內(nèi)重新送電，以保證微機(jī)系統(tǒng)的正

9、常運(yùn)行。交流電網(wǎng)的干擾問題是廣大微機(jī)用戶感到最頭痛和棘手的問題之一，嚴(yán)重的電磁干擾常常會造成計(jì)算機(jī)的計(jì)算錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)丟失。有些部門，曾由于電源故障而付出很大的代價(jià)，并導(dǎo)致設(shè)備的損壞。如工業(yè)自動(dòng)化過程控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通訊處理系統(tǒng)、航空管理系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備控制系統(tǒng)、精密測量系統(tǒng)等。1.4 當(dāng)前UPS電源設(shè)備發(fā)展?fàn)顩r為了滿足這些部門的高可靠和高質(zhì)量的供電要求，近十多年開發(fā)了不間斷電源技術(shù)(UPS)電源技術(shù)。當(dāng)代UPS電源設(shè)備在如下幾方面滿足信息技術(shù)設(shè)備的要求：市電停電，UPS可以在小于10ms的時(shí)間間隔內(nèi)重新送電具有電池充、放電的全自動(dòng)管理功能具有電源管理監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能，實(shí)現(xiàn)UPS電源設(shè)備管理遙控、遙

10、測、遙信的三遙功能，實(shí)現(xiàn)電源室無人值守。1.5目前市場上銷售量最大的三種類型UPS介紹1.5.1具有方波輸出的后備式UPS電源其型號產(chǎn)品是1KVA以下的微型UPS（含家庭電腦用UPS電源），其主要特點(diǎn)是逆變器輸出電壓波形為方波。對于這種UPS來說，當(dāng)市電電源電壓約在165264V范圍內(nèi)，它向用戶提供經(jīng)變壓器抽頭調(diào)壓處理過的一般市電電源，僅當(dāng)市電電源電壓低于165V或高于264V時(shí)，它向用戶提供具有穩(wěn)定特性的50Hz方波電源，由于它向用戶所提供的交流電源是方波電源，并非正弦波電源，所以，在此條件下，不允許用戶帶電感性負(fù)載（例如：電風(fēng)扇，日光燈等）。否則，不是造成UPS電源本身的逆變器燒毀，就會造

11、成將用戶的負(fù)載損壞的局面。后備式UPS電源工作原理圖如下圖所示： 1.5.2 輸出波形為正弦波的互動(dòng)式UPS電源其結(jié)構(gòu)類似于方波輸出后備式UPS電源，一般稱此種結(jié)構(gòu)UPS為在線互動(dòng)式UPS，本公司制造的CDS系列UPS電源則屬于此類型。對于這種UPS電源來說，當(dāng)市電電源電壓約在165264V范圍內(nèi)，它向用戶提供經(jīng)變壓器抽頭調(diào)壓處理過的一般市電電源，這種UPS，僅當(dāng)市電電源電壓低于165V或高于264V左右時(shí)，它才有可能向用戶提供真正的“UPS逆變器高質(zhì)量的正弦波”電源。當(dāng)市電供電時(shí)，這種UPS的逆變器承擔(dān)起電池充電器的作用。在線互動(dòng)式UPS電源的工作原理如下圖所示： 1.5.3 輸出波形為正弦

12、波的在線式UPS電源其結(jié)構(gòu)的特征是市電正常，電源由市電供電經(jīng)整流濾波再逆變成頻率為50Hz的正弦波輸出。市電停電時(shí)，由電池供電，經(jīng)逆變電路轉(zhuǎn)換成頻率為50Hz的正弦波輸出。對于在線式UPS電源來說，它向用戶所提供的交流電源是電壓變化率為1%;頻率變化率為0.5%高質(zhì)量的正弦波電源。本公司提供給北京地鐵、城鐵信號電源系統(tǒng)、空軍系統(tǒng)各部門的UPS電源均屬于此類機(jī)型。小型在線式UPS電源的工作原理圖如下圖示：1.5.4 三種典型UPS電源的主要性能表1-1，三種典型的小型UPS電源的主要性能參數(shù):廠家SANTAKCHADICHADI型號UPS-500CDS1KCDP10K輸出功率0.5KW0.7KW

13、8KW輸入電壓220V+12%160280V220 V25%160280V-20%輸入頻率50Hz5%50Hz5%50Hz5%輸出波形方波正弦波，失真度5%正弦波，失真度3%輸出頻率50Hz10%50Hz0.5%50Hz0.5%輸出電壓220V5%220V+8%/ -5%220V1%輸出電壓瞬變特性差100%負(fù)載變動(dòng)時(shí)4%100%負(fù)載變動(dòng)時(shí)3%過載能力差過載120%，10s過載125%，10分鐘； 150%，10秒鐘效率0.80.850.850.85電池供電時(shí)間（分）全載5分鐘半載15分鐘全載6分鐘半載18分鐘25分鐘電池組6Ah/1227Ah/12315Ah/1216轉(zhuǎn)換電壓170Vac15

14、0Vac160Vac工作方式后備式互動(dòng)式在線式CPU（微處理）控制無帶CPU帶CPU切換時(shí)間10ms無無1.6 有關(guān)UPS電源的術(shù)語1.6.1在線式不間斷電源由整流器、逆變器、蓄電池組成的一種電源設(shè)備，這種電源無論交流輸入電源中斷與否，電壓、波形符合供電要求與否都能保證向信息技術(shù)設(shè)備提供符合要求的電源，這種電源設(shè)備輸出的電壓波形是連續(xù)的正弦波。1.6.2 非在線式不間斷電源由逆變器、蓄電池組組成的一種電源設(shè)備，這種電源能夠在交流輸入電源中斷或電壓低于預(yù)定值時(shí)自動(dòng)取代交流輸入電源向信息技術(shù)設(shè)備供電。1.6.3 電源效率在額定負(fù)載情況下，電池已充滿電荷時(shí)的輸出功率與輸入功率之比。1.6.4 負(fù)載功

15、率因數(shù)在理想正弦波電壓情況下，有功功率與視在功率之比。1.6.5動(dòng)態(tài)電壓瞬變范圍交流輸入電壓不變，負(fù)載從輕載到滿載，從滿載到輕載突變和輸出為額定負(fù)載不變，交流輸入中斷或恢復(fù)供電時(shí)的輸出電壓變化量。1.6.6瞬變響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間從輸出電壓發(fā)生階躍變化時(shí)起到恢復(fù)到穩(wěn)定態(tài)時(shí)止所需要的時(shí)間。1.6.7切換時(shí)間由電網(wǎng)供電到電池供電或由電池供電切換到電網(wǎng)供電所需要的時(shí)間。 1.6.8備用時(shí)間從交流輸入電源中斷切換到電池供電時(shí)起，在額定輸出負(fù)載情況下，不間斷電源保持向信息技術(shù)設(shè)備連續(xù)供電的時(shí)間。此時(shí)間的長短與蓄電池的容量配置相關(guān)。1.6.9旁路開關(guān)切換時(shí)間從逆變器停止工作時(shí)起到電網(wǎng)直接供電時(shí)止或從電網(wǎng)直接供電時(shí)

16、到恢復(fù)逆變器工作時(shí)止所需要的時(shí)間。1.6.10輸出電流峰值系數(shù)（又稱波峰因數(shù)）當(dāng)輸出電流中存在著周期性非正弦波電流峰值時(shí),UPS所允許的最大非正弦波電流峰值與輸出電流有效值之比。1.6.11并機(jī)負(fù)載電流不均衡度當(dāng)兩臺以上(含兩臺)具有并機(jī)功能的UPS輸出端并聯(lián)供電時(shí),所并各臺中電流值與平均電流偏差最大的偏差電流值與平均電流值之比。(注：此項(xiàng)要求是對有并機(jī)功能的UPS提出的要求,本公司可以提供具有并機(jī)功能UPS電源,北京地鐵一號線信號電源電源系統(tǒng)無此項(xiàng)要求。)1.6.12 三相輸出電壓不平衡度輸出電壓不平衡度是對三進(jìn)三出UPS電源的輸出電壓的一項(xiàng)考核指標(biāo),特殊要求如下:平衡負(fù)載電壓 1%;50%

17、不平衡負(fù)載電壓 3%;100%不平衡負(fù)載電壓 5%。1.6.13 三相輸出電壓相位偏移相位偏移是對三進(jìn)三出UPS電源的輸出電壓相位的又一項(xiàng)考核指標(biāo),特殊要求如下:平衡負(fù)載:1不平衡負(fù)載:31.6.14 其他術(shù)語隨著UPS應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，信息技術(shù)設(shè)備對UPS的要求也越來越高，特別在如下方面提出了明確指標(biāo)和要求：1）、電磁兼容限值（又稱無線電干擾電壓的限值）電源端子干擾電壓的限值；輻射干擾場強(qiáng)的限值。2）、遙控、遙測、遙信性能通過監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)對UPS電源運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和開、關(guān)機(jī)的操作。遙測：三相輸入電壓、直流輸入電壓、三相（或單相）輸出電壓、三相 輸入電流、輸出頻率、標(biāo)稱蓄電池電壓（可選

18、）、標(biāo)稱蓄電池電流（可選）等參數(shù)，進(jìn)行遠(yuǎn)距離測量和記錄。遙信：同步/不同步狀態(tài)、UPS/旁路供電、蓄電池放電電壓低、市電故 障、UPS故障等現(xiàn)象。通過網(wǎng)管軟件進(jìn)行記錄和遠(yuǎn)距離傳送。電池組智能管理功能：UPS具有定期對電池組進(jìn)行自動(dòng)浮充、均充轉(zhuǎn) 換、電池組自動(dòng)溫度補(bǔ)償及電池組放電記錄功能。3）UPS系統(tǒng)的可用性子系統(tǒng)的可用性：子系統(tǒng)的可用性的計(jì)算,按如下公式計(jì)算: SA=(1-SD/SP)100%式中SA為系統(tǒng)可用性;SD為系統(tǒng)打擾時(shí)間;即完全中斷時(shí)間,單位為小時(shí);SP為運(yùn)行總小時(shí)數(shù)。 一般要求電源子系統(tǒng)的可用性為99.99%。平均無故障時(shí)間根據(jù)電池產(chǎn)品可靠性預(yù)計(jì)手冊(中國軍標(biāo)GB299B及美國

19、軍標(biāo)MIL-BACK-217F)可查知,UPS電源主機(jī)的平均無故障時(shí)間的定義為UPS中元件失效率之倒數(shù).其計(jì)算公式如下： 1MTBFups = 1/ups = n ii=1 n 以上計(jì)算公式中：ups為UPS失真率， i 為UPS中元件失效率之和i=1 另根據(jù)元件材料制造檢測數(shù)據(jù)可知，創(chuàng)電公司CDT系列H級（工業(yè)級）UPS內(nèi)所有有關(guān)元器件失效率之和如下：電阻=2.210-7 小時(shí)電容=5.210-7 小時(shí)集成電路=3.510-7 小時(shí)三極管=3.210-7 小時(shí)二極管=1.510-7 小時(shí)其他平均=2.210-7 小時(shí)所以UPS平均無故障時(shí)間為: 1MTBFups = 電阻+電容+集成電路+三

20、極管+二極管+其他 1 = 1.7810-6 (小時(shí)) = 561798 (小時(shí))故創(chuàng)電公司的CDT-H系列UPS電源的平均無故障時(shí)間為50萬小時(shí).2.幾種常用電器元件的基本知識2.1繼電器繼電器是電氣路線中用于電路控制功能的作用，它利用小信號（小電流）的控制電氣主回路電器執(zhí)行接通或斷開的控制元件。在電氣設(shè)備電路中，主電路里的接觸器、自動(dòng)開關(guān)為執(zhí)行元件，各種繼電器則是控制元件，繼電器的電原理圖如右圖示：J其中J為線圈J-1為常開觸頭，又稱動(dòng)合觸頭，J-2為常閉觸頭，又稱動(dòng)斷觸頭J：用于產(chǎn)生磁場力帶動(dòng)觸頭的連鎖機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)常開、常閉觸頭閉合、斷開J-1：在J得電時(shí)，觸頭閉合J-2：在J得電時(shí)，觸頭

21、斷開繼電器按所執(zhí)行功能不同又可分為中間繼電器、時(shí)間繼電器、電流繼電器，電壓繼電器等,其中：中間繼電器用于弱電流（mA級控制電路）與強(qiáng)電流（如10A培以上的控制電路）之間控制過程中使用的繼電器。時(shí)間繼電器除具有普通的常開、常閉觸頭外，還有可以用來對電路執(zhí)行時(shí)進(jìn)行定時(shí)、延時(shí)控制的延時(shí)觸頭的繼電器，即除普通的常開、常閉觸頭外還帶有延時(shí)合、延時(shí)斷的觸頭（有的具有1組，有的具有多組），其電原理圖如下圖示：SJ其中SJ-1:為延時(shí)合觸頭SJ-2:為延時(shí)斷觸頭電流繼電器用于檢測和控制回路電源的繼電器，其結(jié)構(gòu)類似中間繼電大路，但其線圈結(jié)構(gòu)按功能分為又可以分為欠電流、過電流繼電器，其中過電流繼電器用途較普遍，由

22、于它要通較大電流，故線圈同中間繼電器復(fù)雜。電壓繼電器用于檢測和控制回路電壓的繼電器，其基本結(jié)構(gòu)類同中間繼電器，按功能不同亦可分為欠電壓繼電器、過電壓繼電器，其中過電壓繼電器使用較普遍。閃光繼電器用于信號回路，當(dāng)電源接通后，觸點(diǎn)可同期性的接通和斷開，從而使受控的燈光信號發(fā)出閃光。閃光繼電器中也是用中間繼電器作執(zhí)行元件，閃光繼電器的閃光頻率是可調(diào)節(jié)的，一般控制在40次/min80次/min。2.2接觸器2.2.1交流接觸器顧名思義，交流接觸器就是通過觸頭的接通和斷開來控制主電路的工作狀態(tài)，其原理圖如下圖示：其中線圈K為控制線圈，觸頭K-1、K-2、K-3為主觸頭，接通主電源回路，通常電流為5A-2

23、00A相電流；K-4、K-5為輔助觸頭，用于接觸器自身或?qū)ζ渌娖鞯目刂?，通常觸頭電流為3A-5A。2.2.2 直流接觸器：直流接觸器與交流接觸器的差別在滅弧室區(qū)域中加裝了附加的滅弧裝置，迫使電弧迅速熄滅。由于這個(gè)原因，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，體積大得多，一般只用在需要頻繁啟動(dòng)的直流電路中，直流接觸器都標(biāo)有極性，在接線時(shí)務(wù)必注意直流接觸器的極性。2.3 空氣斷路器(空氣開關(guān))的種類和選用2.3.1 空氣斷路器在電氣電路保護(hù)設(shè)計(jì)中的重要性任何忽視電路保護(hù)設(shè)計(jì)的電氣或電子產(chǎn)品都埋藏了故障隱患。保護(hù)用電設(shè)備歸根結(jié)底就是要對包括控制開關(guān)、電線和電源在內(nèi)的整個(gè)電氣系統(tǒng)加以保護(hù)，以避免短路和電流過大情況的發(fā)生

24、。目前應(yīng)用的電氣設(shè)備的合適電路保護(hù)器件是具有電流過載和短路保護(hù)功能的空氣斷路器（以下簡稱為斷路器）。北京地鐵1號線信號系統(tǒng)電源設(shè)備中亦采用了大量地空氣斷路器,因此我們空氣斷路器地分類和選用作較為詳細(xì)地介紹,供大家在實(shí)際工作中參考.確定針對某項(xiàng)具體應(yīng)用的合適電路保護(hù)器件并不困難，但確實(shí)需要費(fèi)一番思考。如果電氣和電子設(shè)備在設(shè)計(jì)中采用了規(guī)格制定得偏松的電路保護(hù)器件，則設(shè)備將極易因功率沖擊而遭到損壞并導(dǎo)致起火的災(zāi)難性后果，反之，如果采用規(guī)格制定得偏嚴(yán)的電路保護(hù)器件，將會引起令人生厭的頻繁跳閘現(xiàn)象。目前的斷路器主要有熱斷路器、磁斷路器、復(fù)合斷路器和通地漏泄斷路器 （通常稱為漏電開關(guān)）等幾種。在選擇斷路器

25、時(shí)，不僅需要考慮以下的電路特性，還應(yīng)當(dāng)考慮包括斷路器的安裝位置以及外殼尺寸方面的限制條件：施加的額定交流或直流電壓單相、多相和極點(diǎn)數(shù)目適用的國家電氣標(biāo)準(zhǔn)和安全管理機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)短路分?jǐn)嗄芰嗦菲鞯姆诸悷釘嗦菲鳠釘嗦菲鞑捎靡粋€(gè)與電路串聯(lián)的雙金屬片。電流在過載期間產(chǎn)生的熱量會使雙金屬片變形，從而使斷路器跳閘。與保險(xiǎn)絲相比，熱保護(hù)器有一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)，就是在跳閘后能夠重新復(fù)位。它們還可以用作被保護(hù)設(shè)備的電源接通/關(guān)斷開關(guān)。隨著溫度的升高，熱斷路器的跳閘速度加快，并常常會在較低的電流電平下發(fā)生跳閘。當(dāng)斷路器和系統(tǒng)暴露于同一熱源時(shí)，這一特性往往很有用處。在這種情況下，保護(hù)電路能夠跟蹤設(shè)備在更高的溫度下對于增強(qiáng)配

26、線保護(hù)的需求。如果一個(gè)熱斷路器安裝在與被保護(hù)設(shè)備分離的環(huán)境下，則變化的環(huán)境溫度所造成的影響可以由一個(gè)補(bǔ)償型熱雙金屬片進(jìn)行校正。例如，位于飛機(jī)座艙外面的斷路器是溫度補(bǔ)償型的，這樣其跳閘特性不會隨飛行中常見的溫度波動(dòng)而發(fā)生變化。此外，由于熱斷路器內(nèi)部固有的閂鎖機(jī)理，使其對沖擊和振動(dòng)極不敏感。目前，有些高性能的電路保護(hù)器件提供了專門針對極大沖擊和振動(dòng)環(huán)境的斷路器。需要進(jìn)行熱電路保護(hù)的應(yīng)用包括家用電器、交通、船舶、配電盤、醫(yī)療設(shè)備、視聽設(shè)備、電源和運(yùn)動(dòng)器械等。磁斷路器磁斷路器為大多數(shù)設(shè)計(jì)問題提供了精度和可靠性較高的成本效益型解決方案。磁斷路器的過流檢測機(jī)理是只對被保護(hù)電路里的電流變化做出響應(yīng)，由于其電

27、流感應(yīng)螺線管受環(huán)境溫度變化的影響不大，因此磁斷路器具有溫度穩(wěn)定性，不會像熱斷路器那樣明顯地受到環(huán)境溫度變化的影響。磁斷路器沒有預(yù)熱階段，因此不會減緩斷路器對過載的響應(yīng)速度，從過載結(jié)束到其復(fù)位之前沒有冷卻期?？梢詮乃膫€(gè)獨(dú)立的方面對磁斷路器的特性進(jìn)行有針對性的調(diào)整：斷路器所需的電流；跳閘點(diǎn)（以安培計(jì)）；延遲時(shí)間（以秒計(jì)）和浪涌處理能力。對這些因素所做的調(diào)整對斷路器短路分?jǐn)嗄芰Φ挠绊憳O小。一般而言，目前有三種跳閘時(shí)間延遲曲線不相同的磁斷路器可供選擇：即慢速、中速和快速。當(dāng)對級聯(lián)電路和判別電路中的斷路器進(jìn)行匹配時(shí)，這些可供選擇的曲線為設(shè)計(jì)師提供了很高的設(shè)計(jì)靈活性。此外，對于常常需要承受巨大涌入電流的設(shè)

28、備，還可以選擇具備特殊涌入結(jié)構(gòu)的磁斷路器。但是，當(dāng)設(shè)備位置不穩(wěn)定時(shí)，由于磁斷路器的跳閘次數(shù)會因螺線管的運(yùn)動(dòng)受重力的影響而發(fā)生變化，此時(shí)熱斷路器或許是一個(gè)比較好的選擇。磁斷路器的應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了很多市場，比如電信、船舶、電器、工業(yè)自動(dòng)化和控制以及醫(yī)療設(shè)備。復(fù)合型斷路器此類斷路器同時(shí)具有熱斷路器和磁斷路器兩種結(jié)構(gòu)和功能,能對斷路器由于過熱、過載或短路引起的故障進(jìn)行有效的保護(hù)。其適應(yīng)的負(fù)載范圍更廣，是UPS電源、EPS電源的電氣線路保護(hù)器件的首選斷路器。通地漏泄斷路器通地漏泄斷路器的工作方式與磁斷路器相同（它實(shí)質(zhì)就是我們通常稱之為漏電開關(guān)），能夠提供用戶定制的過載和短路保護(hù)級。此外，它們采用創(chuàng)新電子技

29、術(shù)進(jìn)行檢測并避免通地漏泄。除了少量漏泄外，返回電源的電流與從電源流出的電流數(shù)值相等。如果經(jīng)過通地漏泄斷路器后，電源流出和返回的電流值之差超過了漏泄靈敏度的設(shè)定值，則斷路器將跳閘，且LED指示燈點(diǎn)亮，向操作人員發(fā)出提示，從而具備了“智能化”的特點(diǎn)。LED指示燈清楚地顯示了由于通地漏泄所導(dǎo)致的跳閘。這種斷路器的保護(hù)功能有助于避免嚴(yán)重的設(shè)備損壞和火災(zāi)。其應(yīng)用包括電阻和阻抗加熱系統(tǒng)、電信、劇場照明、船舶控制臺、辦公設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)自動(dòng)化和控制以及UPS系統(tǒng).需要考慮的一些次要因素在選擇斷路器時(shí)，我們不僅要關(guān)注斷路器的延遲曲線等主要指標(biāo)，還應(yīng)重視它的很多次要功能，這些常容易被忽略的性能不僅能為一個(gè)良

30、好的設(shè)計(jì)錦上添花，而且還能幫助設(shè)計(jì)者為其應(yīng)用設(shè)計(jì)精密的保護(hù)電路。目前市面上有許多配備了各種可選功能的斷路器，這些功能對于電路保護(hù)設(shè)計(jì)很有幫助。下面列出的是一些較為常見的功能。輔助接點(diǎn)（輔助開關(guān)）：它們是與主接點(diǎn)電隔離的接點(diǎn)，適用于報(bào)警和程序開關(guān)。輔助接點(diǎn)可用于向操作人員或控制系統(tǒng)告警，發(fā)出警報(bào)，或在重要應(yīng)用中接通備用電源。由于這類輔助接點(diǎn)是與主接點(diǎn)電隔離的接點(diǎn)，故有時(shí)又稱之為干接點(diǎn)。傳動(dòng)器：傳動(dòng)器類型(在大容量斷路器中才有)的選擇不僅是出于美觀的考慮。具有開關(guān)速度是通/斷開關(guān)兩倍的傳動(dòng)搖桿開關(guān)的斷路器能夠節(jié)約成本和電路板空間。推挽式傳動(dòng)器在遇到突發(fā)事件時(shí)最為穩(wěn)定。分流端子：傳統(tǒng)斷路器被認(rèn)為是“

31、串聯(lián)跳閘”的，這是因?yàn)榻狱c(diǎn)、電流感應(yīng)元件和負(fù)載都是串聯(lián)的。分流端子從主電路分出支路，這樣可將次級負(fù)載接入。如果初級負(fù)載發(fā)生了短路或過載，斷路器將跳閘并切斷兩個(gè)負(fù)載的電源。與輔助接點(diǎn)不同，分流端子是接到位于開關(guān)接點(diǎn)和電流感應(yīng)元件之間的斷路器載流通路的，這意味著第二個(gè)負(fù)載不受過載或短路保護(hù)?？梢圆捎靡粋€(gè)獨(dú)立的斷路器來保護(hù)次級電路，否則該電路只可用于具有內(nèi)置保護(hù)電路的設(shè)備。復(fù)式控制（遙控跳閘或繼電器跳閘）：復(fù)式控制斷路器將兩個(gè)彼此電隔離的感應(yīng)元件組合起來以實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)功能。例如，復(fù)式控制斷路器可利用遙控傳動(dòng)器或感應(yīng)器來進(jìn)行傳統(tǒng)的過流保護(hù)以及電路斷接。遙控跳閘是復(fù)式控制的一個(gè)例子，通常被稱為“繼電器跳閘”

32、。低壓跳閘：這是斷路器中一個(gè)獨(dú)立的電壓敏感元件，如果電壓降到預(yù)定值以下，它將使主接點(diǎn)開路。具有低電壓跳閘的開關(guān)斷路器被廣泛用于有線連接電器的通/斷控制。安全管理部門要求這些電器在發(fā)生掉電時(shí)必須切斷電源，以避免電源恢復(fù)時(shí)電器突然重新啟動(dòng)的危險(xiǎn)。自動(dòng)跳閘：一個(gè)自動(dòng)跳閘的斷路器在故障期間不會一直保持閉合，因?yàn)殚_關(guān)裝置不會因強(qiáng)行保持傳動(dòng)器接通而失效。在一個(gè)完全自動(dòng)跳閘的設(shè)計(jì)中，當(dāng)傳動(dòng)器被保持在“接通”位置時(shí)，主接點(diǎn)在發(fā)生故障之后將始終保持開路。一些被稱為“循環(huán)自動(dòng)跳閘”的斷路器在故障期間不能強(qiáng)行保持接通狀態(tài)，但如果傳動(dòng)器一直處在“接通”的位置，則它們將周期性地接通和斷開。如果斷路器安裝在容易夠得著的地

33、方（即未封閉），則應(yīng)采用自動(dòng)跳閘斷路器。自動(dòng)復(fù)位：對于斷路器不易夠得著的應(yīng)用來說，在冷卻期后自動(dòng)復(fù)位的斷路器是一個(gè)良好的選擇。此時(shí)若指定使用可自動(dòng)再起動(dòng)的設(shè)備，則發(fā)生危險(xiǎn)的可能性很大。2.3.4斷路器的選用熱保護(hù)器的選擇:根據(jù)熱保護(hù)器的設(shè)計(jì),一般熱保護(hù)元件在額定輸出電流的1.75倍時(shí)開始發(fā)熱,在額定輸出電流的1.75-6倍時(shí),產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作,其產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間則由輸出電流的倍數(shù)決定,這個(gè)動(dòng)作時(shí)間與輸出電流的倍數(shù)的關(guān)系,不同品牌的斷路器是不同的,選用時(shí)應(yīng)給于充分的考慮。磁保護(hù)器的選擇: 根據(jù)磁保護(hù)器的設(shè)計(jì), 一般磁保護(hù)元件在額定輸出電流的3-10倍時(shí)開始動(dòng)作, 其產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間也是由輸出電流

34、的倍數(shù)決定,這個(gè)動(dòng)作時(shí)間與輸出電流的倍數(shù)的關(guān)系,不同品牌的斷路器是不同的, 選用時(shí)應(yīng)給于充分的考慮。在實(shí)際運(yùn)行中,有的負(fù)荷是屬于電感性或電容性負(fù)載,此類負(fù)載的啟動(dòng)及關(guān)斷的瞬間，其浪涌電流或電壓很大,有的甚至達(dá)到額定輸出電流的10-15倍,此時(shí)磁保護(hù)器的選擇就應(yīng)該選用具有更高倍數(shù)的專用斷路器.從而避免引起令人生厭的頻繁跳閘現(xiàn)象。其額定工作電流在2AIn63A范圍（有的產(chǎn)品其額定電流可以到125A）,斷路器首先是用作電纜和電線的短路和過載保護(hù)，它承擔(dān)防止電器設(shè)備發(fā)熱過高的保護(hù)任務(wù)，也能切實(shí)防止因絕緣故障引起過高的接觸電壓而出現(xiàn)危險(xiǎn)的人體電流。小型斷路器擁有過電流延時(shí)脫扣器和短路瞬時(shí)脫扣器。其中熱雙

35、金屬脫扣器，用于小信號過電流范圍，電磁式瞬時(shí)脫扣器是用于高倍過電流和短路電流范圍。其脫扣保護(hù)構(gòu)件示意圖見下圖：斷路器保護(hù)構(gòu)件簡圖斷路器電氣原理圖如下圖示:2.4 C級防雷系統(tǒng)C級防雷系統(tǒng)是作為計(jì)算機(jī)機(jī)房輸入交流電源的一種防護(hù)措施，防止外部雷擊或電壓浪涌進(jìn)入機(jī)房對各種設(shè)備造成破壞。如果低壓配電系統(tǒng)輸出端沒有設(shè)置C級以下防雷系統(tǒng)、機(jī)房離低壓配電輸出較遠(yuǎn)或雷擊易發(fā)地區(qū)等環(huán)境建議選擇該配件。C級防雷系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)為通流量達(dá)20kA，沖擊電流波形為8/20s。2.5 數(shù)字電流、電壓表它是一種將電源的電壓、電流信號經(jīng)過高壓，大電流信號轉(zhuǎn)換為低壓小電流信號后，在數(shù)碼表上顯示電壓、電流的測量儀表，要數(shù)碼表正常工

36、作，其接線首先要有5V的直流電源，然后按量程范圍接入被測電壓和電流。如下圖示：2.6 頻率表用于測量電源的頻率的儀表,UPS在逆變狀態(tài)下的頻率測量是UPS電源性能的一項(xiàng)重要指標(biāo),有的用戶要求除了在液晶顯示屏顯示電源的頻率外,還要求用指針式頻率表實(shí)時(shí)檢測電源的頻率,頻率表在電路中的接法,如下圖所示:2.7分流器、電流互感器2.7.1分流器：用作直流電流表的測量附件，接法如下圖:國家標(biāo)準(zhǔn)分流器在不同電流檔均選用75mV，例如50A/75mV、100A/75mV等等，即不同擋次的電流通過分流器在分流器上產(chǎn)生的電壓壓降均定為75mV。（有的國家為45mV，不盡相同），相應(yīng)電流表均以75mV作為不同檔次

37、電流的電流表刻度（一般5A以下為內(nèi)附分流器）。2.7.2 電流互感器 用于交流電流表的測量附件，接法如下圖所示： 圖中看出，交流電源線就是電流互感器初級線圈，測量線圈為互感器的次級線圈，按國家標(biāo)準(zhǔn)，電流互感器在不同電流檔次的次級電流均選用5A，如50A/5A、100A/5A等等。2.8 變壓器、電抗器2.8.1變壓器： 顧名思義就是將交流電源的電壓經(jīng)過變壓器轉(zhuǎn)換為電氣設(shè)備使用的電壓，按初級、次級電壓的不同又可分為：離變壓器，變壓器的初、次級電壓相同的變壓器。升壓變壓器，變壓器的次級電壓比初級電壓高的變壓器。降壓變壓器，變壓器的次級電壓比初級電壓低的變壓器。變壓器電原理圖如下圖示：2.8.2電抗

38、器：用于交流電路產(chǎn)生電抗的鐵芯線圈。在UPS中用它來降低輸入電壓和限制電路啟動(dòng)電流的作用，其單位為亨（H）、毫亨（mH），普通電抗器其電抗值一般為毫亨（mH）數(shù)量級。其電原理圖如下圖示：2.9 電源濾波器(EMI)電源濾波器是一種無源雙向網(wǎng)絡(luò)，它的一端是“電源”另一端是“負(fù)載”，它的作用就是它能濾去高頻電磁波干擾（傳導(dǎo)或輻射干擾）對電子設(shè)備影響。電原理圖如下圖示：電源濾波器電原理圖在現(xiàn)代UPS不論小容量還是大容量等級的UPS電源為了避免電網(wǎng)諧波對UPS的電磁干擾和UPS產(chǎn)生的諧波對住處技術(shù)設(shè)備（負(fù)載）的電磁干擾，無一例外地在UPS的電源輸入端加裝濾波器，我們稱之為輸入電源濾波器，在UPS輸出端

39、加裝濾波器，我們稱之為輸出濾波器。由上可見，如果UPS中電源濾波器損壞，將影響UPS的電源的質(zhì)量。2.10 靜態(tài)開關(guān) 靜態(tài)開關(guān)是一種雙向交流電子開關(guān)元件的簡稱，其實(shí)質(zhì)就是一種雙向晶閘管（又稱雙向可控硅），它的電氣圖形如下圖所示： 門極（G） 門極（G2） A K A1、K2 K1、A2 門極（G1） 雙向晶閘管 兩個(gè)普通晶閘管反并聯(lián)圖中A為雙向晶閘管的陽極，K為雙向晶閘管的陰極，G為雙向晶閘管的門極（又稱控制極）；A1為正向普通晶閘管1的陽極，K1為正向普通晶閘管1的陰極，G1為正向普通晶閘管1的門極；A2為反向普通晶閘管2的陽極，K2為反向普通晶閘管2的陰極，G2為反向普通晶閘管2的門極。從

40、圖中看出雙向晶閘管等效于兩個(gè)反向并聯(lián)的普通晶閘管的功能，給雙向晶閘管的門極加上正（或負(fù)）極性的直流電壓信號就可以控制雙向晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷，對于反并聯(lián)的兩個(gè)普通晶閘管則可以分別（或同時(shí)）給普通晶閘管的門極加上正極性的直流電壓信號就可以控制兩個(gè)晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而具備電器開關(guān)的作用，由于雙向晶閘管（含普通晶閘管）導(dǎo)通和關(guān)斷過程中不象一般電器開關(guān)會產(chǎn)生合閘時(shí)產(chǎn)生聲響，為區(qū)別于電器開關(guān)故稱之為靜態(tài)開關(guān)或電子開關(guān)。但考慮到目前國內(nèi)外對普通晶閘管制造和應(yīng)用技術(shù)的成熟程度，在實(shí)際應(yīng)用中更多采用兩個(gè)反向并聯(lián)的普通晶閘管（應(yīng)用方便制造商早已提供兩個(gè)普通晶閘管做在一起的模塊）代替雙向晶閘管作靜態(tài)開關(guān)，雖然其

41、控制線路稍為復(fù)雜，但其可靠性更高，更受用戶歡迎。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，為了簡化線路和降低成本，在一般應(yīng)用場合，對中小型UPS電源往往采用開關(guān)特性良好（開通/關(guān)斷時(shí)間10mS）的交流接觸器或電流繼電器替代靜態(tài)開關(guān)。2.11 絕緣柵雙極晶體管（IGBT） 絕緣柵雙極晶體管簡稱IGBT,是由N MOS(場效應(yīng)晶體管)和GTR （功率晶體管）技術(shù)結(jié)合而成的復(fù)合器件,是二十世紀(jì)八十年代出現(xiàn)的新型復(fù)合器件,在電機(jī)控制、中頻、開關(guān)電源和UPS電源，以及要求快速、低損耗的領(lǐng)域備受青睞。目前IGBT的研制水平，其特征是進(jìn)一步降低通態(tài)壓降和提高工作速度。產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)模塊化，根據(jù)封裝型式分為四類： 單獨(dú)IGBT，容量一般

42、為15600A，600V1200V； 半橋IGBT，容量一般為15100A，600V1200V； 全橋IGBT，容量一般為1550A，600V1200V； 三相IGBT，容量一般為15600A，600V1200V；IGBT的等效電路如下圖a)所示： a). IGBT等效電路 b). IGBT圖形符號圖中看出IGBT是以GTR為主導(dǎo)元件，MOSFET為驅(qū)動(dòng)元件。該器件為N溝道IGBT，MOSFET為N溝道型，GTR為PNP型。對于P溝道IGBT，其圖形符號中的箭頭方向恰好相反。IGBT的開通和關(guān)斷是由門極電壓來控制的。門極施以正電壓時(shí)，MOSFET內(nèi)形成溝道，并為PNP晶體管提供基極電流，從而使

43、IGBT導(dǎo)通。在門極施以負(fù)電壓時(shí)，MOSFET內(nèi)溝道消失，PNP晶體管的基極電流被切斷，IGBT即為關(guān)斷。2.11.1 IGBT的特點(diǎn). IGBT的伏安特性與二極管的通態(tài)特性沒有多大差別,即使是阻斷電壓額定值很高的器件,其電流容量也能達(dá)到很高水平.IGBT的伏-安特性曲線如下圖所示,從圖中看出,IGBT的過流能力IF主要由柵壓UG決定,而與正偏壓無關(guān). IF UG UR 0 UF IR IGBT的輸出特性.當(dāng)IGBT的柵極導(dǎo)電溝道充分開啟,其集電極電流的伏安特性(上圖中第一象限)是指數(shù)函數(shù),而VMOS和GTR皆為線性特性,因而在同樣的耐壓額定值下,IGBT比VMOS和GTR都容易通過更大電流.比如,對于600V等級的器件,IGBT的過流能力是VMOS的20倍左右,是GTR的5倍左右. .IGBT關(guān)斷過程柵壓UG的下降速率決定于放電電阻RG的大小,所以可以通過改變RG來改變器件通過電流的下降速率. IGBT具有卓越的高溫通態(tài)特性,在散熱器接近200的情況下也能正常工作,特別適合于環(huán)境溫度很高的惡劣工作條件. IGBT在高溫環(huán)境運(yùn)行時(shí),關(guān)斷時(shí)間會有所增長,這一點(diǎn)值得注意.2.11.2 IGBT的電氣特性為了說明IGBT的具體特性和參數(shù),以日本東芝公司的MG25N2S1型25A/