UPS容量和時(shí)間算法

./《機(jī)房UPS容量/電池后備時(shí)間快速計(jì)算方法》快速估算機(jī)房IT設(shè)備功率：知道機(jī)柜數(shù)量,以1個(gè)機(jī)柜負(fù)載3~5KW計(jì)算IT設(shè)備總功率；普通PC功率約200W,蘋果機(jī)約300W,服務(wù)器約300W~600W,其它請(qǐng)查閱設(shè)備說明書；設(shè)計(jì)UPS時(shí),計(jì)算出UPS容量后,配置UPS數(shù)量推薦采用N+1冗余部署；4、電池計(jì)算,最快捷的方法可以查UPS廠家的電池配置表,簡單快捷；想了解具體算法請(qǐng)參閱本文；UPS容量快速計(jì)算方法計(jì)算公式：UPS容量KVA＝負(fù)載功率KW÷功率因數(shù)÷0.7；1、負(fù)載功率KW：需要帶載IT設(shè)備的負(fù)載功率,一般用KW表示〔如10KW2、UPS容量KVA：UPS容量一般用KVA表示〔如10KVA,UPS容量KVA*功率因數(shù)=KW,一般情況下KVA≧KW,只有當(dāng)功率因素為1時(shí),KVA=KW>3、UPS最大帶載功率KW＝UPS容量KVA×功率因數(shù)〔功率因數(shù)一般在0.8～1之間,查UPS參數(shù)表可得,一般取0.84、配置UPS時(shí),建議UPS所帶的負(fù)載功率〔KW約為UPS最大帶載功率〔KW的70%為佳；計(jì)算示例：以10KW負(fù)載為例,計(jì)算所需要UPS容量步驟如下：第一步：套用公式,UPS容量KVA＝10KW÷0.8÷0.7=17.85KVA；第二步：選用合適的UPS,根據(jù)以上結(jié)果實(shí)際可選用20KVA的UPS滿足要求；UPS電池容量的快速計(jì)算方法電池計(jì)算方法一計(jì)算所需電池安時(shí)數(shù)<AH>〔此方法簡單快捷,一般的估算,采用此方法即可計(jì)算公式：電池安時(shí)數(shù)<AH>=UPS標(biāo)稱功率<VA>×功率因素×延時(shí)時(shí)長<小時(shí)數(shù)>÷逆變器啟動(dòng)電壓<電池組電壓>÷逆變器效率；1、功率因數(shù)一般取0.8；2、逆變器效率一般取0.9；3、逆變器啟動(dòng)電壓<電池組電壓>根據(jù)不同型號(hào)UPS而不同〔查UPS參數(shù)可得計(jì)算示例：以3000VAUPS延時(shí)4小時(shí)為例,計(jì)算步驟如下：每一步：查UPS參數(shù),得UPS逆變器啟動(dòng)電壓<電池組電壓>：U=96V,選用電池額定電壓：U1=12V,得出每組電池?cái)?shù)量：N=U÷U1=96V÷12=8節(jié)/組；第二步：套用公式,電池安時(shí)數(shù)<AH>=3000VA×0.8×4小時(shí)÷96V÷0.9=111AH；第三步：選用合適的電池,以上結(jié)果得出需要111AH的蓄電池才能滿足4小時(shí)的供電,但是常規(guī)蓄電池一般沒有容量為111AH的,且需要8節(jié)/1組,我們可以選擇2組<16節(jié)>65AH的蓄電池并聯(lián)進(jìn)行配置,其延時(shí)時(shí)間為:65AH×2÷3000VA÷0.8×96V×0.9=4.68小時(shí)；注：以上算出的電池安時(shí)數(shù)<AH>也常理解為：電池放出容量；如果電池放電效率不為1,參照以下公式換算出電池標(biāo)稱容量,再選電池。電池放出容量=電池標(biāo)稱容量×電池放電效率；電池放電效率不同型號(hào)參考值有：0.4/0.5/0.6/0.7/0.8/0.9/1；電池計(jì)算方法二計(jì)算電池最大放電電流值〔I最大〔此方法相對(duì)精確,如果追求更精確的配置,可采用此方法計(jì)算公式：I最大=Pcosф/〔η*E臨界*N1、P：UPS電源的標(biāo)稱輸出功率；2、cosф：UPS電源的輸出功率因數(shù)〔UPS一般為0.83、η：UPS逆變器的效率,一般為0.88~0.94〔實(shí)際計(jì)算中可以取0.94、E臨界：蓄電池組的臨界放電電壓〔12V電池約為10.5V,2V電池約為1.7V5、N：每組電池的數(shù)量；6、根據(jù)所選的蓄電池組的后備時(shí)間,查出所需的電池組的放電速率值C,然后根據(jù)：電池組的標(biāo)稱容量=I最大/C,算出電池組的標(biāo)稱容量；時(shí)間與放電速率C示例表如下：30分鐘60分鐘90分鐘120分鐘180分鐘0.92C0.61C0.5C0.42C0.29C計(jì)算示例：以300KVAUPS延時(shí)30分鐘為例,計(jì)算步驟如下：第一步：查UPS參數(shù),得UPS逆變器啟動(dòng)電壓<電池組電壓>：U=360V,選用電池額定電壓：U1=12V,得出每組電池?cái)?shù)量：N=U÷U1=360V÷12=30節(jié)/組；第二步：套用公式,I最大=P×cosф÷〔η×N×E=300000VA×0.8÷〔0.9×30×10.5=846A；第三步：套用公式,得出電池組的標(biāo)稱容量=I最大/C=846÷0.92=919AH；第四步：選用合適的電池,以上結(jié)果得出電池組的總?cè)萘?919AH×30節(jié)×12V=330840AH,可采用電池150AH30節(jié)6組；電池計(jì)算方法三電池恒功率計(jì)算法〔此方法相對(duì)精確,快捷,計(jì)算出恒功率數(shù)值后,查電池廠家恒功率表恒功率計(jì)算公式：W=<P·cosΦ>/<ηN·6>2V單體電池放電截止電壓：1.70V；UPS輸出功率因數(shù)cosΦ：0.8；UPS逆變效率η：0.95；UPS電池節(jié)數(shù)：N〔一般為12V電池的節(jié)數(shù),查電池恒功率表一般是電池2V對(duì)應(yīng)的W數(shù),換算成2V電池節(jié)數(shù)：N*6計(jì)算示例：以400KVAUPS延時(shí)30分鐘為例,計(jì)算步驟如下：第一步：套用公式,W=<400×1000×0.8>/<0.95×32pcs×6>=1754.39W第二步：計(jì)算出W值后,查電池恒功率表如下〔可選977.7的2組,滿足要求：補(bǔ)充說明：UPS后備蓄電池的容量計(jì)算方法很多〔電源法、恒功率法、恒流法、估算法等,各種計(jì)算方法各有側(cè)重點(diǎn),在實(shí)際應(yīng)用中需要綜合考慮蓄電池的使用情況,UPS所帶負(fù)載情況以及應(yīng)用的場合來選擇適合的電池容量計(jì)算方法。UPS分類：工頻機(jī)和高頻機(jī)區(qū)別一、工頻機(jī)和高頻機(jī)的原理分析1、工頻機(jī)和高頻機(jī)是按UPS的設(shè)計(jì)電路工作頻率來區(qū)分的。工頻機(jī)是以傳統(tǒng)的模擬電路原理設(shè)計(jì),由晶閘管<SCR>整流器、IGBT逆變器、旁路和工頻升壓隔離變壓器組成。因其整流器和變壓器工作頻率均為工頻50Hz,顧名思義叫工頻UPS。2、高頻機(jī)通常由IGBT高頻整流器、電池變換器、逆變器和旁路組成。IGBT可以通過控制加在門極的驅(qū)動(dòng)來控制其開通與關(guān)斷,IGBT整流器開關(guān)頻率通常在幾千赫到幾十千赫,甚至高達(dá)上百千赫,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工頻機(jī),因此稱為高頻UPS。高頻機(jī)輸出沒有變壓器隔離,如果逆變功率器件發(fā)生短路,則直流母線〔DCBUS上的高直流電壓直接加到負(fù)載上,這是安全隱患,而工頻機(jī)則不存在此問題。二、從工頻機(jī)和高頻機(jī)的性能對(duì)比來分析1、在可靠性方面,工頻機(jī)要優(yōu)于高頻機(jī)：工頻機(jī)采用晶閘管<SCR>整流器,該技術(shù)經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展和革新,已經(jīng)非常成熟,其抗電流沖擊能力非常強(qiáng)。由于SCR屬于半控器件,不會(huì)出現(xiàn)直通、誤觸發(fā)等故障。相比而言,高頻機(jī)采用的IGBT高頻整流器雖然開關(guān)頻率較高,但是IGBT工作時(shí)有嚴(yán)格的電壓、電流工作區(qū)域,抗沖擊能力較低。因此在總體可靠性方面,IGBT整流器比SCR整流器低。2、在環(huán)境適應(yīng)性方面,高頻機(jī)要優(yōu)于工頻機(jī)：高頻機(jī)是以微處理器作為處理控制中心,將繁雜的硬件模擬電路燒錄于微處理器中,以軟件程序的方式來控制UPS的運(yùn)行。因此,體積、重量等方面都有明顯的降低,噪音也較小,對(duì)空間、環(huán)境影響小,因此比較適合于對(duì)可靠性要求不太苛刻的辦公場所。正因?yàn)槿绱?許多廠家的中小功率UPS普遍推出了高頻機(jī)。3、在負(fù)載對(duì)零地電壓的要求方面,工頻機(jī)要優(yōu)于高頻機(jī)：大功率三相高頻機(jī)零線會(huì)引入整流器并作為正負(fù)母線的中性點(diǎn),這種結(jié)構(gòu)就不可避免地造成整流器和逆變器高頻諧波耦合在零線上,抬升零地電壓,造成負(fù)載端零地電壓抬高,很難滿足IBM、HP等服務(wù)器廠家對(duì)零地電壓小于1V的場地需求。另外,在市電和發(fā)電機(jī)切換時(shí),高頻機(jī)往往因零線缺失而必須轉(zhuǎn)旁路工作,在特定工況下可能造成負(fù)載閃斷的重大故障。工頻機(jī)因整流器不需要零線參與工作,在零線斷開時(shí),UPS可以保持正常供電。4、綜上所述,工頻機(jī)UPS和高頻機(jī)UPS的差異主要表現(xiàn)在隔離變壓器上,而工頻機(jī)對(duì)隔離變壓器的使用,在很大程度上提升了UPS的可靠性。從綜合性能方面來講,工頻機(jī)和高頻機(jī)則各有優(yōu)劣,至少在當(dāng)前,不存在誰取代誰的問題。用戶在選購設(shè)備的時(shí)候應(yīng)當(dāng)立足于自身的實(shí)際需要,而不是盲目跟從。5、補(bǔ)充說明：工頻機(jī)是中國的說法,就是指帶工頻變壓器的。可以理解為,1000升的水,用1000升的水桶來倒,提水費(fèi)力,但一次搞定,因此桶子也貴,水里頭雜質(zhì)也多。高頻機(jī)是由高頻的小變壓器模擬工頻的。可以理解為1000升的水,用1升的水桶來倒,倒1000次才滿足了用水需求,還不能潑出水來,技術(shù)難度高了,水桶小了,便宜了,而且水質(zhì)更好。因?yàn)楦哳l技術(shù)牽涉到對(duì)市電實(shí)時(shí)監(jiān)控和補(bǔ)充能量難度較高,很多廠家做不好,所以,變得不耐沖擊〔水潑出來。工頻機(jī)本身就是大諧波源,傷害設(shè)備,還費(fèi)電,不節(jié)能。所以,目前有的說工頻機(jī)比高頻機(jī)好,只是針對(duì)國內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)能力來看的,說穿了,就是國內(nèi)的高頻電源技術(shù)還不太成熟。相比某本國的高頻技術(shù)就沒這個(gè)問題,省電,還抗諧波。UPS其它常見分類介紹UPS電源按其工作原理可分為后備式、在線式以及在線互動(dòng)式三種。從備用時(shí)間分,UPS分為標(biāo)準(zhǔn)型<內(nèi)置電池>和長效型兩種〔可靈活配置電池一、后備式UPS平時(shí)處于蓄電池充電狀態(tài),在停電時(shí)逆變器緊急切換到工作狀態(tài),將電池提供的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的交流電輸出,因此后備式UPS也被稱為離線式UPS。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)量要求不高的場合,比較適合家庭使用。然而這種UPS存在一個(gè)切換時(shí)間問題,因此不適合用在關(guān)鍵性的供電不能中斷的場所。不過實(shí)際上這個(gè)切換時(shí)間很短,一般介于2至10毫秒,而計(jì)算機(jī)本身的交換式電源供應(yīng)器在斷電時(shí)應(yīng)可維持10毫秒左右,所以個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般不會(huì)因?yàn)檫@個(gè)切換時(shí)間而出現(xiàn)問題。后備式UPS一般只能持續(xù)供電幾分鐘到幾十分鐘,主要是讓您有時(shí)間備份數(shù)據(jù),并盡快結(jié)束手頭工作,其價(jià)格也較低。對(duì)不是太關(guān)鍵的電腦應(yīng)用,比如個(gè)人家庭用戶,就可配小功率的后備式UPS。二、在線式UPS這種UPS一直使其逆變器處于工作狀態(tài),它首先通過電路將外部交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?再通過高質(zhì)量的逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為高質(zhì)量的正弦波交流電輸出給計(jì)算機(jī)。在線式UPS在供電狀況下的主要功能是穩(wěn)壓及防止電波干擾；在停電時(shí)則使用備用直流電源〔蓄電池組給逆變器供電。由于逆變器一直在工作,因此不存在切換時(shí)間問題,適用于對(duì)電源有嚴(yán)格要求的場合。在線式UPS不同于后備式的一大優(yōu)點(diǎn)是供電持續(xù)長,一般為幾個(gè)小時(shí),也有大到十幾個(gè)小時(shí)的,它的主要功能是可以讓您在停電的情況可像平常一樣工作,顯然,由于其功能的特殊,價(jià)格也明顯要貴一大截。這種在線式UPS比較適用于計(jì)算機(jī)、交通、銀行、證券、通信、醫(yī)療、工業(yè)控制等行業(yè),因?yàn)檫@些領(lǐng)域的電腦一般不允許出現(xiàn)停電現(xiàn)象。三、在線互動(dòng)式UPS這是一種智能化的UPS,所謂在線互動(dòng)式UPS,是指在輸入市電正常時(shí),UPS的逆變器處于反向工作〔即整流工作狀態(tài),給電池組充電；在市電異常時(shí)逆變器立刻轉(zhuǎn)為逆變工作狀態(tài),將電池組電能轉(zhuǎn)換為交流電輸出,因此在線互動(dòng)式UPS也有轉(zhuǎn)換時(shí)間。同后備式UPS相比,在線互動(dòng)式UPS的保護(hù)功能較強(qiáng),逆變器輸出電壓波形較好,一般為正弦波,而其最大的優(yōu)點(diǎn)是具有較強(qiáng)的軟件功能,可以方便地上網(wǎng),進(jìn)行UPS的遠(yuǎn)程控制和智能化管理?？勺詣?dòng)偵測外部輸入電壓是否處于正常范圍之內(nèi),如有偏差可由穩(wěn)壓電路升壓或降壓,提供比較穩(wěn)定的正弦波輸出電壓。而且它與計(jì)算機(jī)之間可以通過數(shù)據(jù)接口〔如RS-232串口進(jìn)行數(shù)