UPS基本概念課件

什么是UPS?中文是“不間斷電源”(uninterruptiblepowersupply)

它是能夠實現(xiàn)兩路電源之間無間斷地相互切換的電氣裝置

有時人們叫它“不停電電源”，這種說法從專業(yè)上來說是不確切的。因為電源是能夠提供電能、實現(xiàn)其他能量轉換成電能的裝置。UPS不能依靠能量的轉換來提供電能，因此從嚴格意義上講，UPS不是一種電源。它只是提供一種兩路電源之間無間斷轉換的機會，這才是UPS設計的主要思想。UPS的價格之所以昂貴，就是貴在這種不間斷切換的特點上。UPS=CVCF+BAT1為什么要使用UPS？ 理論上講，供電設備應提供固定幅值和頻率的正弦波電壓（比如低壓配電系統(tǒng)中400V，50Hz）。但實際的情況是，市電在額定值附近波動。在歐洲，EN50160標準定義了低壓配電系統(tǒng)中正常的電壓波動范圍：電壓+10%到-15%（一周內95%情況下必須在+10%之內）頻率+4%到-6%（一年內99.5%情況下必須在±1%之內）

電能質量國家標準摘要

由于供電網(wǎng)絡和負載的復雜性，以及自然界的雷擊，地電和人為因素的影響，電網(wǎng)供出的交流電存在各種質量問題。2標準編號標準名稱允許限值說明GB12325—90供電電壓允許偏差

(1)35kV及以上為正負偏差絕對值之和不超過10％；

(2)10kV及以下三相供電為±7％；

(3)220V單相供電為+7％，一10％衡量點為供用電產權分界處或電能計量點GB2326—2000

電壓波動和閃變電壓變動d的限值和變動頻度r(h-1)有關：當r≤1000時，對于低壓(LV)和中壓(MV)，d=1.25％～4％；對于高壓(HV)，d=1．O％～3％；對于隨機不規(guī)則的變動，d=2％(LV、MV)和d=1.5％(HV)，閃變限值如下表：此標準為GB12326—90修訂版衡量點為電網(wǎng)公共連接點(PCC)；Pst每次測量周期10min，取實測95％概率值；幾每次測量周期2h，不得超標；

(3)規(guī)定限值分三級處理原則；提供預測計算方法，規(guī)定測量儀器并給出典型分析實例。系統(tǒng)電壓等級LVMVHV

Pst

1.0

0.9(1.0)

0.8

P1t

O．8

O．7(O．8)

O．6注1．括號中的值僅適用于所有用戶為同電壓級場合。

2．Pst為短時間閃變；P1t為長時間閃變。電能質量國家標準摘要3標準編號標準名稱允許限值說明GB／T14549—93公用電網(wǎng)諧波各級電網(wǎng)諧波電壓限值(%)衡量點為PEC，取實測95％概率值；對用戶允許產生的諧波電流，提供計算方法；(3)對測量方法和測量儀器作出基本規(guī)定；(4)對同次諧波隨機性合成提供算法電壓(kV)THD奇次偶次O．3854.02．O6、1043.21.635、6632.41.211021.6O．8注1.220kV電網(wǎng)參照110kV執(zhí)行。

2．表中THD為總諧波畸變率。GB／T15543—1995三相電壓允許不平衡度

(1)正常允許2％，短時不超過4％；

(2)每個用戶一般不得超過1.3％。

(1)各級電壓要求一樣；(2)衡量點為PCC，取實測95％概率值或日累計超過不超過72min，且每30min中超標不超過5min；(3)對測量方法和測量儀器作出基本規(guī)定；

(4)提供不平衡度算法。GB／T15945—1995電力系統(tǒng)頻率允許偏差

(1)正常允許±0.2Hz，根據(jù)系統(tǒng)容量可以放寬到土0.5Hz；

(2)用戶沖擊引起的頻率變動一般不得超過土0.2Hz對測量儀器提出了基本要求電能質量國家標準摘要4電網(wǎng)存在的質量問題：

5使用UPS的目的兩路電源之間的無間斷相互切換

隔離作用

電壓變換作用

頻率變換作用

提供一定的后備時間

TheUPSsolution8UPS的兩路電源無間斷相互切換功能UPS三類供電一類供電M1M2輸出9UPS的隔離作用整流器直流逆變器交流輸入交流輸出將瞬間間斷、諧波、電壓波動、頻率波動以及電壓噪聲等電網(wǎng)干擾阻擋在負載之前，既使負載對電網(wǎng)不產生干擾，又使電網(wǎng)中的干擾不影響載。

10UPS的電壓變換作用輸入電壓變換輸出380V220V380V400V415V（穩(wěn)壓作用）11UPS的頻率變換作用50Hz50Hz60Hz400Hz輸入頻率變換輸出（穩(wěn)頻作用）12UPS的后備功能整流器逆變器交流輸入負載電池

UPS帶有電池，貯存一定的能量，一方面在電網(wǎng)停電或發(fā)生間斷時繼續(xù)供電一段時間來保護負載；另一方面在UPS的整流器發(fā)生故障時使用戶有時間來保護負載。按照用戶的要求，后備時間可以是5分鐘、10分鐘、15分鐘、30分鐘(電池占UPS價格的一半)、90分鐘等，甚至更長。13TheUPSsolution:highqualityandavailability14UPS的分類動態(tài)型（旋轉型） 發(fā)電機+慣性飛輪+直流發(fā)電機+蓄電池靜態(tài)型

輸出功率：小功率<10KVA

中功率10-100KVA

大功率>100KVA

輸出波型：方波（階梯波，準正玄波） 標準正玄波

輸出相數(shù)：單相輸出（220V，50HZ）

三相輸出（380V，50HZ）

功率器件：可控硅（SCR，SiliconControlRectifier）

功率晶體管（GTR，GiantTransistor） MOS場效應晶體管（MOSFET，Metal-OxideSemiconductorField EffectTransistor）

絕緣柵場效應晶體管（IGBT，InsulatedGateBipolarTransistorIPM, IntelligentPowerModule）15UPS的分類16動態(tài)UPS這一類UPS使用旋轉機械來實現(xiàn)UPS的功能，獲得“旋轉逆變器的功能”。這一類UPS實際上是將一臺高度簡化的靜態(tài)逆變器與一個電動機-發(fā)電機結合在一起。逆變器濾除市電的騷擾，同時只控制其輸出電壓的頻率(通常以方波的形式)，并為電動機-發(fā)電機組供電。電動機-發(fā)電機組有時還會與飛輪組合在一起。電動機-發(fā)電機組產生以逆變器輸出頻率為參考的正弦波電壓輸出。

17靜態(tài)UPS的分類后備式在線互動式雙變換在線式18后備式19在線互動式20雙變換在線式21性能特點——將關鍵負載和交流輸入完全隔離。逆變器總是在向負載供電：當輸入電源中斷時，輸出電壓沒有瞬時的下降，因為逆變器總處在運行的狀態(tài)，并總是由直流輸入供電；

共模噪聲防護：輸出逆變器通常包括一個隔離變壓器，這一隔離變壓器可以產生一個分離的中性線，這樣就使得UPS被電氣隔離，從而對負載提供共模噪聲保護；

市電存在時，串連的兩個變換都承擔100%的負載功率，所以UPS整機的效率較低。由于全部的負載功率都由逆變器承擔，因而UPS的輸出能力不理想，對負載提出限制條件，如負載電流峰值系數(shù)，過載能力，輸出功率因數(shù)等。對可控硅整流器還存在輸入功率因數(shù)低，無功損耗大，輸入諧波電流對電網(wǎng)產生污染等缺點。22UPS用功率器件1.可控硅（晶閘管）SCR普通型SCR電壓高達6000V，電流達數(shù)千安培，自身電壓降約為1.5V。開通時僅需在控制極上加一個小觸發(fā)脈沖，關斷電路復雜，工作頻率不大于500HZ，主要用做整流器和靜態(tài)開關。2.MOSFET晶體管全控型器件，采用電壓控制，開關速度快。但其輸入阻抗高，承載能力和工作電壓較低，多用于電壓為500V以下的低功率高頻率能量變換裝置。3.BJT（功率GTR）晶體管開關時間長，自身壓降大，往往要求驅動電路輸出很大的電流，造成較大的功耗。4.IGBT場效應晶體管IGBT是新發(fā)展起來的復合型電力電子器件，既有單極型電壓驅動的MOSFET的優(yōu)點，又有雙極型器件BJT耐壓高，電流大的優(yōu)點。IGBT的最高電壓為1200V，最大電流為1000A，工作頻率高達100KHZ。普遍用于逆變器和斬波器，有的也用于整流器。23UPS的基本組成部件充電器逆變器靜態(tài)開關電池24逆變器固定頻率斬波在一個正弦周期內，斬波脈沖的前沿相位總是固定的，脈沖間隔相對于斬波頻率是均勻的。通過在固定的時間間隔內調節(jié)脈沖寬度，來符合基準正弦波。圖中的兩條正弦波包絡線對應于基準正弦波的容限范圍(<1%)。2526GalaxyPWGalaxy3000GalaxyCometS31低頻高頻充電器功率器件SCR轉換形式AC-DC工作頻率<100Hz功率器件SCR轉換形式AC-DC工作頻率<100Hz功率器件IGBT轉換形式AC-DC工作頻率15KHz功率器件SCR/IGBT轉換形式AC-DC-DC工作頻率16KHzPFC整流器27標準整流器這是由六只可控硅SCR組成的三相整流橋。這種類型的整流器吸收n=6k

1(這里的k為整數(shù))次的諧波電流，主要是H5和H7，H11和H13的幅值相對較小。利用濾波器可以控制這些諧波對上線的注入。

28靜態(tài)開關用于將負載從逆變器切換到旁路，并且在切換時對負載的供電沒有任何間斷。容錯功能使供電系統(tǒng)在各級供電發(fā)生故障的情況下以“低級”方式運行。在維修所必須的時間內，負載繼續(xù)得到供電并創(chuàng)造產值。容錯系統(tǒng)

有意識的逆變器停機；

過載超過了逆變器限定的能力(這種切換可以被人為地禁止)；

內部故障。以下的任意一種原因都可能導致自動切換：

29容錯功能提高了可用性30UPS需要一個儲能系統(tǒng)在市電故障或超限的情況下給逆變器供電。存儲的能量必須具有如下的特性：

它能立即用來提供過渡市電的間斷、短期的電壓下降或停電時的電力；

具有足夠的功率來為所有負載供電，即其額定容量等同于UPS系統(tǒng)本身的額定容量；后備時間(通常為10分鐘)能適合負載的需要，并且能持續(xù)到獲得其它的能源(例如由一臺發(fā)電機組提供長時間的后備)。

電池：-密封鉛酸電池，-開口鉛酸電池，-鎳鎘電池。

超級電容；

飛輪：-傳統(tǒng)飛輪，以低速旋轉(每分鐘1500轉)并結合發(fā)電機組；-中速(每分鐘7,000轉)或高速(每分鐘30,000到100,000轉)飛輪。31輸入功率因數(shù)和輸出功率因數(shù)輸入功率因數(shù)低時的危害視在功率的損失

電纜中的溫度升高

中線電流增大自污染負載損壞電容變壓器降容(Derating)越高越好UPS的供電質量線性負載非線性負載32對各種電氣裝置，諧波電流既不會產生有功功率也不會產生無功功率，只是通過焦耳效應產生損耗，即轉變?yōu)榻苟鸁?ri2)。

33所有3次及3的整數(shù)倍次諧波電流在中線上相迭加34電壓失真度反映出了電流的失