第7章UPS和蓄電池《城軌控制電源設(shè)備維護(hù)》教學(xué)課件

《城軌控制電源設(shè)備維護(hù)》?精品課件合集城軌控制電源設(shè)備維護(hù)第一章信號設(shè)備的供電概況第二章變壓器第三章交流穩(wěn)壓器第四章低壓電器第五章電機(jī)第六章開關(guān)電源第七章UPS和蓄電池第八章電磁式信號電源屏系統(tǒng)第九章

信號智能電源屏第十章通信電源系統(tǒng)概述第一節(jié)UPS概述UPS也稱為不間斷電源。初期的不間斷電源裝置是旋轉(zhuǎn)型的，它是由整流器、蓄電池、直流電動機(jī)、柴（汽）油機(jī)、飛輪和發(fā)電機(jī)組成。在市電正常情況下，由市電給電動機(jī)供電，電動機(jī)帶動飛輪和發(fā)電機(jī)給負(fù)載供電；當(dāng)斷電后，由于飛輪的慣性作用，會繼續(xù)帶動發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而使發(fā)電機(jī)能持續(xù)給負(fù)載提供電源（電能-動能-電能），起到緩沖的作用，同時啟動柴（汽）油機(jī)。當(dāng)油機(jī)轉(zhuǎn)速與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速相同時，油機(jī)離合器與發(fā)電機(jī)相連，完成從市電到油機(jī)的轉(zhuǎn)換。這是UPS的較早的形式。這種形式的UPS維護(hù)簡單，也比較穩(wěn)定，但系統(tǒng)龐大，操作控制不靈活，而且效率低，噪聲大，電力品質(zhì)不高。第一節(jié)UPS概述隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和精密儀器的不斷涌現(xiàn)和大量應(yīng)用，旋轉(zhuǎn)式UPS已難以滿足人們的實(shí)際需求。同時也隨著電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展，特別是可控硅制造工藝的不斷改進(jìn)，于是便開展了對靜止型不間斷電源裝置的研制。20世紀(jì)90年代，出現(xiàn)了利用絕緣柵雙極晶體管制成的實(shí)用的靜止型不間斷電源裝置。絕緣柵雙極晶體管是一種由雙極晶體管和功率場效應(yīng)晶體管組合而成的器件，既具有功率場效應(yīng)晶體管的柵極電壓可控的特性和快速開關(guān)的特性，又具有雙極晶體管的大電流處理能力和低飽和壓降的特點(diǎn)，因此，用它制成的不間斷電源裝置具有廣泛的發(fā)展前途。隨著通信的發(fā)展和通信各專業(yè)的計算機(jī)化，通信用UPS的規(guī)模也在擴(kuò)大，其重要性逐步提高，現(xiàn)在已經(jīng)成為通信電源日常維護(hù)的一個重點(diǎn)。第一節(jié)UPS概述一、電網(wǎng)的干擾及危害（1）電壓浪涌（2）電壓尖峰（3）電壓瞬變（4）噪聲電壓（5）過電壓（6）電壓跌落（7）持續(xù)低電壓（8）電源中斷第一節(jié)UPS概述二、UPS的功能（1）雙路電源之間的無間斷相互切換功能（2）隔離功能（3）電壓變換功能（4）頻率變換功能（5）后備功能第一節(jié)UPS概述三、UPS的分類（1）按工作原理分類如下：（2）按輸入、輸出方式分類如下：第一節(jié)UPS概述三、UPS的分類（3）按容量分類如下：（4）按輸出波形分類如下：第一節(jié)UPS概述四、UPS電源的工作原理1.后備式UPS電源的工作原理后備式UPS單機(jī)輸出容量在3kV·A以下，一般為025～1kV·A。其基本工作原理框圖如圖7.6所示。故逆變器僅由蓄電池供電，即市電正常時，逆變器不工作；輸出沒有濾波器，輸出一般為方波；輸出變壓器在市電正常時起交流穩(wěn)壓器的功能，逆變時起變壓器功能。圖7.6后備式UPS框圖第一節(jié)UPS概述四、UPS電源的工作原理2.在線式UPS電源的工作原理在線式UPS系統(tǒng)框圖如圖7.7所示。在線式UPS主要是由以下幾部分組成：整流濾波電路，充電器，逆變器，輸出變壓器及濾波器，靜態(tài)開關(guān)，充電電路，蓄電池組和控制、監(jiān)測、顯示、告警及保護(hù)電路，此外在新型UPS電源中還有功率因數(shù)校正電路。圖7.7在線式UPS框圖第一節(jié)UPS概述五、UPS電源系統(tǒng)的組成綜上所述，UPS電源系統(tǒng)由七大部分組成，即輸入整流濾波電路，功率因數(shù)校正電路，蓄電池組，充電電路，逆變器電路，靜態(tài)開關(guān)電路，控制、監(jiān)測、顯示、告警及保護(hù)電路。第二節(jié)逆變器逆變器把市電整流濾波后得到的直流電或來自蓄電池的直流電，變換成頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、波形失真小的交流電。目前在逆變器中，逆變原理普遍采用脈寬調(diào)制技術(shù)（PWM技術(shù)）及波形疊加技術(shù)，而實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)的功率級電路在通信電源站應(yīng)用中，主要有推挽逆變電路、全橋逆變電路和三相橋逆變電路等，均用于中小型UPS系統(tǒng)。第二節(jié)逆變器一、脈寬調(diào)制型全橋逆變器如圖7.8所示，全橋逆變器的功率晶體管由基極驅(qū)動電路提供激勵信號，VT1、VT4和VT2、VT3在分別獲得激勵信號后，進(jìn)入輪流導(dǎo)通或截止?fàn)顟B(tài)，從而在變壓器初級和次級分別產(chǎn)生交流電壓U1和U2，經(jīng)過LC濾波電路的作用使負(fù)載取得正弦電壓。圖7.8全橋型逆變器第二節(jié)逆變器二、正弦波逆變電路大多數(shù)情況，我們希望UPS輸出50Hz正弦交流電，所以要求其逆變電路為正弦波逆變電路。逆變電路實(shí)現(xiàn)輸出為正弦的方法很多，主要有以下3種。（1）階梯波逆變器。（2）多脈沖調(diào)制逆變器。（3）正弦脈寬調(diào)制（SPWM）逆變器。第三節(jié)靜態(tài)開關(guān)一、靜態(tài)開關(guān)在不間斷供電系統(tǒng)中，由于單臺UPS的功率容量有限，因此往往采用多臺UPS并聯(lián)在一起供電，并采用冗余方式向負(fù)載供電，除此還有一路交流旁路作為備用電源。小功率UPS一般采用快速繼電器作為切換元件，但繼電器的切換時間為2～3ms，會造成瞬間供電中斷，并且隨著UPS功率的提高會產(chǎn)生繼電器觸點(diǎn)拉弧打火等現(xiàn)象，因此，在大功率UPS供電系統(tǒng)及切換過程中，常采用靜態(tài)開關(guān)作為切換元件。靜態(tài)開關(guān)切換性能不良，亦可造成系統(tǒng)供電中斷。因此，靜態(tài)開關(guān)是UPS的重要組件。第四節(jié)蓄電池一、UPS常用蓄電池種類根據(jù)電解液的種類一般分為堿性蓄電池和酸性蓄電池；根據(jù)密封程度分為開口蓄電池和密封蓄電池，而密封蓄電池的電解液一般為鉛酸液體。在UPS實(shí)際應(yīng)用中的蓄電池一般有開放型液體鉛酸蓄電池、免維護(hù)蓄電池、鎳鎘蓄電池三種。現(xiàn)UPS廠家所配的蓄電池一般為免維護(hù)蓄電池，下面以免維護(hù)蓄電池為主介紹三種蓄電池的特點(diǎn)。1.開放型液體鉛酸蓄電池2.免維護(hù)蓄電池3.鎳鎘蓄電池第四節(jié)蓄電池一、UPS常用蓄電池種類1.開放型液體鉛酸蓄電池此類蓄電池可分為8～10年、15～20年壽命兩種。由于此類蓄電池硫酸電解會產(chǎn)生腐蝕性氣體，因此必須安裝在通風(fēng)并遠(yuǎn)離精密電子設(shè)備的房間，且蓄電池房應(yīng)鋪設(shè)防腐蝕瓷磚。由于蒸發(fā)的原因，開放型蓄電池需定期測量電解液密度，加酸加水。此蓄電池可忍受高溫高壓和深放電。蓄電池房應(yīng)禁煙并用開放型蓄電池架。此蓄電池充電后不能運(yùn)輸，因而必須在現(xiàn)場安裝后充電，初充電一般需55～90h。第四節(jié)蓄電池一、UPS常用蓄電池種類2.免維護(hù)蓄電池免維護(hù)蓄電池又名閥控式密封鉛酸蓄電池，免維護(hù)蓄電池都配有安全閥，當(dāng)蓄電池內(nèi)部氣壓升高到一定程度時，安全閥可自動排除過剩氣體，在內(nèi)部氣壓恢復(fù)時安全閥會自動恢復(fù)。在使用和維護(hù)中需遵循下列原則：免維護(hù)蓄電池在低溫下運(yùn)行將獲得長壽命但容量較低，而在高溫運(yùn)行則可獲得較高容量但壽命較短。一般地，溫度超過25C后，每升高10C蓄電池壽命將縮短一半，故推薦在20C～25C內(nèi)使用。免維護(hù)蓄電池的設(shè)計浮充電壓為2.3V/節(jié)，12V的蓄電池其浮充電壓為13.8V。在120節(jié)蓄電池串聯(lián)的情況下，溫度高于25C后，溫度每升高1C浮充電壓應(yīng)下調(diào)3mV/節(jié)；同樣溫度每降低1C，為避免充電不足則應(yīng)將浮充電壓應(yīng)上調(diào)3mV/節(jié)。放電終止電壓在滿載（<30min）情況下為1.67V/節(jié)。在低放電率情況下（小電流長時間放電）要升高至1.7～1.8V/節(jié)，某些UPS可根據(jù)負(fù)載量調(diào)節(jié)充電電壓。免維護(hù)蓄電池在到達(dá)壽命終了時表現(xiàn)為容量衰減、內(nèi)部短路、外殼變形、極板腐蝕、開路電壓降低。第四節(jié)蓄電池一、UPS常用蓄電池種類3.鎳鎘蓄電池與鉛酸蓄電池不同，鎳鎘蓄電池電解時產(chǎn)生氫和氧而不產(chǎn)生腐蝕性氣體，因而可安裝在電子設(shè)備的旁邊，且水的消耗很少，一般不需維護(hù)。鎳鎘蓄電池正常壽命為20～25年，且遠(yuǎn)比前面提到的蓄電池昂貴，初始安裝的費(fèi)用約為鉛酸蓄電池的3倍。鎳鎘蓄電池不會因環(huán)境溫度高而影響蓄電池壽命，也不會因環(huán)境溫度低而影響蓄電池容量。一般每節(jié)電壓為1.2V，UPS若應(yīng)用此類蓄電池需設(shè)計較高的充電器電壓。第四節(jié)蓄電池二、蓄電池的主要技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)蓄電池一般有以下幾個指標(biāo)：（1）正常電壓。（2）容量。蓄電池的額定容量是指在25C下10h放電率的容量，放電終止電壓不低于1.80V/節(jié)。在環(huán)境溫度－40C～40C內(nèi)，蓄電池的放電容量隨溫度升高而升高。一般而言，在0～25C內(nèi)溫度每下降1C容量也下降1%。（3）放電速率。一般用多少倍C表示放電速率，1C表示數(shù)值為額定容量的電流，如果額定容量為24Ah，則1C＝24A。有的用Cn表示額定容量是以n小時的放電速率進(jìn)行放電測得的。（4）終止電壓。如某蓄電池的參數(shù)為12V、24Ah/10HR，表示該蓄電池電壓為12V，以10h的放電速率對蓄電池放電，到蓄電池的截止電壓為10.5V時，蓄電池一共可供使用的容量為24Ah，即額定容量為24Ah。第四節(jié)蓄電池三、蓄電池的放電特性及影響因素圖7.15為典型的蓄電池放電曲線，其中豎軸為蓄電池的電壓，橫軸為蓄電池可供使用的容量。圖7.15蓄電池不同放電速率的放電曲線圖第四節(jié)蓄電池四、蓄電池的充電類型一般我們說蓄電池的充電方式有浮充充電和均衡充電兩種。1.浮充充電浮充充電簡稱浮充，是以最小的充電電流、比較低的推薦電壓對電池進(jìn)行長時間的連續(xù)不斷地充電，以使電池始終保持滿容量的充電方式。浮充運(yùn)行是蓄電池的最佳運(yùn)行條件，運(yùn)行時電池一直處于滿荷電狀態(tài)，電池在此條件下運(yùn)行將達(dá)到最長的使用壽命。充電電壓應(yīng)隨環(huán)境溫度作適當(dāng)調(diào)整，一般溫度每升高或降低1C，每只電池浮充電壓將相應(yīng)下降或升高，具體值因蓄電池而異。第四節(jié)蓄電池四、蓄電池的充電類型一般我們說蓄電池的充電方式有浮充充電和均衡充電兩種。2.均衡充電均衡充電簡稱均充，是在規(guī)定的時間內(nèi)，以所能容許的最大電壓對電池充電以恢復(fù)電池的能量，可使串聯(lián)的各個電池單元容量最大且電壓一致的充電方式。對蓄電池進(jìn)行均充，充電電流大小必須嚴(yán)格遵循產(chǎn)品說明書要求，否則會大大縮短蓄電池的使用壽命。第四節(jié)蓄電池五、蓄電池的使用和保養(yǎng)蓄電池的維護(hù)應(yīng)做到運(yùn)行、日常管理的周到、細(xì)致和規(guī)范性，以保證設(shè)備（包括主機(jī)設(shè)）保持良好的、可靠的運(yùn)行狀況，進(jìn)而延長使用年限；保證直流母線經(jīng)常保持合格的電壓和蓄電池的放電容量；保證蓄電池運(yùn)行和人員的安全。1.影響蓄電池使用壽命的因素2.蓄電池的定期保養(yǎng)第五節(jié)UPS操作一、UPS投入使用的操作程序（見表7.2）二、UPS退出服務(wù)的操作程序（見表7.3）三、將蓄電池重新投入服務(wù)的操作程序（見表7.4）四、故障處理程序（