UPS電源工程師培訓(xùn)

1、 ups電源工程師培訓(xùn)upsups基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)2011年10月基本公式歐姆定律u=ir 電電 壓壓 = = 電電 流流 電電 阻阻（伏特）（伏特）= =（安培）（安培） （歐姆）（歐姆）正弦電流timax數(shù)值大小和方向都按正弦波的規(guī)律 周而復(fù)始循環(huán)變化的電流i=imax(sin2ft+)正弦電流的三要素：幅值imax或有效值irms irms= imax/2頻率f或周期t f=1/t相角三相交流電路對(duì)稱的三相交流電路 有效值相等，頻率相等，相位相差120度三相負(fù)載星形連接的負(fù)載線電壓和相電壓間的關(guān)系是ull=3uln=1.732uln以市電電壓為例， 單相電壓220v 相間電壓2201.7

2、3=380v若總負(fù)載15kva（對(duì)稱負(fù)載）則：每相負(fù)載15/3=5kva 相電流=5000/220=22.73al1l2l3n380v380v220v基波與諧波n基波：頻率f為50hz的正弦波；n諧波：頻率為基波的倍數(shù)的正弦波 2次諧波 f=2*50hz 3次諧波 f=3*50hzn諧波分為電壓諧波和電流諧波 電流諧波：主要由非線性負(fù)載產(chǎn)生，例如開關(guān)電源；晶閘管、整流器等。 電流諧波會(huì)導(dǎo)致電壓諧波n在基波上疊加諧波=波形會(huì)發(fā)生畸變 基波與諧波無功和高次諧波電流對(duì)電網(wǎng)造成的危害：n增加電網(wǎng)容量和配置n導(dǎo)致電網(wǎng)電壓畸變，嚴(yán)重干擾其他用電設(shè)備n導(dǎo)致變壓器等電氣設(shè)備損耗增大，過熱，絕緣老化，降低壽命n

3、引起計(jì)算機(jī)等精密電子設(shè)備運(yùn)行不正常n引起異步電機(jī)振動(dòng)加劇，噪聲增大n對(duì)通訊線路、測量線路產(chǎn)生輻射干擾n影響電能計(jì)量精度n。基本概念 整流：交流ac 直流dc 逆變：交流ac 直流dc串聯(lián)串聯(lián)并聯(lián)并聯(lián)基礎(chǔ)知識(shí)視在功率視在功率s（單位：（單位：va）指負(fù)載從交流電源吸取電流有效值與電源電壓有效值的代數(shù)乘積。有功功率有功功率p（單位：（單位：w）指負(fù)載從交流電源吸取的全部用以做功消耗的功率。無功功率無功功率q（單位：（單位：var）指在交流電源與負(fù)載之間來回轉(zhuǎn)換，但不被負(fù)載消耗的那部分功率。功率因數(shù)功率因數(shù)cos指負(fù)載從交流電源吸取的有功功率與視在功率的比。s=uicos=p/s s =p + q

4、2 2 2專業(yè)名詞nups的容量 指指ups的額定輸出規(guī)模，通常用的額定輸出規(guī)模，通常用va表示，用以說明表示，用以說明ups額定工額定工作（滿載）時(shí)輸出的視在功率的值。作（滿載）時(shí)輸出的視在功率的值。nups的輸入功率因數(shù) 指指ups作為電網(wǎng)的負(fù)載，表現(xiàn)出的功率因數(shù)。即作為電網(wǎng)的負(fù)載，表現(xiàn)出的功率因數(shù)。即ups從電網(wǎng)吸取從電網(wǎng)吸取的有功功率與視在功率的比。的有功功率與視在功率的比。nups的輸出功率因數(shù) 一般指一般指ups的有功功率與視在功率之比，其大小由負(fù)載性質(zhì)決定的有功功率與視在功率之比，其大小由負(fù)載性質(zhì)決定nups的效率 指指ups輸出的有功功率在全部輸入的有功功率中占的成分，它標(biāo)輸出

5、的有功功率在全部輸入的有功功率中占的成分，它標(biāo)志著志著ups本身損耗的大小。本身損耗的大小。專業(yè)名詞n輸出電壓穩(wěn)定精度 指在市電逆變供電時(shí)，當(dāng)輸入電壓在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)變化，以及負(fù)載在滿載負(fù)荷內(nèi)100%變化時(shí)，輸出電壓的變化量與額定值的百分比。負(fù)載對(duì)此項(xiàng)指標(biāo)的要求并不高，以計(jì)算機(jī)類的負(fù)載為例，因?yàn)闄C(jī)內(nèi)大多是配置了開關(guān)型的直流電源，它容許輸入電壓在20-30%范圍內(nèi)變化。n輸出電壓波形失真度 所謂波形失真度是指計(jì)算機(jī)輸入交流電壓中所有高次諧波有效值之和與基波有效值的百分比，數(shù)據(jù)表明，波形失真度小于10%的情況下就可以滿足計(jì)算機(jī)的要求。n輸出電壓頻率穩(wěn)定精度（電池供電時(shí)） ups輸出電壓頻率的變化量與額

6、定頻率（50hz）的百分比。專業(yè)名詞n輸出電壓切換時(shí)間 市電掉電時(shí)市電掉電時(shí)ups由市電逆變供電（或市電穩(wěn)壓直接供電）轉(zhuǎn)換為由市電逆變供電（或市電穩(wěn)壓直接供電）轉(zhuǎn)換為電池逆變供電過程中，電池逆變供電過程中，ups的輸出可能出現(xiàn)的短時(shí)間的斷電時(shí)間。的輸出可能出現(xiàn)的短時(shí)間的斷電時(shí)間。n輸出電流峰值系數(shù) 輸出電流峰值與電流基波有效值的比值。典型值為輸出電流峰值與電流基波有效值的比值。典型值為34，大小由，大小由負(fù)載決定。該指標(biāo)主要用來衡量負(fù)載決定。該指標(biāo)主要用來衡量ups的輸出能力的輸出能力n輸入電流的諧波成分 輸入電流的諧波成分形成的輸入功率是無功的，它是造成輸入電流的諧波成分形成的輸入功率是無功

7、的，它是造成ups輸輸入功率因數(shù)低的一個(gè)重要的因數(shù)，可對(duì)電網(wǎng)電壓造成嚴(yán)重污染。入功率因數(shù)低的一個(gè)重要的因數(shù)，可對(duì)電網(wǎng)電壓造成嚴(yán)重污染。n頻率跟蹤速率 當(dāng)市電頻率變化時(shí)，逆變器工作頻率跟蹤市電頻率變化響應(yīng)能力。當(dāng)市電頻率變化時(shí)，逆變器工作頻率跟蹤市電頻率變化響應(yīng)能力。專業(yè)名詞n電壓浪涌 指一個(gè)或多個(gè)周期電壓超過額定電壓值的指一個(gè)或多個(gè)周期電壓超過額定電壓值的110%n電壓尖峰 指在二分之一周至指在二分之一周至100ms期間內(nèi)疊加的電壓脈沖期間內(nèi)疊加的電壓脈沖n噪聲電壓 是指疊加在工頻電壓上的低幅度、頻率范圍很寬的高頻分量是指疊加在工頻電壓上的低幅度、頻率范圍很寬的高頻分量n過壓 指超出電網(wǎng)電壓正

8、常有效值一定百分比的穩(wěn)定電壓指超出電網(wǎng)電壓正常有效值一定百分比的穩(wěn)定電壓n電壓跌落 指一個(gè)或多個(gè)周期電壓低于指一個(gè)或多個(gè)周期電壓低于80%85%額定電壓有效值額定電壓有效值n欠壓 指低于正常電壓有效值一定百分比的穩(wěn)定低電壓指低于正常電壓有效值一定百分比的穩(wěn)定低電壓n電源中斷 指超過一個(gè)周期的無電壓狀態(tài)指超過一個(gè)周期的無電壓狀態(tài)工頻機(jī)與高頻機(jī)工頻n穩(wěn)定性好，可靠性高n體積大，重量重n功耗大，效率不高高頻n可靠性不高，功率器件瞬間承受大負(fù)載沖擊，功率器件易損壞。n體積小，重量輕n效率高工頻機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，但是輸入輸出變壓器體積大，同時(shí)對(duì)于市電和負(fù)載變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)差，為了消除高次諧波，其輸出濾波器體積也

9、大。 高頻機(jī)是目前普遍采用的，自關(guān)斷器件的應(yīng)用決定了其主電路簡化，同時(shí)提高了工作頻率，降低了換流損耗，提高了逆變器的工作效率。ups概念變化nups (uninterruptable power supply)n不間斷電源為重要部門電網(wǎng)掉電提供持續(xù)供電保障n50-70%都為電源故障，停電占百分之幾n對(duì)于供電質(zhì)量提出了更高的要求nups (uninterruptable power system)n產(chǎn)品系統(tǒng)，高可靠、高性能、高度自動(dòng)化的供電中心n主機(jī)運(yùn)行高效、高可靠、適應(yīng)性強(qiáng)（電網(wǎng)、負(fù)載）n高可用性和可維護(hù)性n很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)功能ups分類按電路主結(jié)構(gòu)分類:后備式在線互動(dòng)式在線式雙逆變電壓補(bǔ)償在線

10、式從后備時(shí)間分類:標(biāo)準(zhǔn)機(jī)長效機(jī)按輸入輸出方式分類:單相輸入/單相輸出三相輸入/單相輸出三相輸入/三相輸出 從輸出波形分類:方波正弦波從輸出容量分類:微型 （小于或等于1kva）小型（大于1kva，小于或等于5kva）中型（大于5kva，小于或等于30kva）大型（大于30kva）ups作用解決公共電網(wǎng)存在的問題： a. 實(shí)現(xiàn)雙路電源的不間斷相互切換。 b. 隔離作用：將瞬間間斷、諧波、電壓波 動(dòng)、頻率波動(dòng)及電壓噪聲等電網(wǎng)干擾阻 擋在負(fù)載之前。 c. 電壓變換/穩(wěn)壓作用。 d. 頻率變換/穩(wěn)頻作用。 e. 提供一定的后備時(shí)間。影響ups運(yùn)行的幾種市電問題n電涌（power surges）：指輸出

11、電壓有效值高于額定值110，而且持續(xù)時(shí)間達(dá)一個(gè)或數(shù)個(gè)周期。電涌主要是由于在電網(wǎng)上連接的大型電氣設(shè)備關(guān)機(jī)時(shí)，電網(wǎng)因突然卸載而產(chǎn)生的高壓。 n高壓尖脈沖（high voltage spikes）：指峰值達(dá)6000v，持續(xù)時(shí)間從萬分之一秒至二分之一周期（10ms）的電壓。這主要由于雷擊、電弧放電、靜態(tài)放電或大型電氣設(shè)備的開關(guān)操作而產(chǎn)生。 n暫態(tài)過電壓（switching transients）：指峰值電壓高達(dá) 20000v，但持續(xù)時(shí)間界于百萬分之一秒至萬分之一秒的脈沖電壓。其主要原因及可能造成的破壞類似于高壓尖脈沖，只是在解決方法上會(huì)有區(qū)別。 n電壓下陷(power sags）：指市電電壓有效值介于

12、額定值的80至85之間的低壓狀態(tài)，并且持續(xù)時(shí)間達(dá)一個(gè)到數(shù)個(gè)周期。大型設(shè)備開機(jī)，大型電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，或大型電力變壓器接入都可能造成這種問題。 n電線噪聲（electrical line noise）：系指射頻干擾(rfi)和電磁干擾（efi）以及其它各種高頻干擾。馬達(dá)的運(yùn)行、繼電器的動(dòng)作、馬達(dá)控制器的工作、廣播發(fā)射、微波輻射、以及電氣風(fēng)暴等，都會(huì)引起線噪聲干擾。 n頻率偏移（frequency variation）：系指市電頻率的變化超過3hz以上。這主要由應(yīng)急發(fā)電機(jī)的不穩(wěn)定運(yùn)行，或由頻率不穩(wěn)定的電源供電所致。 n持續(xù)低電壓（brownout）指市電電壓有效值低于額定值，并且持續(xù)較長時(shí)間。其產(chǎn)生原因

13、包括：大型設(shè)備啟動(dòng)和應(yīng)用、主電力線切換、啟動(dòng)大型電動(dòng)機(jī)、線路過載。影響ups運(yùn)行的幾種市電現(xiàn)象 電壓低 市電停電 諧波干擾 頻率波動(dòng)高電壓尖峰 線路噪聲 電壓波動(dòng) 瞬態(tài)尖峰 電壓浪涌衡量ups的優(yōu)劣nups主機(jī)要對(duì)電網(wǎng)環(huán)境有較強(qiáng)的適應(yīng)能力n要注意ups對(duì)各種負(fù)載的適應(yīng)能力n提高電池性能，加強(qiáng)對(duì)電池的管理n系統(tǒng)配置的靈活性和冗余功能n智能化和網(wǎng)絡(luò)保護(hù)能力n對(duì)ups硬件系統(tǒng)的考察ups原理基本分類n后備式（offline）n在線互動(dòng)式（lineinteractive）n雙變換在線式（online）后備式（offline）智能調(diào)壓充電器dcacvin輸出轉(zhuǎn)換開關(guān)后備式特點(diǎn)n效率高達(dá)98%nups本身

14、不產(chǎn)生附加輸入功率因數(shù)、諧波電流n市電存在，輸出能力強(qiáng)n存在轉(zhuǎn)換時(shí)間（4ms左右），滿足一般負(fù)載要求n電壓穩(wěn)定精度不高n輸出轉(zhuǎn)換開關(guān)，受切換電流能力和動(dòng)作時(shí)間限制，功率做不大在線互動(dòng)式（lineinteractive）輸入開關(guān)智能調(diào)壓acdcvin在線互動(dòng)式特點(diǎn)n效率高達(dá)98%nups本身不產(chǎn)生附加輸入功率因數(shù)、諧波電流n市電存在，輸出能力強(qiáng)n存在很短的轉(zhuǎn)換時(shí)間n電壓穩(wěn)定精度不高n逆變器同時(shí)有充電功能，節(jié)省ups（后備）附加充電器雙變換在線式（online）vinvout旁路開關(guān)（）（）acacdcdc雙變換在線式特點(diǎn)n提供高質(zhì)量的電源n市電掉電，無任何轉(zhuǎn)換時(shí)間nups功率余量有限n輸入功率因

15、數(shù)低（thd高）n整機(jī)效率不高ups的可靠性與可用性nmtbf平均無故障時(shí)間nmttr故障恢復(fù)時(shí)間nmtbf+mttr一個(gè)服役周期na可用性nmtbf即為可靠性，提高a，增大mtbf，減小mttrmtbfmttrt（年）la=mtbf/mtbf+mttrla=1/1+mttr/mtbflmtbf=，a=100%lmttr=0，a=100%可靠性和可用性提高 提高可靠性n元器件的選用nups的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)nups的制造工藝n并機(jī)、冗余技術(shù) 提高可用性n現(xiàn)場維修時(shí)間trnups管理響應(yīng)時(shí)間tmnups技術(shù)服務(wù)系統(tǒng)ts電源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)冗余的幾種方式n單機(jī)/并機(jī)滿載冗于inputoutputstatic by

16、passbypass panel電源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)冗余的幾種方式n隔離冗余方式 （串聯(lián)并機(jī)）主輸出主機(jī)從機(jī)維修旁路靜態(tài)旁路靜態(tài)旁路維修旁路主輸入旁輸入主輸入隔離冗余方式 （串聯(lián)并機(jī)）n隔離冗余熱備份（即串聯(lián)冗余） ups熱備份即ups串聯(lián)冗余，有主機(jī)和從機(jī)之分。其基本原理是：主機(jī)正常時(shí)100%地承擔(dān)負(fù)載電流，故障時(shí)由從機(jī)提供后備電源。由于備用ups是在主機(jī)旁路處在等待工作狀態(tài)，故稱為熱備份。n缺點(diǎn)： 1主機(jī)靜態(tài)開關(guān)發(fā)生故障時(shí)，將可能中斷整個(gè)系統(tǒng)供電，出現(xiàn)瓶頸故障。 2在市電故障，市電超限時(shí)，因?yàn)閡ps封鎖旁路，所以主、從機(jī)無法切換，造成熱備份失效。 3備機(jī)長期處于備用狀態(tài)，電池也長期處于浮充狀態(tài)，影

17、響電池壽命。 4目前尚無一個(gè)簡單的方式實(shí)現(xiàn)互為熱備份。電源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)冗余的幾種方式n并聯(lián)冗余方式 主輸入主輸出主旁路負(fù)載全部轉(zhuǎn)移此機(jī)并聯(lián)冗余方式（一） 并聯(lián)冗余是將多于兩臺(tái)同型號(hào)、同功率的ups，通過并機(jī)柜、并機(jī)模塊或并機(jī)板，把輸出端并接而成。 目的是為了共同分擔(dān)負(fù)載功率，其基本原理是：正常情況下，兩臺(tái)ups均由逆變器輸出，平分負(fù)載和電流，當(dāng)一臺(tái)ups故障時(shí)，由剩下的一臺(tái)ups承擔(dān)全部負(fù)載。 三機(jī)并聯(lián)也是常用的一種方式。 例： 60kva的負(fù)載，三臺(tái)30kva并聯(lián)，一臺(tái)ups出現(xiàn)故障，另兩臺(tái)ups仍然可以承擔(dān)全部負(fù)載，此為n+1并聯(lián)冗余，還有n+2、+3等。 并聯(lián)冗余的本質(zhì)，是ups均分負(fù)載。并

18、聯(lián)冗余方式（二）n要實(shí)現(xiàn)并聯(lián)冗余，必須解決以下技術(shù)問題： 1各ups逆變器輸出波形保持同相位、同頻率； 2各ups逆變器輸出電壓一致； 3各ups必須均分負(fù)載； 4ups故障時(shí)能快速脫機(jī)。n 并聯(lián)冗余的缺點(diǎn)： 1由于要求功率均分，因而調(diào)試?yán)щy。有些品牌ups要在滿負(fù)載運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)功率均分。另外：輸入、輸出線長、線徑都是影響均分的因素。 2并機(jī)柜系統(tǒng)如發(fā)生故障，將中斷整個(gè)系統(tǒng)供電（瓶頸故障）。采用dsp控制技術(shù)，具有高超的冗余并聯(lián)運(yùn)行技術(shù) （采用dsp技術(shù)并機(jī)）n1并機(jī)運(yùn)行的ups獨(dú)立控制電壓與相位，沒有公共控制部分，不存在瓶頸故障。n2并機(jī)調(diào)試非常簡單，只須每臺(tái)ups參數(shù)設(shè)置完畢，即可投入并聯(lián)運(yùn)

19、行。n3由于采用dsp控制技術(shù)，并機(jī)運(yùn)行的每臺(tái)ups輸出濾形，電壓都非常一致，因此并機(jī)環(huán)流很小。n 4多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，synthesis系列：三臺(tái)并聯(lián)；edp90系列：六臺(tái)并聯(lián)。n 5在并聯(lián)系統(tǒng)中任意一臺(tái)ups故障時(shí)，dsp控制技術(shù)可以在正弦波的任意一點(diǎn)切換，使故障ups快速脫機(jī)，由其它ups繼續(xù)不間斷地供電。并聯(lián)冗余技術(shù)的要點(diǎn)說明 n大功率ups相位跟蹤在3，兩臺(tái)ups并聯(lián)有可能在相位上相差6，造成電壓差，sin6=30v，因而在輸出端會(huì)造成很大的環(huán)流，就有可能使逆變器因過載而燒毀。n另外，ups機(jī)內(nèi)各種元件電參數(shù)的微小差異也會(huì)導(dǎo)致輸出電壓的差異，同樣可以導(dǎo)致環(huán)流。目前，世界上并機(jī)技術(shù)較好的公

20、司可將環(huán)流控制在2- 4%。 ups與逆變器的比較（一）與逆變器的比較（一）n（一）ups形式： 1ups可工作在市電狀態(tài)下由逆變器向負(fù)載供電。 2ups具有旁路切換功能，逆變器故障時(shí)可切換到市電狀態(tài)，繼續(xù)保持供電。 3ups可直接對(duì)一定容量的電池組進(jìn)行充電，并對(duì)電池的狀況進(jìn)行監(jiān)測。 4ups作為一個(gè)完整獨(dú)立的電源系統(tǒng)，包括整流器、充電器、逆變器、靜態(tài)旁路開關(guān)、手動(dòng)維修旁路開關(guān)及電池組。 n（二）逆變器形式: b 交流輸出 a 靜態(tài)開關(guān) 1正常使用時(shí)仍為逆變器形式，靜態(tài)開關(guān)置于a處，在逆變器故障時(shí)，靜態(tài)開關(guān)置于b處，由市電或發(fā)電機(jī)電力供應(yīng)至負(fù)載。 2此種形式之逆變器，適用于功率大約在5kva至

21、10kva之間。ups與逆變器的比較（二）與逆變器的比較（二）n（一）適用場所的比較 ups作為一個(gè)完整獨(dú)立的電源系統(tǒng)，可以適合在任何場所應(yīng)用，且結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。逆變器適用于具有48v電池組的郵電系統(tǒng)，因?yàn)槟孀兤鞯墓ぷ鬟€需要外配充電器、電池組等外部設(shè)備，因此結(jié)構(gòu)松散，占地較大，不易布置。n （二）輸出功率的比較 因?yàn)槟孀兤魇窍薅ǖ?8v電池組供電，由于電池組電壓較低，當(dāng)輸出功率要求較大時(shí)，對(duì)功率模塊及生產(chǎn)工藝要求愈高，因此逆變器大功率輸出難以實(shí)現(xiàn)，目前生產(chǎn)的逆變器最大輸出的功率約為10kva左右，而ups由于自身帶有電池組，電池組的直流電壓可根據(jù)輸出功率的要求自行設(shè)置，最高可達(dá)幾百伏，因此可以制成單機(jī)五、六百千伏安的ups，近來由于技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，ups還可以采用并聯(lián)方式供電，一方面實(shí)現(xiàn)更大的功率輸出，另一方面可以作到容量備份，當(dāng)一臺(tái)ups故障時(shí)，不會(huì)影響正常的交流輸出，使負(fù)載在更加安全、可靠的供電情況下進(jìn)行工作。 ups與逆變器的比較（三）與逆變器的比較（三）n（三）對(duì)電池組的壽命比較 ups本身帶有電池管理功能。具有智能電池管理功能，可將電池壽命延長30%，對(duì)所使用電池的充電過程進(jìn)行監(jiān)控，浮充電壓作為環(huán)境溫度的函數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)，并周期性對(duì)電池進(jìn)行測試檢查，電池如有故障將警告用戶。 （四）抗干擾方面的比較 ups在結(jié)構(gòu)上采用鋼架式結(jié)構(gòu)