UPS講座與交流直流系統(tǒng)線徑計(jì)算.ppt

1、通信電源基礎(chǔ)知識(shí)講座,之三：不間斷電源UPS,UPS概述,背景 隨著電氣化技術(shù)的不斷發(fā)展，電氣設(shè)備、電氣產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，要求交流市電有更高的供電質(zhì)量。 來(lái)自市電電網(wǎng)的各種干擾，以及電網(wǎng)電壓和頻率的不穩(wěn)定，輸入波形的畸變，都會(huì)影響到一些重要設(shè)備的正常工作。,UPS概述,定義 UPS即不間斷電源系統(tǒng)（Uninterruptible Power System） ，在市電不正?；虬l(fā)生供電中斷時(shí)，向負(fù)載繼續(xù)提供符合要求的交流電，使之能連續(xù)不斷地正常工作。,UPS概述,分類 根據(jù)貯能裝置的不同： 旋轉(zhuǎn)式UPS 靜態(tài)UPS 根據(jù)工作方式的不同： 后備式 線路交互式 雙變換在線式 DELTA變換式,UPS概述

2、,組成 UPS是由變換器（整流器、逆變器）、開關(guān)、儲(chǔ)能裝置（蓄電池）等組成。,UPS概述,基本工作原理 在正常情況下UPS以市電為輸入能源，將市電電源進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖儞Q和調(diào)節(jié)，輸出干凈、穩(wěn)定的交流電源（或處于備用狀態(tài)，不為負(fù)載供電）。 市電故障時(shí)，UPS利用內(nèi)部?jī)?chǔ)能為負(fù)載供電。 市電長(zhǎng)時(shí)間停電時(shí)，UPS以備用發(fā)電機(jī)為輸入能源，繼續(xù)運(yùn)行為負(fù)載供電。,配 電 屏,UPS,蓄電池,配 電 屏,負(fù)載,市電輸入,油機(jī)電輸入,轉(zhuǎn)換開關(guān),后備式UPS,后備式UPS工作原理 市電正常時(shí)，UPS處于后備狀態(tài)，由市電直接向負(fù)載供電；同時(shí)，市電經(jīng)整流后向蓄電池浮充電，逆變器不工作。,靜態(tài)開關(guān),負(fù)載,整流器,逆變器,蓄電

3、池,市電,后備式UPS,后備式UPS工作原理 市電停電時(shí)，蓄電池才對(duì)逆變器充電，并由UPS的逆變器向負(fù)載提供交流電。,靜態(tài)開關(guān),負(fù)載,整流器,逆變器,蓄電池,市電,后備式UPS,后備式UPS工作原理 特點(diǎn)分析 由于市電供電和蓄電池供電之間執(zhí)行切換時(shí)需要一定時(shí)間，所以后備式UPS并不能做到不間斷供電，轉(zhuǎn)換時(shí)間一般要求小于數(shù)毫秒。,雙變換在線式UPS,雙變換在線式UPS工作原理 市電正常時(shí)，市電電源經(jīng)整流變換成直流電，直接驅(qū)動(dòng)逆變器向負(fù)載供電，同時(shí)也給蓄電池充電。,靜態(tài)開關(guān),負(fù)載,整流器,逆變器,蓄電池,市電,雙變換在線式UPS,雙變換在線式UPS工作原理 當(dāng)市電停電時(shí)，由蓄電池放電驅(qū)動(dòng)逆變器工作

4、。對(duì)逆變器而言，它的輸入端電壓一直存在，故負(fù)載可不間斷供電。,靜態(tài)開關(guān),負(fù)載,整流器,逆變器,蓄電池,市電,雙變換在線式UPS,雙變換在線式UPS工作原理 當(dāng)整流器、逆變器、蓄電池中任何部件故障或者負(fù)載故障過(guò)載時(shí)，由靜態(tài)開關(guān)將負(fù)載轉(zhuǎn)換至旁路。,靜態(tài)開關(guān),負(fù)載,整流器,逆變器,蓄電池,市電,雙變換在線式UPS,雙變換在線式UPS工作原理 特點(diǎn)分析 市電停電時(shí)的切換時(shí)間為0。 只有當(dāng)轉(zhuǎn)向靜態(tài)旁路的時(shí)候才有1ms左右的中斷。 市電經(jīng)整流（ACDC）、逆變（DCAC）兩次變換，輸出電源質(zhì)量較高，且負(fù)載與市電完全隔離。,雙變換在線式UPS,雙變換在線式UPS工作原理 什么是 靜態(tài)開關(guān)? 靜態(tài)開關(guān)通常由兩

5、只反向并聯(lián)的快速可控硅組成。由于可控硅本身的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間都只有幾微妙的數(shù)量級(jí)。所以它的引入就可以在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)對(duì)市電供電逆變器供電之間的零轉(zhuǎn)換時(shí)間的控制。,線路交互式UPS,線路交互式UPS組成、區(qū)別 組成： 由輸入開關(guān)、逆變器、電抗器（電感線圈）、蓄電池等組成。 與雙變換在線式區(qū)別： 沒(méi)有整流器，市電不是經(jīng)整流變換為直流電送到逆變器的輸入端，而是通過(guò)電抗器直接送到系統(tǒng)輸出端。,=,四象限逆變器,蓄電池,市電,負(fù)載,L,線路交互式UPS,線路交互式UPS工作原理 正常情況下，負(fù)載由市電經(jīng)電抗器供電。通過(guò)逆變器與市電電源的交互作用，系統(tǒng)可以為負(fù)載提供連續(xù)、穩(wěn)定的交流電源。在市電電壓變化或者負(fù)

6、載變化時(shí)，系統(tǒng)輸出電壓和市電輸入電壓的差值由電抗器加以補(bǔ)償；市電停電時(shí)，逆變器可以不間斷地為負(fù)載供電（與雙變換在線式UPS相同）。此時(shí)市電輸入開關(guān)斷開，以防止逆變器輸出反饋到市電。,線路交互式UPS,什么是四象限PWM逆變器？ 線路交互式UPS中采用的逆變器是四象限PWM逆變器。它可以工作在正向逆變（第1、3象限）和反向整流（第2、4象限）兩種工作方式。在第1、3象限中，逆變器的電壓、電流方向相同，處于逆變工作方式；在2、4象限中電壓、電流方向相反，處于整流工作方式。,Delta變換式UPS,系統(tǒng)組成,=,=,Delta逆變器,主逆變器,蓄電池,市電,負(fù)載,Delta變換器：其容量約為UPS系

7、統(tǒng)容量的20左右，它通過(guò)Delta變壓器串聯(lián)在市電電源與負(fù)載之間； 主逆變器：其容量等于UPS系統(tǒng)容量，連接在系統(tǒng)輸出端，它具有線路交互式UPS中的逆變器的基本功能。 這兩個(gè)逆變器都是四象限PWM逆變器，可工作于逆變或整流方式。,變壓器,Delta變換式UPS,工作原理,正常工作時(shí)：市電經(jīng)Delta逆變器為負(fù)載供電，主逆變器穩(wěn)定系統(tǒng)輸出電壓，市電和系統(tǒng)輸出的電壓差由Delta逆變器補(bǔ)償。 市電故障或市電電壓超出允許的極限時(shí)：系統(tǒng)轉(zhuǎn)入蓄電池供電方式，主逆變器為負(fù)載供電。因?yàn)橹髂孀兤魇冀K連接在系統(tǒng)輸出端，在從市電供電向蓄電池供電的轉(zhuǎn)換過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生供電中斷。,UPS的配置,UPS容量的確定 電池后

8、備時(shí)間 工作方式的選擇,UPS的配置,UPS容量的確定 統(tǒng)計(jì)本期負(fù)載的功耗； 結(jié)合發(fā)展規(guī)劃，確定中遠(yuǎn)期的總功耗； 考慮一些安全余量； 確定擴(kuò)容方案,UPS的配置,電池后備時(shí)間 主要取決于市電供應(yīng)情況 油機(jī)發(fā)電機(jī)組的配置 維護(hù)響應(yīng)時(shí)間,UPS的配置,UPS工作方式的選擇 單機(jī)工作方式 串聯(lián)備份工作方式 并聯(lián)冗余工作方式,UPS的配置,UPS工作方式的選擇 單機(jī)工作方式 單機(jī)工作方式是UPS最常見(jiàn)的和最基本的工作方式，它一般使用在不能停電的一般負(fù)載場(chǎng)合，其可靠性較差。,UPS的配置,UPS工作方式的選擇 串聯(lián)備份工作方式 雙機(jī)熱備份也是為了大大提高供電系統(tǒng)的可靠性，它和雙機(jī)并聯(lián)一樣，也是使用在特別

9、重要的場(chǎng)合。 其工作方式是：UPS2的輸出作為UPS1的旁路輸入，正常時(shí)UPS1處于主用狀態(tài)，承擔(dān)100%的負(fù)載，UPS2處于熱備份狀態(tài)；UPS1故障，則由UPS2轉(zhuǎn)為主用，承擔(dān)全部負(fù)載；UPS1、UPS2均故障，則由市電經(jīng)靜態(tài)旁路開關(guān)直接對(duì)負(fù)載供電。 缺點(diǎn)：主備機(jī)老化程度不一，易造成切換失敗。或需要定期倒換。,UPS2,UPS1,市電輸入,負(fù)載,UPS的配置,UPS工作方式的選擇 并聯(lián)冗余工作方式 兩臺(tái)UPS并聯(lián)的必要條件時(shí)同頻、同相、等幅，因此必須有一個(gè)并聯(lián)控制器，它主要完成同步鎖相、均流及并聯(lián)管理等功能。 UPS并聯(lián)的目的是為了大大提高供電系統(tǒng)的可靠性，它往往使用在特別重要的場(chǎng)合，如通信

10、、衛(wèi)星發(fā)射中心、石油、化工、電力、鋼鐵、金融和廣播電視等系統(tǒng)中，這些系統(tǒng)停電會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此要求供電系統(tǒng)的絕對(duì)可靠。 其運(yùn)行模式是：兩臺(tái)UPS均正常時(shí)，各承擔(dān)50%的負(fù)載；當(dāng)其中某一臺(tái)UPS故障，由另外一臺(tái)承擔(dān)100%的負(fù)載；當(dāng)兩臺(tái)UPS均故障時(shí)，市電經(jīng)靜態(tài)旁路開關(guān)直接對(duì)負(fù)載供電。,UPS1,UPS2,輸 入 配 電 屏,輸 出 配 電 屏,市電輸入,負(fù)載,交流電源線的計(jì)算與選擇,低壓交流導(dǎo)線截面計(jì)算方法，一般有： 安全載流量法 電壓損失法 機(jī)械強(qiáng)度法,交流電源線的計(jì)算與選擇,1、安全載流量法 各種絕緣導(dǎo)線，根據(jù)其絕緣的種類和敷設(shè)方法，允許長(zhǎng)期通過(guò)的最大電流，稱為安全載流量。 如果導(dǎo)

11、線中長(zhǎng)期通過(guò)的電流超過(guò)安全載流量時(shí)，導(dǎo)線就會(huì)過(guò)熱而使絕緣損壞。,交流電源線的計(jì)算與選擇,從交流屏到各種用電負(fù)荷的電流可按以下公式計(jì)算： 單相負(fù)荷： I=P*1000/(U*cos） 式中：I單相用電負(fù)荷電流（A） P用電設(shè)備額定功率（KW） U交流單相電壓（220v） cos用電設(shè)備功率因數(shù) 三相負(fù)荷： I=P*1000/(sqrt(3)*U*cos） 式中：I用電負(fù)荷相電流（A） U交流三相電壓（380v）,交流電源線的計(jì)算與選擇,與功率有關(guān)的幾個(gè)概念： 視在功率：SU*I 有功功率：P=U*I* cos 無(wú)功功率：Q=U*I*sin 三者之間的關(guān)系：S2P2+Q2 PS* cos Q=S*

12、sin ,交流電源線的計(jì)算與選擇,Whats 功率因數(shù)（Power Factor）？ 表示設(shè)備的用電效率，即有功功率在總的視在功率中所占的比例。 cos=P/S 或從另一個(gè)方面理解就是：電壓與電流之間的相位夾角。,交流電源線的計(jì)算與選擇,提高功率因數(shù)的意義： 使供電系統(tǒng)內(nèi)的電源設(shè)備容量得到充分利用； 減小了電力網(wǎng)中傳輸線路上的有功功率的損耗； 減小了供電線路上的電壓損失。,交流電源線的計(jì)算與選擇,提高功率因數(shù)的方法： 其途徑主要在于如何減少交流供電系統(tǒng)中的無(wú)功功率，特別是負(fù)載的無(wú)功功率。 具體方法很多，主要分為： 提高自然功率因數(shù)的方法 提高功率因數(shù)的補(bǔ)償法 無(wú)源補(bǔ)償（靜態(tài)補(bǔ)償）：移相電容器

13、有源補(bǔ)償：功率因數(shù)校正電路PDC,交流電源線的計(jì)算與選擇,計(jì)算舉例： 一臺(tái)2KW的服務(wù)器的交流引入線該選擇多大的線徑？ 解：根據(jù) I=P*1000/(U*cos） 代入P2，U220， cos=0.7（計(jì)算機(jī)類的非線性負(fù)載一般取0.7） 得：I13A 查導(dǎo)線載流量表可知：需選擇3*2.5mm2電源線。,交流電源線的計(jì)算與選擇,直流電源線,交流電源線,交流電源線的計(jì)算與選擇,2、電壓降損失法 當(dāng)供電線路較長(zhǎng)、負(fù)荷較大時(shí)，一般要用電壓損失法對(duì)所選擇的電力導(dǎo)線截面進(jìn)行驗(yàn)算，以便得知用電設(shè)備電源輸入端的電壓情況。 計(jì)算公式如下：UKG*PL/(Cr*S) 式中： U允許的電壓損失，占額定電壓的百分?jǐn)?shù)

14、P用電設(shè)備的功率（KW） L用電設(shè)備至電源的導(dǎo)線長(zhǎng)度（m） KG 導(dǎo)線電感對(duì)電壓損失影響的校正系數(shù) Cr 導(dǎo)線電阻率對(duì)電壓損失影響的修正系數(shù) S導(dǎo)線截面積（ mm2）,交流電源線的計(jì)算與選擇,2、電壓降損失法 利用計(jì)算結(jié)果，看回路壓降百分?jǐn)?shù)是否符合規(guī)定。 通信設(shè)備電源線路：設(shè)計(jì)的允許電壓損失U=35,交流電源線的計(jì)算與選擇,3、按機(jī)械強(qiáng)度法選擇 用安全載流量法和電壓損失法選擇好導(dǎo)線截面以后，還要根據(jù)導(dǎo)線使用場(chǎng)合敷設(shè)方法，看它是否符合機(jī)械強(qiáng)度的要求。根據(jù)機(jī)械強(qiáng)度的要求，架空裸絞線一般允許最小截面積為1635mm2。,直流電源線的計(jì)算與選擇,根據(jù)允許電壓降計(jì)算選擇直流供電回路電力線的截面，一般有三

15、種方法，即： 電流矩法 固定分配壓降法 最小金屬用量法,直流電源線的計(jì)算與選擇,1、電流矩法 采用電流矩法計(jì)算導(dǎo)體截面，是按容許電壓降來(lái)選擇導(dǎo)線的方法。它以歐姆定律為依據(jù)。在直流供電回路中，某段導(dǎo)線通過(guò)最大電流時(shí)，根據(jù)歐姆定律，該段導(dǎo)線上由于直流電阻造成的壓降可按下式計(jì)算： UIRILSILs 式中： U導(dǎo)線上的電壓降（V） I流過(guò)導(dǎo)線的電流（A） R導(dǎo)體的直流電阻（） 導(dǎo)體的電阻率（ .mm2/m） L導(dǎo)線長(zhǎng)度（m） S導(dǎo)體截面積（mm2） 導(dǎo)體的電導(dǎo)率（ m/ .mm2 ）,直流電源線的計(jì)算與選擇,1、電流矩法（續(xù)） 導(dǎo)體的電導(dǎo)率是其電阻率的倒數(shù),不同材質(zhì)的電導(dǎo)率也不相同,例如：r銅57，r鋁34 整個(gè)供電回路的最大允許壓降，是根據(jù)通信設(shè)備要求得允許電壓變動(dòng)范圍和采用蓄電池浮充供電時(shí)的浮充電壓、合理的放電終止電壓以及加尾電池調(diào)壓時(shí)的電壓變動(dòng)情況等規(guī)定的。 由于上述計(jì)算導(dǎo)線截面的方法中常常用到電流與流經(jīng)導(dǎo)體長(zhǎng)度的乘積，即所謂的電流矩，故上述計(jì)算方法習(xí)慣