UPS基础及原理介绍.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,UPS,基础及原理介绍,目录,电气基础交流,UPS,原理和分类,UPS,供电系统介绍,主要,UPS,厂家产品介绍,1.,电气安全,2.,电气基本概念,3.,电气变换种类,4.,常用器件,5.,接地型式,电气基础交流,电气伤害：,触电是,指人体组织接触电流形成回路，触电的致命因素是,电流,。,欧姆,定律表明电流与承受的电压成正比，与电阻成反比。,另外触电事故可能会伴随电弧及烧伤。,触电因素：,二个影响人身,的因素：包括接触的时间和电流的路径。,电流强度 受伤害的程度与流过人体的电流密切相关。,触电造成的伤害包括,:,无法随意活动；对身体的实际伤害：重要的器官动作受损或造成窒息；对身体的内在伤害；心肌颤动。,电气安全,电气安全,防护措施：,第一个是对下电设备操作的必备策略。,一定要用一块在带电设备上校对过（已知值）的万用表对要操作的电路进行检测。,第二个策略是要在带电操作时使用适当的安全装备和流程。,第三个策略是接地：这是次级保护措施。,“地”是指导体接地，通常指大地面。用作一个名词,是通过导电连接（不管有意无意），将带电设备连接到大地和地面。,绝缘,一个确保不碰到带电线路或设备的方法是绝缘。,绝缘体指任何对电流有高阻抗的物质。当员工在对带电设备进行操作的时候，在接入电源前，检查绝缘确保没有裸露的电线。,电气安全,交流电,Alternative Current,，简称“,AC,。一般指大小和方向随时间作周期性变化的电压或电流。它的最基本的形式是正弦电流。,直流电,Direct Current,，简称,DC,，一般指方向不随时间变化的电压或电流。,电气基本概念,电气基本概念,下述波形是交流电还是直流电？,电气基本概念,电压,-,单位正电荷,q,从电路中一点移至另一点时电场力做功的大小，单位,V(,伏,),，,kV,、,mV,、,V,电流,-,带电粒子有规则的定向运动，在单位时间里通过导体任一横截面的电量叫做电流强度，单位,A,（安培），,kA,、,mA,、,A,阻抗,-,在具有电阻、电感和电容的电路里，对电路中的电流所起的阻碍作用叫做阻抗。其中电容在电路中对交流电所起的阻碍作用称为容抗,电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为感抗，电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗。阻抗的单位是欧姆,。,Z=R+j(,L1/,（,C,）,)=R+j,（,XL-XC,）,（有功）功率,-,单位时间内电场力所做的功，单位,W(,瓦,)(Watt,，瓦特,),电能,-,在一定的时间内电路元件或设备吸收或发出的电能量，通常单位是“度”，它的学名叫做千瓦时，符号是,kWh,。,电气基本概念,谐波,是指周期性波形中所含有的频率为基波的整数倍的量,一般是对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其大于基波频率的电流产生的电量,总谐波失真（,THD,）,输出的各次谐波总有效值和基波有效值之比。,视在功率,电压有效值跟电流有效值的乘积，单位是伏安（,VA,）,功率因数,-,为给定负载两端的有功功率,(kW),和视在功率,(,kVA,),之比,效率,输出有功功率对输入有功功率的比值,电气基本概念,交流 直流,整流变换,直流 交流,逆变变换,高压 低压,降压变换,低压 高压,升压变换,电气变换种类,整流基础,整流基础,整流基础,整流基础,整流基础,整流基础,整流基础,整流基础,整流基础,无源器件：,电阻,消耗电能，电压电流同相位,电感,产生磁场储存磁场能量，通直流阻交流，电流滞后电压,电容,产生电场储存电场能量，通交流阻直流，电流超前电压,半导体功率器件：,常用器件,常用器件,二极管,不可控 频率低,可控硅,半可控 电流驱动,MOSFET,全控 电压驱动 功率小,IGBT,全控 电压驱动,常用器件之二极管,R,L,u,i,u,o,u,i,u,o,t,t,二极管,:Diode,具有单向导电性，用于整流、检波、钳位、变容等电路中，在二极管整流电路中，输入交流电压，输出端得到直流电压。,不控型器件：开通、关断均不控,常用器件之二极管,二极管的一般分类：,按材料,硅二极管,锗二极管,砷化镓二极管,碳化硅二极管,按工艺,PN,结型二极管,肖特基二极管,按功率,信号二极管,功率二极管,按工作频率,普通二极管,开关二极管,快恢复二极管,快速软恢复二极管,按功能,整流二极管,稳压二极管,常用器件之晶闸管,SCR:Silicon,Controlled Rectifier,晶体闸流管 或,Thyristor,半控型器件：开通可控，关断不控,常用器件之晶闸管,可控硅整流原理,:,常用器件之,IGBT,什,么,是,IGBT?Insulated,Gate,Bipolar,Transistor,绝缘栅型双极型晶体管,全控型器件：开通可控，关断可控,常用器件之,IGBT,器件特点：,高输入阻抗；,电压型控制器件，驱动功率小；,开关速度快、工作频率可达10-100,KHz,；,饱和压降低（相比,MOSFET,小得多）；,电压、电流容量较大，安全工作区较宽。,通常反向集成体二极管,PFC,工作原理,整流基础,整流基础,整流器类型：,SCR,IGBT,主要差异：,功率因素,输入谐波,储能装置,飞轮,飞轮,UPS,作为一种电能储存方式,可提供几秒到几分钟的电能,电池,(1),Vented,VRLA,(2),Nicd,储能装置,镍镉,Nicd,铅酸,VRLA,备注,容量标称,C5,C10,开口电压,1.2V,2V,浮充电压,1.4V,2.23-2.27V,Floating,均充电压,1.45V,2.3-2.4V,Equalize,充电电流,0.2C5,0.1-0.2C10,Boost,终止电压,1-1.14V,1.67-1.8V,寿命,15-20,年,5-10,年,温度适应性,好,差,逆变基础,冲量等效原理,大小、波形不相同的窄脉冲电压作用于,L,、,R,电路时，只要脉冲电压的冲量相等，则他们形成的电流响应就相同。因此，要使图示的,PWM,电压波在每一个时间段都与该时段中正弦电压等效，除每一时间段的面积相等外，每个时间段的电压脉冲还必须很窄，这就要求脉波数量很多。,如果按同一比例改变所有矩形脉冲的宽度，则可成比例地调控输出电压的数值。这种控制逆变器输出电压大小及波形的方式被称为正弦波脉宽调制方式,SPWM,。,逆变基础,中大功率,UPS,而言，通常定义额定输出容量时都标明输出功率因数滞后,0.8,的条件，也就是说，在其它某些负载功率因数下，,UPS,有可能不能输出额定的的标称功率。这主要与,UPS,逆变器输出的滤波器呈容性有关。大多数厂家也都会相应地给出在线性负载下不同负载功率因数对应的,UPS,能够输出的容量值,.,逆变基础,各种负载功率因素的功率折算,(KVA),UPS:380V 50HZ,UPS,额定输出功率,（,KVA,）,80,120,160,200,滞后,0.6,80,120,160,200,0.7,80,120,160,200,0.8,80,120,160,200,0.9,76,114,152.5,191.1,1,66,99.2,134.2,169.2,超前,0.9,57.7,86.4,118.1,149.8,0.8,54.8,82.1,112.6,143.1,0.7,52.9,79.2,108.9,138.7,0.6,51.5,77.1,106.3,135.5,各种负载功率因数下的功率折算（,KVA,）,UPS,：,400V 50Hz,UPS,的额定输出功率（,KVA,）,40,60,80,100,120,160,滞后,0.6,40,60,80,100,120,160,0.7,40,60,80,100,120,160,0.8,40,60,80,100,120,160,0.9,37,55,74,92,110,147,1,30,45,60,75,90,120,超前,0.9,24,36,48,60,72,96,0.8,22,33,44,55,66,89,0.7,21,32,42,53,64,85,0.6,20,30,40,50,60,81,Galaxy,Hipulse,静态开关,切换开关类型：,接触器,晶闸管,切换类型：,（,1,）同步切换,（,2,）不同步切换,接地型式,建筑工程供电使用的基本供电系统有三相三线制三相四线制等，但这些名词术语内涵不是十分严格。国际电工委员会（,IEC,）对此作了统一规定，称为,TT,系统、,TN,系统、,IT,系统。其中,TN,系统又分为,TN-C,、,TN-S,、,TN-C-S,系统,。,第一个字母表示电源端与地的关系,T,（法文,Terre,）电源端有一点直接接地；,I,（法文,Isoland,）电源端所有带电部分不接地或有一点通过阻抗接地。,第二个字母表示电气装置的外露可导电部分与地的关系,T,（法文,Terre,）电气装置的外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点；,N,（法文,Neutre,）电气装置的外露可导电部分与电源端接地点有直接电气连接。,短横线后的字母用来表示中性导体与保护导体的组合情况,S,（法文,Separateur,）中性导体和保护导体是分开的；,C,（法文,Combinaison,）中性导体和保护导体是合一的,接地型式,TN-S,TN-C,接地型式,TN-C-S,TT,IT,目录,电气基础交流,UPS,原理和分类,UPS,供电系统介绍,主要,UPS,厂家产品介绍,负载,蓄电池,UPS,什么是,UPS？,交流不间断电源,市电,作用：,不间断供电,净化供电,UPS Uninterruptible Power System,利用电池化学能作为后备能量，在市电断电等电网故障时，不间断地为用户设备提供（交流）电能的一种能量转换装置。,高可靠性不间断,供电,基本功能,供电稳压,、净化,功能,提高供电可靠性的需求,电池管理,功能,电池是,UPS,系统中重要的一环,智能监控,功能,满足维护管理的需求,UPS,的功能,污染的电网,服务器数据丢失,磁盘阵列损坏,计算机死机,路由器停止工作,网络传输误码率增加,数据传输速度低下,。,电网问题对设备的危害,UPS,的发展历程,市电正常时：市电一电动机一发电机组,负载,市电异常时：,飞轮,发电机组,负载,柴油发电机,负载,飞轮储能，飞轮惯性很大，实现贮能,特点：,运行稳定可靠，维 护简单方便,笨重，效率低，噪声大，操作控制不灵活,飞轮,UPS,旋转型,可控硅,UPS,静止型,可控硅组成电能变换电路，用蓄电池作为贮能元件，,当市电发生断电时由蓄电池代替整流器向逆变器供电,特点：,重量轻，效率高，噪声小，操作控制灵活等,过载能力差，系统结构较复杂，维护技术要求高,大电流可控硅频繁工作污染电网，干扰其他用户,巨型功率晶体管,(UR),，功率场效应晶体管,(,MosFET,),，绝缘栅双极晶体管,(IGBT),UPS,的分类,按供电体系不同，,UPS,分为,单进单出,UPS,三进单出,UPS,三进三出,UPS,按输出功率不同，,UPS,分为,小功率（30,kVA,）,按变压器特点不同，,UPS,分为,高频,UPS（,高频机）,工频,UPS（,工频机）,按工作原理不同，,UPS,分为,后备式,UPS,在线互动式,UPS,在线式,UPS,UPS,的分类,后备式,UPS,工作原理,特点,市电正常时逆变器不工作,切换时间,长,负载,逆变器,电池组,充电器,175264,V,功率等级0.25-2,KVA,左右,市电,山特,K500,型,特点,逆变器与充电器合二为一,实现分段稳压,互动式,UPS,工作原理,双向,变换器,市电正常整流,停电逆变,264-276,V,150-175,V,175-264,V,功率等级0.7-20,KVA,左右,电池组,负,载,市电,UPS-1100CA,特点：,正常情况下逆变电路始终处于工作状态,功率等级0.71500,KVA,逆变器,整流器,市电,电池组,负载,切换,开关,在线式,UPS,工作原理,三种,UPS,比较,后备式,在线互动式,在线式,逆变器状态,后备,热备,工作,输出,电能质量,低,中等,最高,切换时间,512,ms,4,ms,0,成本,低,中等,较高,！后面的介绍都只针对于在线式,UPS,在主路市电正常时，,UPS,一方面通过整流器、逆变器给负载,在线提供高品质交流电源；另一方面通过整流器为电池充电，将,能量储存在电池中，如图：,市电逆变工作模式：,在线式,UPS,工作模式,当主路市电掉电或不正常时，系统自动无间断地切换到电池,工作模式，由电池逆变出用户所需的三相四线交流电源向负载供,电。市电恢复后系统自动无间断地恢复到正常工作模式，如图：,电池逆变工作模式：,在线式,UPS,工作模式,旁路工作方式有两种，一种能自动恢复到正常工作模式；另一种需人工干预才能回到正常工作模式。,在逆变器过载延时时间到、逆变器受大负载冲击等情况下，系统自动无间断切换到静态旁路电源向负载供电。在,UPS,恢复正常后，系统自动恢复正常供电方式。,当用户关机，或主路市电掉电（或不正常）且电池储能耗尽，或发生严重故障等情况下，逆变器关闭，系统会停留在旁路工作模式。此后若需恢复到正常工作模式，则需要用户重新开机,，如图：,静态旁路工作模式：,在线式,UPS,工作模式,旁路,旁路输入范围,同步要求,负载要求,同源与否,整流工作方式,相序,正相序,并机同相序,需要对,UPS,电源及电池等进行全面检修或设备故障需维修时，可以通过闭合维护开关,Q3BP,，,将负载转向维修旁路直接供电，以实现对,UPS,不停电维护。维修需要断开,UPS,内部的主路、旁路输入电源和电池输入开关以及输出开关，实现,UPS,内部不带电而对负载仍然维持供电的维修工作模式,，如图：,维修工作模式：,在线式,UPS,工作模式,1、数字控制技术,模拟控制单片机控制,DSP,控制,数字,PID,控制 全数字矢量控制,2、,UPS,冗余技术,交替串联热备份,技术 单机,/并机软件硬件兼容技术,分散式直接并联,技术 数字,并联技术,3、,UPS,防护技术,专业防雷技术,集中式风道技术,瞬态短路电流限定技术,UPS,发展趋势,5、绿色电源技术,功率因数校正技术,12脉冲整流技术,隔离变压器技术,电磁兼容技术,4、高频开关技术,晶闸管绝缘栅双极晶体管（,IGBT）,工频整流技术高频整流技术,简单高频逆变数字化高频逆变技术,UPS,发展趋势,6、电池自动管理技术,均浮充转换和温度补偿,电池放电终止电压自动调节,市电和电池联合供电技术,电池容量检测和寿命预估技术,电池自动巡检技术,7、网络监控技术,中文视窗技术,多数量,UPS,监控,安全监控技术,多协议、跨平台监控技术,UPS,发展趋势,双变换技术,AC DC,整流,DC AC,逆变,双变换技术,一、,整流器,功能,AC DC,充电器,缓启动/功率爬升,主要组成,整流桥,DC,滤波电容,PFC,功率因数校正电路,双变换技术,种类,二极管整流,SCR,整流,IGBT,整流,双变换技术,1、二极管整流,特点,全导通角，无法调整整流后的电压幅值,双变换技术,2、,SCR,整流,特点,通过控制,SCR,导通角来控制导通时间，从而控制输出的直流电压,双变换技术,三相全桥,SCR,整流,特点,降压,整流，结构简单，控制易实现，可靠性高,双变换技术,3、三相,IGBT,全控整流桥,特点,PFC,升压整流，高输入功率因数,双变换技术,二、逆变器,功能,DC AC,保证为负载提供洁净的电源,组成,IGBT,三相逆变桥,AC,输出滤波电容,控制逻辑电路,输出变压器（,transformer-base/transformer-less,）,双变换技术,单相半桥逆变电路,双变换技术,SPWM,调制波的产生,定义,SPWM（,正弦波脉冲宽度调制）调脉冲宽度来控制输出电压稳定,逆变器控制信号,SPWM,波,双变换技术,S,R,+,R,N,T,R,S,S,T,T,_,三相半桥逆变器,电池,管理,T1,为恒压均充阶段，,T2,为浮充阶段，,T3,为电池逆变供电阶段，,T4,为限流均充阶段,电池充放电管理功能,UPS,电池,注意,事项,电池可用相同的多组（小于5）并联；,电池需外接开关,，电池开关要满足相关要求,。,电池到,UPS,的距离尽可能近。,尽量使用电池架，便于以后维护电池。,output,-,-,Mains,UPS,常见部件,防雷器,接触器,熔断器,电感,变压器,电容器,磁环,电流互感器,电池开关,浪涌抑制器,防雷器,UPS,内置,D,级防雷器，指示灯亮为正常。故障更换前，请检查上级（,C,级）防雷器或浪涌抑制器。,接触器,电池接入,延时启动,交流接入,熔断器,熔断器,检测触点,变压器,电容器,直流电容,交流电容,停机后仍可能带电！,磁环、霍尔元件,磁环（抑制谐波）,霍尔元件（测直流电流）,开关,Q4,、,Q5,标注不同，都是输出开关。,主路输入,旁路输入,维修旁路,输出,电池开关,UPS,主要参数,输入特性,输入电压范围,：典型,10%,（一般可设置）,旁路允许电压范围,：典型,10（一般可设置）,输入频率允许范围,：,通常,5,输入功率因数,：,UPS,作为电网负载的功率特性,输入电流谐波分量,：,UPS,回馈给电网的谐波电流,UPS,主要参数,输出特性,稳态电压精度：大型为1%，中小型为2%。,输出瞬态特性：大型5%，中小型8%。,输出过载能力：（如：过载125%5,min;150%10S),输出功率因数：,典型,0.8,、,0.9,、,1.0,输出电压畸变（,THD）：,典型3%以内。,频率跟踪范围：50,HZ,2Hz,考虑到负载启动时的冲击，最佳负载容量应为,UPS,容量的70%80%。,UPS,主要参数,系统特性,系统效率：满载时效率,92%,到,97,%,。,不同负载率下的效率曲线。,不同负载率下输入端的无功。,零地电压。,目录,电气基础交流,UPS,原理和分类,UPS,供电系统介绍,主要,UPS,厂家产品介绍,冗余技术主从串联热备份,用于中小功率，易于安装调试，没有扩容能力，从机电池寿命,缩短，,对单机抗阶跃负载能力要求高,冗余技术并机冗余供电,全部交流负载集中供电，由各台,UPS,平均,分担,，可靠性高,各台,UPS,的旁路和输出分别并接在一起,主路可以采用不同的输入,交流电,控制复杂，成本较高,冗余技术双母线供电,冗余技术,三总线,供电,目录,电气基础交流,UPS,原理和分类,UPS,供电系统介绍,主要,UPS,厂家产品介绍,功率(,kVA),主要型号,Hipulse,20/30/40/60/80/100/120/160/200/300/400/500,80/120/160/200/300/400,10,20,80/100/120/160/200/300/400/500,60,30,120,200,800,80,500/600/800,Hipulse,U,NXL,20/30/40/60/80/100,UL33,艾默生,UPS,系列,工频,机,30/40/60/80,UL31,Industry,3X1,10/15/20/30/40/60/80,Industry,3X3,功率(,kVA),主要型号,NXE/F,NXA,NXR,10/15/20/30,30/40/60/80/100/120/140/160/200,30/40/60/90/120/160/200,10,20,250/300/400,60,30,120,200,800,80,500/600/800,APL,NX,150/300,APM,艾默生,UPS,系列,高频,机,100/200/300,EPM,30/40,NXC,Galaxy VM,高频高效的,160/200K,Galaxy 7000,高频的,250/300/400/500K,Galaxy 5500,高频的,Galaxy 5000,高频的,Galaxy 300,高频的,20-80K,Galaxy 9000,工频的,800/900K,Galaxy 6000,工频的,250/500K,Galaxy PW,工频的,150-225K,）,Symmetra,MW,模块化,UPS,Symmetra,PX,模块化,UPS16-500K,施耐德,UPS,系列,Eaton 93PM,高频高效的,20-50K,Eaton 93PR,高频高效的,25-1600K,Eaton 93E,高频的,15-400K,Eaton 9390,高频的,40-160K,Power,Xpert,9395,高频的,200-1100K,ARRAY 3A3 Pro,模块化的,15-150K,伊顿,UPS,系列,Modulys,Green Power,模块化,UPS,Modulys,Green Power2.0,模块化,UPS,Green Power2.0,高频高效,UPS,DELPHYS MX,工频的,250-900K,DELPHYS MP,工频的,80-200K,DELPHYS MP Elite,工频带,IGBT,整流的,80-200K,索克曼,UPS,系列,国内各厂家,UPS,系列,华为,HUAWEI,5000,系列 模块化,UPS,中达,DELTA,NT,工频的,UPS,ModulON,（,HIFT,及,DPH,）,模块化,UPS,科华,KELONG,科士达,KSTAR,易事特,East,