UPS设计培训讲义

UPS培训讲义 二00六年八月 一、引言   随着网络应用的逐渐普及，特别是互联网规模的日趋扩大，UPS在网络与电子商务飞速发展的年代里迎来了它的黄金时期。网络时代的UPS产品已经由独立的外设产品发展成为整个计算机和网络系统不可分割的一部分。与此同时对UPS自动化、智能化和网络化的要求也越来越高，这种需求为UPS的蓬勃发展奠定了基础,并为UPS提供了广阔的使用空间。 二、UPS概述 1、UPS基本功能 高可靠不间断供电、高质量供电――――错误概念――――电网问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 2、分类 3、几种结构形式UPS的基本原理及特点 （1）后备式 后备式UPS如图所示，是静止式UPS的最初形式。其应用广泛，技术成熟，电路简单，价格低廉，一般只适用于小功率范围。 后备式UPS （2） 在线互动式 在线互动式UPS如图所示。“在线”的含义是逆变器工作，但不输出功率，处于热备份状态，同时兼顾对蓄电池充电，增大了UPS在市电正常时的功率容量，并且减少了在市电中断时的转换时间，提高了输出电压的滤波作用，属于并联功率调整方式，输出功率多在5kVA以下。 在线互动式UPS （3）双变换在线式 双变换在线式UPS如图所示。传统双变换在线式，特别是大功率UPS，目前仍多采用这种电路结构，属于串联功率传输方式。 双变换在线式UPS方框图 三、UPS配置 （一）UPS的选型 1、选择UPS的若干考虑： 根据自己的要求和可能，一般考虑三个因素 产品的技术性能 产品可维护性 产品价格 2、负载容量、功率因数对选型的影响 3、电池后备时间对选型的影响 4、集中与分散供电 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 对选型的影响 （二）如何考虑UPS的容量与连接方式 1、容量：根据负荷量确定，为延长UPS使用寿命，一般推荐负荷量占UPS输出功率的60～70％为宜。且尽可能选用单台大容量UPS。 2、连接方式：为确保供电可靠，可采用冗余配置 主从“热备份”冗余 “1＋1”型直接并机冗余 多机直接并机冗余 （三）选择UPS的注意事项 1、不要简单地以结构形式确定优劣 2、重视UPS对电网的适应性与电力污染问题 3、重视对UPS输出能力和可靠性的考察 （四）容量计算 1、UPS系统容量估算 式中n（安全系数）取1.2～1.5，m（余量系数）取1.15～1.2。 2、油机发电机组容量选择 油机发电机组容量一般为UPS系统容量的1.2～1.5倍。 3、蓄电池组容量估算 （1）计算电池放电电流 （2）计算电池组容量 K为容量系数，与用户要求的放电时间T有关，如表1-2所示。 表1-2 容量系数K与用户要求的放电时间T关系 T（h） 0.5 1 2 3 4 5 6 8 9 10 K 1.43 2 3.28 4 5.06 6.02 6.74 8.51 9.28 10 四、UPS发展 1、小型化。 由于功率器件的工作频率的提高，在UPS中采用体积更小、重量较轻的高频铁氧体磁芯变压器来代替硅钢片变压器，特别是在小型UPS电源中普遍采用无逆变器输出变压器 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 方案后，使得小型UPS得以向体积小、重量轻、噪音小的方向发展。    2、高效率。 节能；寿命。永恒的话题 3、引用柔性切换技术。 为了有效的提高效率，减少UPS的尺寸与重量，高频化设计式必要的。但由于开关元件的非理想性导致进一步高频化的困难。主要表现在：     （1）在开关器件导通和断开过程中，电压电流重叠产生开关损耗，即开关损耗随开关频率的提高而增大； （2）电路的寄生电感和寄生电容在高频时产生严重的电压尖峰(spirevoltage)和浪涌电流(surgecurrent)。尖峰电压和浪涌电流将导致开关应力增大，有可能损坏开关器件，是电源噪声的主要来源。一般需要接入吸收回路加以消除，但吸收回路会消耗能量，降低电源的效率。 实质上，高频化时需要着重解决的问题是：实现开关器件的零电压或零电流开关条件，即引用柔性切换技术（软开关），以尽可能减小开关损耗，消除开关浪涌。柔性切换技术按切换时开关的状态可分为ZCS、ZVS及ZCS_ZVS，以其被肯定的优点，已广泛应用于高频开关整流器，相信在不久的将来会被广泛应用于UPS。 4、UPS的绿色化　　　　 输入功率因数是一个重要指标。提高此项指标不仅可以降低线路损耗，节约电能，消除火灾隐患，还可以减少对市电的谐波污染，提高市电的供电质量，获得较大的经济效益及社会效益。传统提高输入功率因数的方法为无源功率因数校正技术，而现在发展为采用配置有输入功率因数校正的高频脉宽调制技术，采用这种技术的UPS输入功率因数一般都可被提高到0.99以上，可使UPS电源的输入电压和输入电流在几乎同相位的条件下，其输入电流波形也呈现为正弦波。这样，就可在大大提高对电能利用率的同时，消除传统的UPS电源对市电电网所产生的谐波干扰和污染，加强抗电磁干扰能力，降低辐射干扰，从而引出绿色无污染UPS的新概念。此外，高频脉宽调制技术在UPS的整流滤波电路上的利用，大大提高了UPS电源对市电电网电压波动的适应能力。传统的UPS允许的市电电压的范围可以波动20%，然而采用高频脉宽调制技术的UPS的市电输入范围可达25%左右。 5、冗余技术　　 在UPS的应用中，用户为了提高运行中的可靠性，往往要求几台UPS冗余连接。UPS的冗余数目，从理论上讲是是否越多越好，但在实际应用中并非如此简单，单输出均流这一项指标就带来好多问题。在三相UPS中，若作到均流，就必须保证并联的各UPS的对应相电压和相位保持在一个最小的误差值，并联台数越多，越不易达到一致，即使当时达到了一致，随着时间的推移、温度的变化，尘埃的侵入，器件的老化，冷却系统造成的振动以及湿度和腐蚀性气体的破坏等等因素都时刻在破坏着这种平衡，当并联台数达到一定数量后，可靠性开始降低，这就是从量变到质变。单从理论推导出来的结论是在一定的理想条件下作出的，它和实际一直在变化着的情况是有距离的。　　 就目前的UPS制造技术和工艺水平而言，已可使UPS的故障率大大降低。例如：中、小型UPS平均无故障工作时间（MTBF）已做到5～14万小时，对大型UPS而言，它的MTBF可达24万小时以上。然而，即使对于这样高质量的系统，也不能确保它的故障率为零。在UPS中可采用具有容错功能的冗余配置方案来解决这个问题。所谓“容错”特性，是指在整个UPS供电系统中，如果因故造成个别机器出故障时，该UPS供电系统自动将有故障的机器“脱机”进行检修的同时，整个UPS供电系统必须继续向用户提供高质量电源。由于在冗余式UPS供电系统中，采用了多台UPS组合起来共同承担向负载供电的任务，因此如何正确地解决好多台UPS输出的交流电源以同频率、同相位和同幅度的方式运行是能否成功地实现多台UPS冗余供电的关键。就目前所掌握的资料来看，有如下几种冗余配置方案可供选择：主机－从机型的“热备份”UPS供电方式；直接并联供电方式；双总线冗余供电方式。  6、全数字化　　 　模拟系统存在元器件数量大、分散性强、不利于生产与调试的缺点，且具有漂移、老化等不良特性，系统可靠性难以提高。而高档微处理器和数字信号处理器（DSP）的数字化控制，则具有很强的数据、逻辑运算能力，可以实现一些复杂的先进算法和智能算法，这些功能在模拟系统中是不敢企及的。 功率MOSFET及IGBT的问世为UPS开拓出一条光辉灿烂之路，使UPS技术步入崭新的时代——全数字化时代。 　　　　 首先,UPS的输入部分取消了用于与市电隔离的工频变压器或为降压用的自耦变压器,而采用SPWM技术实现整流高频化（AC/DC）。一方面减少直流侧滤波器尺寸，改善直流侧调节性能,提高市电电压允许变化范围；另一方面在控制技术中采用数字信号处理器DSP （DIGITAL SIGNAL PROCESSOR）控制，使输入电流正弦化，并与市电电压同相，从而实现UPS高输入功率因数（PF≈1），消除对市电的谐波“污染”，达到环保目的，大幅度减少无功损耗，明显降低了运行成本。 　　　　其次，取消了UPS逆变器中的工频变压器，用高频变压器来实现UPS与市电的隔离，而UPS的输出级采用SPWM变换方式(不用变压器直接逆变)输出工频电压。逆变器中的功率MOSFET或IGBT工作频率在20KHZ以上，因此输出滤波器小而简单，而且输出的正弦波非常光滑。 　　　　 对于UPS内部的蓄电池组采取高频变换降压方式（DC/DC）充电，当市电停电，UPS转换为由蓄电池给逆变器供电时亦采取高频变换降压方式（DC/DC）实现。 　　　　 在逆变器控制电路中采用正弦波直接反馈技术，使其调节高速化，远远优于传统式模拟反馈技术，再加上小的输出滤波器和20KHZ以上的SPWM调制，使UPS动态响应特性非常好。在逆变器保护电路中采用性能优良的过流保护技术，使逆变器不仅具有较强的过载能力，允许100％负载不平衡（指三相逆变器），而且具有强有力的自身保护。也正是在上述条件保证下，抛弃了传统式逆变器输出变压器，不仅噪音低而且效率高。全数字化UPS是新一代UPS，它具有高质量、高可靠、高指标、多功能等特点。 DSP技术的优势在于具有良好的自我诊断功能，能迅速地排除故障，大幅度地减少零件的数量，从而大大降低因元器件而造成的系统故障，提高其可靠性，并且运算控制更简单、准确、完美，同时DSP技术的引入也极大地推动了并联技术的发展。采用数字控制的系统则很容易实现与计算机网络的通讯，可以通过网络对关键器件进行有效的监视，对已发生的故障有冗余措施处理。随着高速、廉价的数字信号处理器DSP的出现，在线式UPS全数字化的实现已经成为可能。全数字化更易实现计算机的处理和控制，避免模拟信号传递的畸变、失真，减少杂散信号的干扰，便于软件包的调试和遥控，也便于自诊断、容错等技术的植入。由于将网络通讯和电源监控软件调控技术进行了完善的结合，全数字化在线式UPS将成为UPS发展的一种趋势。 7、智能化UPS 　　　 　UPS的智能化包括系统运行状态自动识别和控制、系统故障自诊断、蓄电池自动监测管理、智能化内部信息检测与显示等。UPS的异地远程监控包括系统专用远程监控控制盘、RS232/485通信口与监控PC机间的交互控制、将UPS系统作为网络的一个节点的网络交互控制等。 　　　 　UPS的智能化主要是通过系统的控制软件实现的。在系统运行状态识别与控制方面，通过内部传感器和状态逻辑及时识别系统所处的运行状态，判定系统运行程序和运行是否正常，主要包括以下几个方面： 　　 根据负载被切换到旁路的时间和次数以及切换时的输入输出参数等判定系统的运行模式即旁路运行还是主机运行、充电运行还是放电运行等。 　　 根据系统运行的状态参数识别外部指令，决定执行外部指令的方式，包括系统功能和运行参数的调整。 　　 快速准确的判定系统的故障状态并采取相应的故障处理措施，如封闭功率变换器、输出故障参数报警等。 　　 历史事件的记录并根据历史记录和当前运行参数预测蓄电池的后备时间等。 　　 智能化的人机对话控制操作面板包括图形显示等。 　　 并机系统的热待机到带载运行的自动判定与转换。所有这些都简化了外部操作程序，有效的防止了系统的误操作对系统自身和负载所带来的危害，提高了UPS的可靠性。UPS的智能化的另一个方面是通过运行于PC机内的监控软件实现的。通过RS232C等接口将UPS与PC机串口连接，并在PC机上运行相关平台的UPS监控软件，由PC机定时发送查询指令，UPS则在 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 的时间内返回运行参数信息。由PC机进一步对UPS的运行状态、故障的具体部位等进行判断，并在必要时对UPS发出指令进行运行干预和提醒现场维护人员。 8、网络化　　 在计算机网络及通信事业迅猛发展的推动下，当今的UPS已在大量引进微处理监控技术的基础上发展成为一种能在UPS和计算机网络之间建立起双向通信调控管理功能。UPS的网络化有两方面的含义。一是UPS及其监控系统与其所保护的负载——计算机或局域网络间的交互作用。当电源出现异常时，UPS内部的微控制器会及时把异常信息发送给它所保护的计算机或局域网，并由监控软件在相应计算机上发出告警信息，提醒操作员或网络管理员及时处理，并在UPS供电时间结束前自动中止计算机或局域网的运行，并将现场信息自动存盘，通过MODEM向有关人员发出EMAIL、BP-CALL等。在这个意义上UPS是其保护的网络的一个接点。另一方面的含义是把UPS当作广域网络的一个独立节点并装上通讯适配器，给UPS分配独立的IP地址。这样，网管员或被授权人可在网络的任何地方通过网络象管理计算机一样对UPS的情况进行实时远程监控，利用这种控制功能用户可在计算机网络终端上实时监控UPS的运行参数（例如：输入、输出的电压、电流和频率，UPS电池组的充电、放电和电压值显示，UPS的输出功率及有关的故障、报警信息）。此外，用户还可在计算机网络终端上对UPS的输出执行定时的自动开机、自动关机操作。在自动完成将程序和数据转入磁盘操作之后，再自动“关闭操作系统”。这样有序的关机操作，将确保用户的软件和数据的安全可靠。　　　 UPS生产厂家也可以直接通过网络了解分布在世界各地的UPS的运行情况，便于向用户提供系统诊断和维修等的售后服务，提高了服务的快速性和准确性。为实现上述控制功能，在目前市售的先进的UPS上可向用户提供RS232，DB9、RS485通信接口。对于要求能执行计算机网控管理功能的UPS来说，还应配置简单网络管理协议 SNMP （SINGLE NETWORK MANAGEMENT PROTOCOL）卡，才能配套运行。 9、完善的电池管理。 为提高UPS电源中的蓄电池的使用效率和延长使用寿命，引入以微处理器监控技术为主的电池管理系统，从而使电池监控系统变得更加完善。对电池的充电采用双重保护系统，配置有防止电池被过压充电和被过流充电的具有先恒流后恒压充电特性的充电电路。利用微处理器对UPS电源的实际后备供电时间进行可编程的定时自动检测和预报。在小型UPS中，一般利用位于前面板上的由发光二极管（LED）所构成的电池充电容量百分比显示器来观察电池的充电状态。当电池放电时，利用该电池剩余容量百分比模拟显示器来形象化地向用户展示电池组的实际运行状态。 五、结束语　　　　 UPS使用MOSFET及IGBT功率元件，使其走向高频化、小型化、高效率，也延长了蓄电池的寿命；采用冗余技术，进一步增强了UPS的容量和可靠性，而网络智能化UPS技术不仅提供完全可靠的网络电源管理，也为节能提供了一种最佳的解决方案。可以说UPS技术总的发展趋势是逐步向小型网络智能化和具有长延时方向发展，随着科技进步，UPS发展在不久的将来也将开辟一个更新的领域。 � � � _1179598768.unknown _1179599013.unknown _1179598343.unknown