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2009-11-19 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《upsppt》,可适用于工程科技领域

本章内容本章内容UPS发展概述UPS分类、各种UPS方框图以及主要性能和技术指标UPS逆变工作原理及主要电路技术UPS操作UPS电源供电系统的配置形式UPS日常维护本章重点、难点本章重点、难点本章重点UPS分类、各种UPS方框图以及主要性能和技术指标UPS电源供电系统的配置形式本章难点UPS逆变工作原理及主要电路技术本章的目的和要求本章的目的和要求掌握UPS分类、各种UPS方框图理解UPS主要性能和技术指标。掌握UPS电源供电系统的配置形式。理解UPS操作和UPS日常维护。了解UPS的发展历史及趋势。UPS的内容提要UPS的内容提要UPS组成UPS逆变工作原理及主要技术UPS操作UPS日常维护UPS电源供电系统的配置形式讨论题目前市电存在的一些问题目前市电存在的一些问题市电中断:市电中断通常是指市电输出零电压并持续两个周期以上。市电中断的原因主要有配电空气开关跳闸、供电回路短路、电源设备故障等等。电压浪涌:电压高于额定值且持续一个或多个周波称为电压浪涌。大功率用电设备的退出或者电网受雷击干扰均可能造成电压浪涌。电压波形下陷:但电源电压低于额定值且持续一个或多个周波称为电压波形下陷通常是由大功率用电设备的启很冲击造成。高压尖脉冲:由闪电、电子开关、电焊设备、静电放电等原因造成高压脉冲峰值电压可高达V持续时间一般为~个周波。瞬态高压:通常由雷电、电子开关、电焊设备、静电放电等原因引起电压峰值高达V持续时间为~个周波谐波干扰:由整流设备、电动机、继电器、通信设备、电焊机等产生的RFIEMI。频率漂移:频率漂移是指电源的频率不能稳定在额定值而是在额定值附近波动。企业备用发电机组和小型水电站输出的交流电源经常会出现频率漂移的现象。持续高低压:电网持续高压或者是持续低压主要是由于电网变压器或者是电力线路容量有限且电网变压器性能不佳电网负荷过大或者是电网负荷过小的原因造成。UPS发展概述UPS发展概述UPS的发展经历了初期的旋转型、年代可控硅静止型、年代巨型功率晶体管(UR)静止型到了年代绝缘栅双极晶体管(IGBT)制成的UPS其技术性能在不断提高在通信电源系统中的地位和重要性也在逐步提高现在已经成为通信电源日常维护的一个重点。UPS组成UPS组成UPS在市电供电时系统输出无干扰工频交流电。当市电掉电时UPS系统由蓄电池通过逆变供电输出工频交流电。UPS由整流模块、逆变器、蓄电池、静态开关等部件组成除此还有间接向负载提供市电(备用电源)的旁路装置。UPS分类UPS分类按输入输出相数分:单进单出、三进单出和三进三出UPS。按功率等级分:微型(<KVA)、小型(KVA~KVA)、中型(KVA~KVA)和大型(>KVA)。按电路结构形式分:有后备式、在线互动式、三端口式(单变换式)、在线式等。按输出波形的不同分:可分为方波和正弦波二种。UPS方框图UPS方框图现在的UPS电源工业可向用户提供如下几种类型的UPS电源品种:、后备式UPS、在线互动式UPS、三端式UPS、双变换在线式UPS、Delta变换型UPS、后备式UPS、后备式UPS特点:结构简单、价格便宜、噪声低但绝大部分时间负载得到的是稍加稳压处理过的“低质量”正弦波电源。、在线互动式UPS、在线互动式UPS特点:市电供电正常时负载得到的是一路稳压精度很差的市电电源市电不正常时逆变器充电器模块将从原来的充电工作方式转入逆变工作方式。这时由蓄电池提供直流能量经逆变、正弦波脉宽调制向负载送出稳定的正弦波交变电源。、三端式UPS、三端式UPS特点:为双磁分路结构每个初级绕组和次级绕组都有一个磁分路并接电容可与每一个磁路组成LC谐振回路当达到谐振点时构成饱和电感使次级工作于饱和区若初级输入电压变化时次级输出电压恒定不变实现了稳压的目的。、双变换在线式UPS、双变换在线式UPS特点:克服了市电质量差对其性能的影响市电中断时负载不会发生电源瞬时中断。、Delta变换型UPS、Delta变换型UPS特点:成功地将串联交流稳压控制技术与脉宽调制技术相结合共有四条供电通道向用户的负载供电。主要性能和技术指标主要性能和技术指标输入特性输出特性保护性能输入特性输入特性、输入电压范围指保证UPS不转入电池逆变供电的市电电压范围。在此电压范围内逆变器(负载)电流由市电提供而不是电池提供。输入电压范围越宽UPS电池放电的可能性减小这有益于电池使用寿命的延长。目前UPS输入电压范围一般为(-%~+%)Ue之间。、频率输入范围指UPS能自动跟踪市电、保持输出电压与输入电压同步的频率范围。UPS的输入频率范围一般为±HzYDT规定UPS的输入频率范围为±Hz。输入特性输入特性、输入功率因数输入功率因数高低是衡量是否对电网存在污染的一个重要电性能指标。输入功率因数低时不仅在吸取有功功率的同时还要吸收无功功率其结果增大了系统配电容量影响系统供电质量。、输入电流谐波因为可控硅的关断和开通UPS的输入电流中含有丰富的谐波成分它形成输入的无功功率是造成UPS输入功率因数低的一个重要因素。因此在电路设计时有的UPS加入了PFC电路。输入特性输入特性、输入频率范围指UPS能自动跟踪市电、保持输出电压与输入电压同步的频率范围。UPS输出电压对输入电压的跟踪主要是为了保证UPS在必须时能够顺利地进行旁路切换避免由于输入输出电压相差过大引起逆变器模块电源和交流旁路电源间出现很大的环流而损害。、频率跟踪速率指UPS在一秒钟内能够完成的输出频率变化范围。频率跟踪速度可以表征UPS对输入频率变化的适应能力特别是在柴油发电机供电的时候由于柴油发电机的频率稳定度不是很好如果UPS的频率跟踪速率过低UPS就会出现频率不同步告警控制电路就会禁止UPS进行旁路切换。输出特性输出特性.输出电压波形失真度指UPS输出波形中谐波分量所占的比率。常见的波形失真有:削顶、毛刺、畸变等。失真度越小对负载可能造成的干扰或破坏就越小。.输出电压稳压精度指市电逆变供电时当输入电压在设计范围内负载在满负荷内变化时输出电压的变化量与额定值的百分比。输出电压稳定程度越高UPS输出电压的波动范围越小也就是电压精度越高。.输出功率因数指UPS输出端的功率因数表示带非线性负载能力的强弱。负载功率因数低时所吸收的无功功率就大将增加UPS的损耗影响可靠性。输出特性输出特性.输出电流峰值因数指UPS输出所能达到的峰值电流与平均电流之比。一般峰值因数越高UPS所能承受的负载冲击电流越大。.三相不平衡能力对于三进三出的UPS来说若出现三相的每一相电流不一致就会造成输出电压的不平衡。具有负载不平衡能力的UPS表示该UPS允许一相输出带满载而其他两相空载。、UPS输出效率指UPS的输出有功功率与输入有功功率之比。UPS的输出效率越高表示内部损耗越小反之则表示UPS本身功耗大增大机房的空调负荷。此外输出效率低有可能使电池供电时间变短。保护性能保护性能.输入保护特性指交流输入过压欠压保护输入频率过高/过低保护等。当输入电压失真度过大UPS会进入输入保护模式。对于三相输入的UPS还有输入错相保护、缺相保护等。.输出过压/欠压保护特性指当UPS逆变单元出现故障时UPS的输出电压超出允许的范围而产生的保护动作。.输出过载/短路保护指当UPS输出回路中出现短路故障或长时间出现过载现象为了保护UPS的自身安全通过控制电路将UPS切换到旁路工作模式的保护动作。保护性能保护性能.电池低压保护电池容量的大小直接决定UPS在交流停电时能够保证不间断输出的时间长短因此电池适时的发出电池低压告警可以使维护人员能够了解当前电池的剩余容量和后备保障时间采取相应的应急措施。一旦电池电压达到保护值为保护电池免于过放电造成的永久损伤UPS就会关闭输出。.UPS的其他保护性能UPS为了保证自身系统的安全工作另有许多的故障监测点和相应的告警信息如器件高温告警、风扇故障告警、熔丝熔断告警、整流模块故障告警、逆变模块故障告警等。UPS逆变工作原理及主要技术UPS逆变工作原理及主要技术逆变电路静态开关和锁相电路逆变电路逆变电路逆变器(逆变电路)是开关电源和UPS的核心装置。逆变电路普通的原理结构.单相逆变电路.正弦波逆变电路、单相逆变电路、单相逆变电路有推挽式、半桥式、全桥式等均用于中小型UPS系统。下面介绍脉宽调制型全桥逆变器。全桥式逆变电路全桥式逆变电路全桥式逆变电路工作原理全桥式逆变电路工作原理功率晶体管由基极驱动电路提供激励信号VT、VT和VT、VT在分别获得激励信号后进入轮流导通或截止状态。从而在变压器初级和次级分别产生交流电压u和u。经过L、C滤波电路的作用使负载取得正弦电压。逆变电路输出电压中除了基波外还含有一定的谐波成分若要得到正弦输出电压在次级输出电路中必须设置滤波器。UPS交流滤波器的性能UPS交流滤波器的性能、使输出电压中单次谐波含量和总谐波含量降到指标允许的范围内、在三相条件下使输出电压不平衡度符合规定范围、使负载变化引起的输出电压波动小且满足动态指标同时要重量轻体积小。、正弦波逆变电路、正弦波逆变电路大多数情况我们希望UPS输出HZ正弦交流电所以要求其逆变电路为正弦波逆变电路。逆变电路实现输出为正弦的方法很多主要有以下三种:()阶梯波逆变器()多脉冲调制逆变器()正弦脉宽调制(SPWM)逆变器()阶梯波逆变器()阶梯波逆变器由于逆变电路得到矩形波相对容易利用不同相位的矩形波叠加的方式得到一个近似正弦波的阶梯波阶梯越多其所含正弦分量就越多。矩形波叠加组成阶梯波示意图矩形波叠加组成阶梯波示意图()多脉冲调制逆变器()多脉冲调制逆变器基本原理是用一组等高不等宽的矩形脉冲等效正弦波。具体方法是将正弦波沿横轴分割为若干等分每一个等分包含的正弦面积用一个相同面积的矩形波来代替这些矩形波组成的半个周期波形便与半个周期正弦波等效。半周期内矩形波所组成的波形与等效的正弦波示意图半周期内矩形波所组成的波形与等效的正弦波示意图()正弦脉宽调制(SPWM)逆变器()正弦脉宽调制(SPWM)逆变器这种方法是通过频率较高的等幅三角波(载波)与可调幅度的Hz的正弦波组合产生与正弦波等效的而脉冲宽度不等的矩形波称为正弦调制。正弦调制法与三角波的合成波正弦调制法与三角波的合成波静态开关和锁相电路静态开关和锁相电路.静态开关.锁相电路.静态开关.静态开关为防止切换时间造成瞬间供电中断并产生继电器触点拉弧打火等现象在大功率UPS供电系统及切换过程中采用静态开关作为切换元件。UPS供电系统中常用的两种连接方式即转换型和并机型。目前单机型的UPS静态开关一般采用转换型而可并机UPS的静态开关有的采用并机型。转换型连接方式转换型连接方式基本工作原理基本工作原理在图(a)中继电器作为逆变的切换开关交流旁路用静态开关作为切换器件。在由交流旁路供电切换为逆变器供电时先吸合继电器然后封锁晶闸管的触发信号此时由交流旁路和逆变器并联向负载供电当晶闸管支路电流为时晶闸管关断而断开市电供电电路当由逆变器供电切换为交流旁路供电时在发出继电器关断信号的同时触发晶闸管导通由于晶闸管导通时间为μs级而继电器释放时间较长因此也存在同时供电的情况。并机型连接方式并机型连接方式基本工作原理基本工作原理在图(b)中交流旁路与逆变器都采用静态开关作为切换开关。当执行切换时封锁脉冲并检测流过静态开关的电流当电流为零时触发另一静态开关的晶闸管实行二者的转换。在采用并联供电的系统中当电压处于正半周或负半周时同时触发处于正向阳极电压的两个晶闸管使之导通由于晶闸管电流为零时关断使反向并联的两只晶闸管切换导通使之并联负载供电。保证同步切换的方法保证同步切换的方法()直接检测两电源电压的相位以此作为切换时的一个控制信号。()检测两电源的电压差以此间接反映出相位差产生切换控制信号。()为防止切换时感性负载中出现浪涌而损坏元件可通过检测主用电源在稳态电流过零时接通旁路电源以实现安全切换。、锁相电路、锁相电路锁相电路由三个基本部件:鉴相器、低通滤波器和压控振荡器组成。用于检测两个交流电源的相位差并将它变成一个电压信号去控制逆变的输出电压相位与频率从而保持逆变器与交流电源的同步运行。锁相电路基本原理图锁相电路基本原理图UPS操作UPS操作在线式UPS是通信用较多见的可处于下列三种运行方式之一:、正常运行所有相关电源开关闭合UPS带载。、维护旁路UPS关断负载通过维护旁路开关连接到旁路电源。、关断所有电源开关断开负载断电。本节介绍在上述三种运行方式之间互相切换复位及关断逆变器的操作。由两台UPS电源所构成的“热备份”冗余供电系统由两台UPS电源所构成的“热备份”冗余供电系统由三台UPS电源所构成的“热备份”冗余供电系统由三台UPS电源所构成的“热备份”冗余供电系统、UPS开机加载步骤、UPS开机加载步骤此步骤用于UPS开机加载假设UPS安装调试完毕市电已输入UPS。()合静态旁路开关Q()合整流器输入开关Q()合UPS输出电源开关Q()手动合电池开关、UPS从正常运行到维护旁路的步骤、UPS从正常运行到维护旁路的步骤负载从UPS逆变器切换到维修旁路这在UPS需要维护时有用。负载由逆变器切换到静态旁路的操作过程如下:()关断UPS逆变器负载切换到静态旁路。通常在主菜单上可以操作关断UPS逆变器。()取下Q手柄上的锁并扳动Q内的锁定杆然后闭合维护旁路开关Q断开整流器电源输入开头QUPS电源输出开关Q静态旁路开关Q和电池开关UPS已关闭但市电通过维护路向负载供电。、UPS在维护旁路下的开机步骤、UPS在维护旁路下的开机步骤包括如何启动UPS并把负载从维护旁路切换到逆变器。()闭合UPS输出开关Q和静态旁路开关Q。()闭合整流器输入电源开关Q整流器启动并稳定在浮充电压浮充电压是否正常。()闭合电池开关。()断开维护旁路开关Q并上锁。、UPS关机步骤、UPS关机步骤()断开电池开关和整流器输入电源开关Q()断开UPS输出开关Q和旁路电源开关Q。()若要UPS与市电隔离则应断开市电向UPS的配电开关使直流母线电压放电。、UPS的复位、UPS的复位当因某种故障使用了EPO(紧急关机)待故障清除后要使UPS恢复正常工作状态需要复位操作或在系统调试时选择手动方式从旁路切换到逆变器UPS由于逆变器过温、过载、直流母线过压而关闭当故障清除后需要采用复位操作才能把UPS从旁路切换到逆变器带载。操作复位按钮使得整流器、逆变器、静态开关重新正常运行。若是EPO后的复位则还需用手动合电池开关。UPS电源供电系统的配置形式UPS电源供电系统的配置形式并机包含两层含义冗余:增加可靠性。并联:增容。根据冗余式配置方案有主机从机型“热备份”UPS供电方式直接并机冗余UPS供电方式双总线冗余供电方式。、主机从机型“热备份”UPS供电方式、主机从机型“热备份”UPS供电方式这是缘于UPS电源的锁相同步控制技术还未完善到足以保证多台UPS的逆变器电源总是处于同相、同频的跟踪技术下常采用的方案。图(a)中UPS中的逆变器电源一直处于空载状态只有当UPS故障时UPS才承担供电业务。此方式的缺陷在于UPS长期处于空载状态其电池寿命会缩短、容量会下降且UPS得具有阶跃性负载承载能力无扩容能力。为提高性价比可采用图(b)形式。UPS、UPS作主机使用而UPS作为二者的从机。图(a)图(a)图(b)图(b)、直接并机冗余供电方式、直接并机冗余供电方式为克服主机从机型热备份供电系统的弱点随着UPS控制技术的进步具有相同额定输出功率的UPS可直接并联而形成冗余供电系统。为保证高质量的并机系统各电源间必须保持同频、同相、且各机均流。n型并联冗余供电系统应有的控制功能n型并联冗余供电系统应有的控制功能()锁相同步调节功能使相位差尽可能趋于零以防止并联系统出现环流。()均流调节保持多台UPS电流输出的均衡度。()选择性脱机跳闸功能应正确判断出那台UPS单机出现故障并进行自动操作。()非冗余工作状况报警若系统处于非冗余状况应发出告警及时排除故障恢复冗余供电状态。()环流监控直接并机方案的类型直接并机方案的类型()简单的直接并机方案各台UPS只实行与市电的跟踪同步相互间对相位、电压不进行调节因此易发生故障。()主动式直接并机方案各台UPS只实行与市电的跟踪同步相互间对相位、电压不进行调整。有“”型直接并机方案和“导航型”UPS直接并机方案。()“热同步”并机技术当两台UPS在执行并机操作时无需捕捉相互的实时参数而达到互锁及均流的目的。()采用“并机柜”的并机方案用一个专门的“并机柜”来代替原分散交流旁路供电通道解决了各个分散的交流旁路上的“静态开关”的不均流带载问题。()“”型直接并机方案()“”型直接并机方案()“导航型”UPS直接并机方案()“导航型”UPS直接并机方案()“热同步”并机技术()“热同步”并机技术()采用“并机柜”的并机方案()采用“并机柜”的并机方案、双总线冗余供电方式、双总线冗余供电方式由于在UPS供电系统中输出端与负载间配有配电柜、断路器等若碰到检修或产生故障等以上的几种配置形式将引起负载停电也即系统的故障率虽然降低了但可维护性问题并没有彻底解决。采用双总线冗余配置方案可很好解决这个问题。配有两套静态开关STS、STS构成一套能自动执行安全可靠的具有零切换时间的系统。双总线冗余供电方式双总线冗余供电方式UPS日常维护UPS日常维护UPS周期维护内容较少只需要保证环境条件和清洁。检查和预防的目的是使机器保持最佳的性能并预防将小问题转变成大故障。按维护的周期可分为:日检、周检、年检。日常巡检日常巡检()告警监视与处理:值机人员在UPS设备安装现场观察UPS的控制面板上是否存在告警信息防止监控告警没有及时上传到动力监控系统而造成事故隐患。一旦发现告警立即根据告警的内容做出相应的处理并在值班日记上详细故障事件和相应的处理措施、处理结果。()交流停电倒换:如果出现交流输入停电值机人员需及时启动应急电源并严格按照操作规程将UPS的交流输入切换到应急电源上或第二路市电电源。()运行参数记录与分析:按照省公司下发的机房电源巡检记录表中关于UPS的相关内容要求按实抄写UPS的输入输出电压、输出电流、负载比率等内容。并将本次抄写的数据与历史数据进行对比分析如果出现负载突变现象需要仔细追查负载突变的原因。()运行状况检查:UPS设备运行状态查询可以在操作显示面板上完成可以查询的状态参数包括主路输入电压电流输出电压电流频率电池状态电池电压电流告警历史记录等。查询方法请参看UPS产品用户手册。()检查UPS的出风口温度、检查UPS室的空调是否正常、室内温度是否满足要求。检查整流模块、逆变模块、风扇、变压器、滤波器有无异常声音。月度维护月度维护季度检测季度检测年度检测年度检测在UPS系统竣工验收时需要对蓄电池进行全容量的放电测试。UPS投运后在前两年进行的核对性容量试验从第年开始每年一次进行全容量的放电试验。巡检巡检有条件的分公司建议安排年度或半年度的UPS巡检计划春季巡检:为了保障设备在潮湿的雨季和雷季中的运行安全对设备接地系统状况、耐压参数与防雷部件等作检查。秋季巡检:为了保证设备在干燥的冬季特别是春节期间保持良好的运行状态对设备的性能指标、负荷能力、电池容量、供电安全、机房安全等作检查。不论是春季还是秋季巡检都需要检查的项目包括:机房温度、湿度、设备防尘、电线电缆状况、连接点状态等。巡检报告应该包括:数据统计数据分析、问题说明、对策建议等。讨论题()讨论题()、为什么通信电源系统中UPS的作用和地位越来越重要结合实际谈谈你的这个观点的看法。、比较后备式、在线互动式和在线式UPS在工作方式上的不同说明各自的优缺点。、Delta变换型UPS共有哪四条供电通道向负载供电?、为什么说UPS的输出功率因数表示其带非线性负载能力的强弱?、说明正弦脉宽调制(SPWM)逆变器的工作原理。讨论题()讨论题()、锁相电路的作用是什么?、静态开关的作用是什么?、请描述UPS开机加载步骤以及UPS从正常运行到维护旁路的步骤。、UPS并机工作的目的是什么?、画一个“”型直接并机方案图。、UPS设备工作时对环境有哪些要求?为什么?浙江省邮电职业技术学院求是立德尚学精业

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