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什么是UPS?为什么用UPS?关于UPS电源的知识都在这里!你值得拥有

2021-4-20      浏览:
UPS种类、功能、原理


1什么是UPS

UPS-Uninterrupted 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。


2为什么用UPS


UPS的四大功能:

1

不停电功能,解决电网停电问题;

2

交流稳压功能,解决网压剧烈波动问题;

3

净化功能,解决电网与电源污染问题;

4

管理功能,解决交流动力维护问题;


UPS的主要功能:

1

实现电网与用电器之间的隔离;

2

实现两路电源的不间断切换;

3

提供高质量电源;

4

电压变换和频率变换功能;

5

停电后提供后备时间。


3UPS种类

按工作原理不同,UPS分为:

  离线式(后备式UPS、互动式UPS)

  在线式UPS

  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:

  微型<6kVA

  小型6-20kVA

  中型20-100kVA

  大型>100kVA

  按电池位置不同,UPS分为:

  电池内置式UPS(标准机型)

  电池外置式UPS(长延时机型)

  按多机运行方式不同,UPS分为:

  串联热备份UPS(用于中小功率机器)

  交替串联热备份UPS(中小UPS)

  直接并联UPS(用于中大功率)

  按变压器特点不同,UPS分为:高频UPS(高频机)、工频UPS(工频机)

  按输出波形不同,UPS分为:方波输出UPS、阶梯波(准正弦波)UPS、正弦波输出UPS。


4UPS系统结构及原理

  监控平台也是UPS的最重要组成部分之一。

  UPS的基本原理

  后备式UPS运行原理

  有市电时,市电通过开关后直接供给负载,逆变器不工作;另外,市电通过充电器给电池充电。

  停电后,启动逆变器,把电池储存的能量通过逆变器和开关供给负载。

  功率等级0.25-2KVA左右

  互动式UPS运行原理

  在线互动UPS与后备式比,主要区别在于:逆变器与充电器合二为一;输出通过变压器的抽头跳变,实现分段稳压。

  功率等级0.7-20kVA左右

  在线式UPS运行原理

  不管电网电压是否正常,负载所用的交流电压都要经过逆变电路,即逆变电路始终处于工作状态。

  功率等级0.7-1500kVA左右

  Delta变换UPS运行原理

  Delta变换器和补偿变压器实现稳压功能,主变换器是双向变换器。不能稳定频率。

  功率等级10-480kVA左右

  四种UPS的比较


5UPS供电系统

  一个完备的UPS供电系统,是由前端配电(市电,发电机,配电柜),UPS主机、电池、后端配电组成,附加后台监控或网络监控软/硬件等单元。


6UPS监控系统组成 

  UPS网络监控系统=智能UPS+网络+监控软件

  网络监控软件含以下三部分:

  SNMP卡

  监控台软件

  安全关机程序

  UPS监控组网


UPS品质选择与配置选择

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1UPS品质选择 

  UPS-负载:输出/整机指标

  输出电压标准及精度(220/380VAC±1%)

  输出频率标准及精度(50HZ±0.01%)

  输出功率因数(0.7-1)

  输出过载/抗短路能力(125%额定电流,10min150%额定电流,60s)

  三相不平衡能力(100%不平衡负载,电压不均衡<±5%)

  动态响应(100%负载,瞬态电压波动<5%,恢复时间:≤20ms)

  效率(90-94%)

  噪音(50-75db)

  环境指标(温度0~40℃),湿度,海拔<1000米)。

  UPS整机指标-效率计算

  UPS各部件效率:

  SCR整流器99%;IGBT整流器98%、IGBT逆变器效率96%、变压器效率98%,滤波器99%(微信公众号:通信电源人)带您一起再学习一下吧

  传统UPS的效率:

  SCR整流(99%)×IGBT逆变(96%)×输出TX(98%)=93%

  12脉冲传统UPS的效率:

  输入移相TX(98%)×双SCR整流(98%)×IGBT逆变(96%)×输出TX(98%)=90%

  新型UPS效率计算:

  IGBT整流(98%)×IGBT逆变(96%)=94%

  UPS-电池:电池管理

  充电保护(过压及过流充电保护,温度补偿)

  放电保护(关机截止电压设定及调整,自动脱扣)

  电池智能化管理(检测和报警)

  后备时间计算和显示:额定负载后备时间T

  75%额定负载1.6T;50%额定负载2.5T;33%额定负载4T

  充电能力及充电时间:10%~25%额达容量充电能力

  充电时间计算:T=AH/I充电×(充电效率80%)


2UPS配置与选择 

UPS分类和选择

  工作方式:后备式、互动式、在线式;

  容量:小功率(1~10kVA);中功率(20~60kVA);大功率(80~1000kVA)

  适用环境:商业级、工业级、电厂专用、车载或船用

  输出变压器:高频机,工频机

  配电部分:线缆及开关

  容量及机型选择

  用户负载量,冗余度

  负载性质:IT类、电感性负载、使用环境-谐波、变压器

  机房配电设计:进线方式

  机型成本及竞争优势。

  用户负载量;UPS输出冗余度(70~80%)

  负载峰值因素(3:1)不能超过逆变器过载能力

  负载视在功率(KVA)不能超过UPS额定功率*功率因素折算系数

  三相负载不平衡度<30%。

  工业级UPS

  恶劣的电气和物理环境:供电线路电压/频率波动、浪涌冲击、峰值下陷、高频干扰,环境温湿度不稳、粉尘、腐蚀等。

  结构:输入输出双隔离、钢板机箱、高IP防护等级。

  适用领域:钢铁、化工、电力、汽车、造纸、煤炭、石油、隧道

  负载类型:重载机械、生产线设备、DCS系统等。

  UPS工作损耗、通风量、空调配置

  满载损耗(KW)=kVACos×(6~7.5%)空调制冷量


UPS容量

40KVA

80KVA

100KVA

160KVA

200KVA

300KVA

400KVA

600KVA

800KVA

通风量立方米/h

2200

2400

2590

3500

3700

3900

4400

7500

9300

输出功率折算-海拔高度,海拔每升高100米降容1%(典型UPS工作海拔高度:1000米)

海拔高度

1000

1500

2000

2300

3000

UPS输出功率折算

100%

85%

79%

75%

69%

电池计算和配置  

精确计算:恒功率计算法  

1、截止电压确定:  

1.67V/cell<放电30分钟;1.75V/cell放电30~60分钟; (微信公众号:通信电源人)带您一起再学习一下吧

1.83V/cell>放电60分钟  

2、计算每个Cell电池恒功率数据: 

3、根据厂家恒功率放电数据表选择满足计算结果的电池规格。 

配电部分:线缆及开关  

输入开关容量及线缆规格: 

三相电工速算法:输入电流(A)=1.8XKVA,开关系数X1.2  

单相电工速算法:输入电流(A)=5XKVA,开关系数X1.2  

输出开关容量及线缆规格: 

三相电工速算法:输出电流(A)=1.5XKVA,开关系数X1.2  

单相电工速算法:输出电流(A)=4XKVA,开关系数X1.2  (微信公众号:通信电源人)带您一起再学习一下吧

电池开关容量及线缆规格:放电电流(A)=kVACos/U电池电压开关系数(X1.2)  

电缆长度与压降:如70mm线阻0.26Ώ/km  

零线及地线规格:零线=1~1.5倍相线,地线=相线  

配电部分:电缆及开关规格  

电缆额定电流简单算法


电缆规格

1/1.5/2.5

4/6

10/16

25/35/50

70/95/120

150/185

240

300

额定电流

X8A

X6A

X4A

X3A

X2.5A

X2A

X1.5A

X1.2A

  空开规格:R10、R16、R20、R25、R32、R40、R50、R63、R80、R100、R125、R160、R200、R250、R320、R400、R630、R800、R1250。

  隔离变压器

  高频机加装380V/380V输出隔离变压器:容量KVA=UPSKVA

  选用△/Y0型隔离变压器,输出中性点接地,Y/Y型变压器旁路反灌会造成DC电压过高危险。

  UPS加装380V/220V输出隔离变压器:输出容量损失20~30%对逆变器有干扰反馈,选用效率高,干扰小变压器。

  旁路隔离变压器:实现零线电气隔离。


UPS基础维护

1UPS维护的一般要求 

1

UPS主机现场应放置操作指南,指导现场操作。

2

UPS的各项参数设置信息应全面记录、妥善归档保存并及时更新。

3

检查各种自动、告警和保护功能是否正常。

4

定期进行UPS各项功能测试。

5

定期检查主机、电池及配电部分引线及端子的接触情况,检查馈电母线、电缆及软连接头等各连接部位的连接是否可靠,并测量压降和温升。

6

经常检查设备的工作和故障指示是否正常。

7

定期查看UPS内部的元器件的外观,发现异常及时处理。

8

定期检查UPS各主要模块和风扇电机的运行温度有无异常。

9

保持机器清洁,定期清洁散热风口、风扇及滤网。

10

定期进行UPS电池组带载测试。

11

各地应根据当地市电频率的变化情况,选择合适的跟踪速率。当输入频率波动频繁且速率较高,超出UPS跟踪范围时,严禁进行逆变/旁路切换操作。在油机供电时,尤其应注意避免该情况的发生。

12

UPS应使用开放式电池架,以利于蓄电池的运行及维护。


2UPS维护项目及周期表

1、UPS日检项目:

  主要内容有:检查控制面板,确认所有指示正常,所有指示参数正常,面板上没有报警;检查有无明显的高温、有无异常噪声;确信通风栅无阻塞;调出测量的参数,观察有无与正常值不符等。

2、UPS周检项目:

  周检的主要内容有:测量并记录电池充电电压、电池充电电流、UPS三相输出电压、UPS输出线电流。如果测量值与以前明显不同,应记录下新增负荷的大小、种类和位置等。

  UPS月、季、年维护项目:

  UPS电源的电池管理

  电池是UPS的重要组成部分,在UPS的诸多故障中,有很大比例是由于电池问题引起的,电池性能的好坏直接影响到系统的可靠性。为了保证电池的服务寿命,除了维持正常温度和日常的维护外,电池的自动管理是至关重要的因素。

  UPS电源对电池自动管理包括自动均浮充转换控制、电池预告警关机、定期自动维护、手动电池自检等多项可提高电池使用寿命的先进功能,同时还具备电池故障检测、电池放电后备时间预测及电池特征曲线管理。(微信公众号:通信电源人)带您一起再学习一下吧

  自动均、浮充转换

  电池充电过程能自动根据电池电流实现均充、浮充自动转换,设定的均充转浮充判据为:I≤0.01C。

  2、电池浮充电压温度补偿:(以2V电池为例)

  电池在浮充状态下,浮充电压可以根据温度进行补偿,温度补偿以20℃为中心点,在10℃-40℃内全补偿,计算公式:

  温度T>40,T=40;若T<10,T=10

  电池平均单体电压应调节为:V=V0+(20-T)×0.003

  其中,V0为电池厂家给定的在20℃下的单体浮充电压,可以根据不同电池在初次上电时进行设置,默认为2.23V。对均充电压不补偿,默认的单体均充电压为2.35V。

3、均充限时:

  如果连续12小时处于均充状态,控制系统将强制转浮充状态,此设置的条件是均充时间达到设定值时,自动转为转浮充状态。

4、放电管理:

  设置电池放电的截止电压为每单体电池1.8V,实际截止电压会随电池老化程度不同而在此值附近向下浮动,截止电压为每单体电池1.8V的选取,已经考虑到了大功率放电情况下电池容量的衰减。

UPS电池自动测试

  UPS蓄电池的容量测试可人工测试或利用UPS的电池自动测试功能实现。人工测试的方法可参考直流供电系统中蓄电池的容量测试方法进行。下面对UPS的自动测试功能进行介绍。

  该测试只有在以下情况下才能进行:

  逆变器在运行;

  逆变器不超载;

  备用电源(旁路供电)存在并且符合要求;

  逆变器与旁路电源同步;

  电池必须充足电。

  UPS电池自动测试功能根据以下三点设置:

  时间间距(测试周期可设定为10天―150天)

  电池自动测试的日期和时间

  电池有问题时默认的报警方式

  启动电池测试时,整流器电压将下降到电池组额定电压以下,而在逆变器关机电压以上,如果电池在规定负载和规定时间内可以按要求放电,UPS就给出一个肯定的信号,表明电池是好的;如果电池在规定负载和规定时间内不能按要求放电,UPS就给出一个否定的信号,表明电池需要更换。但这时由于整流/充电器电压大于逆变器关机电压值,故整流/充电器电压仍然向逆变器供电,使输出电压并不间断。

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3UPS常见故障处理

1、市电有电时,UPS出现市电断电告警。

可能原因:

1)、市电输入空开跳闸。

2)、输入交流线接触不良。

3)、市电输入电压过高、过低或频率异常。

4)、UPS输入空开或开关损坏或保险丝熔断。

5)、UPS内部市电检测电路故障。

处理方法:

1)、检查输入空开。

2)、检查输入线路。

3)、如市电异常可不处理或启动发电机供电。

4)、更换损坏的空开、开关或保险丝。

5)、检查UPS市电检测回路。

2、市电正常时,UPS输出正常;市电断电后,负载也跟着断电。

可能原因:

1)、由于市电经常低压,电池处于欠压状态。

2)、UPS充电器损坏,电池无法充电。

3)、电池老化、损坏。

4)、负载过载,UPS旁路输出。

5)、负载未接到UPS输出。

6)、长延时机型的电池组未连接或接触不良。

7)、UPS逆变器未启动(UPS面板控制开关未打开),负载由市电旁路供电。

8)、逆变器损坏,UPS旁路输出。

处理方法:

1)A、在市电电压正常时对电池充足电。

  B、启动发电机对电池充电。

  C、在UPS输入端加稳压器。

2)、检查充电器。

3)、更换电池。

4)、减少负载。

5)、将负载接到UPS的输出。

6)、检查电池组是否接对、接好。

7)、启动逆变器对负载供电(打开面板控制开关)。

8)、检查逆变器。

3、UPS无法启动。

可能原因:

1)、电池长期放置不用,电压低。

2)、输入交流、直流电源线未连接好。

3)、UPS内部开机电路故障。

4)、UPS内部电源电路故障或电源短路。

5)、UPS内部功率器件损坏。

处理方法:

1)、将电池充足电。

2)、检查输入交流、直流线是否接触良好。

3)、检查UPS开机电路。

4)、检查UPS电源电路。

5)、检查UPS内部整流、升压、逆变等部分的器件是否损坏。

6)、UPS在正常使用时突然出现蜂鸣器长鸣告警。

可能原因:

1)、用户有大负载或大冲击负载启动。

2)、输出端突然短路。

3)、UPS内部逆变回路故障。

4)、UPS保护、检测电路误动作。

处理方法:

1)、A、负载投入时按先大后小的顺序。

  B、增大UPS的功率容量。

2)、检查UPS的输出是否短路。

3)、检查UPS逆变器。

4)、检查UPS内部控制电路。

5)、UPS工作正常但负载设备异常。

可能原因:

1)、UPS输出零地电压过高。

2)、UPS地线与负载设备地线没接在同一点上。

3)、负载设备受到异常干扰。

处理方法:

1)、检查UPS接地,必要时可在UPS的输出端零地间并一个1-3kΩ电阻。

2)、将UPS地与负载地接到同一个点上。

3)、重新启动负载设备。