UPS工作原理.ppt
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1、主主 要要 内内 容容vUPSUPS发展概述发展概述vUPSUPS分类、各种分类、各种UPSUPS方框图以及主要性能和技方框图以及主要性能和技术指标术指标vUPSUPS逆变工作原理及主要电路技术逆变工作原理及主要电路技术vUPSUPS操作操作vUPSUPS电源供电系统的配置形式电源供电系统的配置形式vUPSUPS日常维护日常维护重点、难点重点、难点v本章重点本章重点 UPSUPS分类、各种分类、各种UPSUPS方框图以及主要性方框图以及主要性能和技术指标能和技术指标 UPS UPS电源供电系统的配置形式电源供电系统的配置形式v本章难点本章难点 UPSUPS逆变工作原理及主要电路技术逆变工作原理
2、及主要电路技术教学目的和要求教学目的和要求v掌握掌握UPSUPS分类、各种分类、各种UPSUPS方框图,理解方框图,理解UPSUPS主要性能和技术指标。主要性能和技术指标。v掌握掌握UPSUPS电源供电系统的配置形式。电源供电系统的配置形式。v理解理解UPSUPS操作和操作和UPSUPS日常维护。日常维护。v了解了解UPSUPS的发展历史及趋势。的发展历史及趋势。UPSUPS组成组成 UPS的内容提要的内容提要1UPSUPS逆变工作原理及主要技逆变工作原理及主要技术术2 UPSUPS操作操作 3UPSUPS日常维护日常维护 5UPSUPS电源供电系统的配置形式电源供电系统的配置形式 4讨论题讨
3、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: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:电压浪涌:电压高于110%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:电压波形下陷:但电源电压低于80-85%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: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6000V,持续时间一般为0.55个周波。瞬态
4、高压: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20000V,持续时间为0.55个周波谐波干扰: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: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: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。1. UPS1. UPS发展概述发展概述v UPS的发展经历了初期的旋转型、60年代可控
5、硅静止型、80年代巨型功率晶体管(UR)静止型,到了90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。1.1 UPS组成组成v 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。v 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。7.1 1.2 UPS1.2 UPS分类分类v 按输入输出相数分:单进单出、三进单出和三进三出UPS。 v 按功率等级分:微型(3KVA)、小型(3K
6、VA10KVA)、中型(10KVA100KVA)和大型(100KVA)。 v 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。v 按输出波形的不同分:可分为方波和正弦波二种。 1.3 UPS1.3 UPS方框图方框图 v 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 : 1、后备式UPS 2、在线互动式UPS 3、三端式UPS 4、双变换在线式UPS 5、Delta变换型UPS 1 1、后备式、后备式UPSUPS特点:特点:结构简单、价格便宜、噪声低,但绝大部分时间,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负载得到的是稍
7、加稳压处理过的“低质量低质量”正弦波电源。正弦波电源。2 2、在线互动式、在线互动式UPSUPS特点: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。3 3、三端式、三端式UPSUPS特点: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。4 4、双变换在线式、双变换在线
8、式UPSUPS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。 5 5、DeltaDelta变换型变换型UPSUPS 特点: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 。1.4 1.4 主要性能和技术指标主要性能和技术指标 v输入特性输入特性v输出特性输出特性v保护性能保护性能输入特性输入特性1、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(
9、1510)Ue之间。2、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505%Hz,YD/T1095-2000规定UPS的输入频率范围为504%Hz。输入特性输入特性3、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。 4、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
10、。输入特性输入特性5、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。6、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1输出电压波形失真度 指UPS输出波形中谐
11、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。2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100%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。3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4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。5三相不平衡能力 对于三
12、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100%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。6、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1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。2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
13、压超出允许的范围而产生的保护动作。3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4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。5UPS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
14、丝熔断告警、整流模块故障告警、逆变模块故障告警等。1.5 UPS1.5 UPS逆变工作原理及主要技术逆变工作原理及主要技术7.3.17.3.1逆变电路逆变电路7.3.27.3.2静态开关和锁相电路静态开关和锁相电路1.5.1 1.5.1 逆变电路逆变电路v 逆变器(逆变电路)是开关电源和UPS的核心装置。v 逆变电路普通的原理结构 1单相逆变电路 2正弦波逆变电路 1 1、单相逆变电路、单相逆变电路v 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v 功率晶体管由基极驱动电路提供激励
15、信号,VT1、VT4和VT2、VT3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u1和u2。经过L、C滤波电路的作用使负载取得正弦电压。v 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。 UPSUPS交流滤波器的性能交流滤波器的性能 1、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;2、在三相条件下使输出电压不平衡度符合规定范围;3、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。 1.5.2 1.5.2 正弦波逆变电路正弦波逆变电路v 大多数情况,我们希望UP
16、S输出50HZ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:(1)阶梯波逆变器(2)多脉冲调制逆变器(3)正弦脉宽调制(SPWM)逆变器(1)阶梯波逆变器)阶梯波逆变器 v 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 (2 2)多脉冲调制逆变器)多脉冲调制逆变器 v 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
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- 关 键 词:
- UPS 工作 原理
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