UPS的基本概念和基本电路.pptx

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1、目目 录录 上篇：上篇：UPSUPS的基本概念的基本概念 下篇：下篇：UPSUPS的基本电路的基本电路 第1页/共84页 UPS的三大基本功能 稳压稳压 滤波滤波 不间断不间断第2页/共84页 双变换UPS功能方框图AC DC ACDC静态开关静态开关市市电电输输入入UPSUPS输输出出构成构成UPSUPS的四大基本部分：的四大基本部分：两个变换器、电池组和旁路开关两个变换器、电池组和旁路开关第3页/共84页上篇：上篇：UPSUPS的基本概念的基本概念 一、名词概念一、名词概念 二、电路指标概念二、电路指标概念 三、电池概念三、电池概念 四、四、UPSUPS供电制式供电制式概念概念 五、系统连

2、接概念五、系统连接概念 六、普通电源变压器是否抗干扰六、普通电源变压器是否抗干扰 七、全桥变换、半桥变换与输出变压器的关系七、全桥变换、半桥变换与输出变压器的关系 八、零地电压的形成八、零地电压的形成 九、可靠性与可用性九、可靠性与可用性第4页/共84页一、名词概念第5页/共84页1.视在功率 S=电压V 电流A=VA(伏安)2.有功功率 P=S 功率因数F=W(瓦特)3.无功功率 (乏)4.功率因数F=P/S=cos S S Q QP P第6页/共84页 无功功率有用吗？可以帮助有功功率做功可以帮助有功功率做功可转化为有功功率可转化为有功功率UC第7页/共84页5.电流峰值系数 Fi=I I

3、P P/I I 和 脉冲状态下的功率因数 电压 负载电流有效值Ia（ms）负 载 电流脉冲 50HZb（ms）负 载 电 流脉冲峰值IP第8页/共84页不同峰值系数的形成Ip2Ip1 IUCUC31 51第9页/共84页6.浪涌系数IIS INtFS=IS/INUPSISIN第10页/共84页7.跟踪速率：UPSUPS输出频率跟踪输入频率的速输出频率跟踪输入频率的速度度外部输入电压外部输入电压 波形波形UPSUPS输出电压输出电压 波形波形UPSUPS输出频率在指定范围内跟踪输入而不能稳定输出频率在指定范围内跟踪输入而不能稳定第11页/共84页8.波形准方波准方波0方波方波0阶梯波阶梯波0梯形

4、波梯形波正弦波正弦波第12页/共84页9.线性负载和非线性负载线性负载线性负载非线性负载非线性负载若 I1=I2，则U1=U2，反之亦然。若 I1 I2，则U1=U2，反之亦然。UIU2U1 I1 I2oUIU2U1 I1 I2o第13页/共84页10.一般UPS为什么不能带容性负载AC DC ACDC市市电电输输入入P PS SQ QQ QP PS S感性负载情况第14页/共84页容性负载情况AC DC ACDC市市电电输输入入P PQ QQ Q0 0Q QP PQ Q0 0 p p p p0 0带容性负载时，电容不但不输出功率带容性负载时，电容不但不输出功率去抵消感抗，而且还吸收功率，去抵

5、消感抗，而且还吸收功率，使负载上得到的有功功率减小，使负载上得到的有功功率减小，容易过载容易过载p p0 0第15页/共84页例：一台30kVA UPS F=0.8，要求带相同功率的容性负载（即,F=+0.8）计算：计算：原来UPS可提供 有功功率PW=24kW,无功功率Q=+18kvar,负载需要：有功功率PW=24kW,无功功率Q=+18kvar由于两个无功功率不是抵消关系，而是相加关系，并且这时原本向外提供无功功率的电容也成了逆变器的负载，即此时UPS的无功功率就是36kvar，比UPS的视在功率还大。原来逆变器给出的电流只能是：原来逆变器给出的电流只能是：I IWW=24kW/220V

6、=109A=24kW/220V=109A 而现在仅无功电流就需要而现在仅无功电流就需要 I IQQ=36kvar=36kvar/220V=164A/220V=164A 全部需要逆变器给出电流全部需要逆变器给出电流 第16页/共84页二、电路指标概念变换器1变换器2380V/220V (1 10%)50Hz(1 5%)输出电压精度、输出电压精度、输出电压频率精度、输出电压频率精度、输出电压波形失真度等输出电压波形失真度等第17页/共84页1.电压精度1%50%10%220VUPS给定的旁路电压范围：380V/220V (1 10%)第18页/共84页55V V12V12V24V24V来自UPS输

7、出电压输入电压为额定值时的情况TPWM电源对输入电压的调整情况第19页/共84页输入电压低于额定值时的情况输入电压低于额定值时的情况输入电压高于额定值时的情况输入电压高于额定值时的情况保持面积不变第20页/共84页2.频率精度56%0.01%50HzFUPS给定的频率范围：50Hz(1 5%)国家规定的电网频率范围：50Hz 0.2Hz第21页/共84页2.三相三相三线制 相序三相四线制UAUBUCABCIAIBICUABUBCUCANACB oIAIBIC第22页/共84页3.电压波形失真度UPSUPS给定的电压失真度给定的电压失真度3%3%5%5%波形失真在波形失真在50%50%甚至以上甚

8、至以上第23页/共84页三、电池概念1.放电电流I Id d 放电电流，放电电流，A AP P UPS UPS额定功率，额定功率，WWF F 负载功率因数负载功率因数h h 逆变器效率逆变器效率U UminminUPSUPS关机前关机前 一瞬间的电池电压一瞬间的电池电压,一般每单元一般每单元1.75V1.75V。（1）第24页/共84页放电时间放电时间h h放电电流放电电流I Id d图图1 C1 C20 20 AhAh放电曲线放电曲线2.查放电曲线法第25页/共84页恒流放电曲线放放电电时时间间放电电流放电电流图图2 2 容量合并放电曲线容量合并放电曲线各种容量的电各种容量的电池池 放电曲线

9、放电曲线 容量增加方向第26页/共84页3.恒流放电查表法表表1 GNB1 GNB恒流放电（恒流放电（A)A)至中止电压至中止电压1.75V(251.75V(25 C C）50A05 58 37 27 22 18 16 14 13 11 9.3 1h 2h 3h 4h 5h 6h 7h 8h 10h 12h 50A07 87 56 41 33 28 24 22 19 16 1450A09 116 75 55 44 37 33 29 26 22 1850A11 146 94 69 56 47 41 36 33 27 2350A13 175 112 83 67 56 49 44 39 33 285

10、0A15 204 131 97 78 66 57 51 46 38 3250A05 50A07 50A09 50A11 50A13 50A15100Ah 160Ah 210Ah 260Ah 320Ah 370Ah第27页/共84页Senry FM65恒电流放电表FM655m10m15m30m45m1h2h3h5h8h10h12h24h1.60V22015511068.050.140.22416.811.07.406.355.422.841.65V20214510967.049.639.02416.811.07.406.355.422.841.67V19714210866.349.439.024

11、16.811.07.406.355.422.841.70V19213710665.749.239.02416.811.07.406.355.422.841.75V17112610163.747.738.22316.310.67.396.205.302.841.80V15511796.061.747.237.422.615.810.47.005.905.102.701.85V11290.776.857.242.335.721.315.310.06.705.605.002.65表表2 2 恒流放电（恒流放电（A)A)至不同中止电压至不同中止电压 (25(25 C C）第28页/共84页例：30kV

12、A UPS 30kVA UPS F F=0.8=0.8，要求后备时间，要求后备时间t t=2h=2h，UPSUPS电池电电池电压为压为3232 12V12V，要求用要求用GNB12V/100/AhGNB12V/100/Ah电池，需多电池，需多少节少节?解：设逆变器效率解：设逆变器效率=90%=90%，设放电中止电压为，设放电中止电压为1.75V1.75V，根据式（根据式（1 1）求得）求得79.4A79.4A，由表，由表1 1查得此值在查得此值在2h2h放电到放电到1.75V1.75V时时,对应的相近规格是对应的相近规格是50A0950A09（75A,210Ah)75A,210Ah)，即，即采

13、用采用210Ah210Ah 3232或（或（100Ah100Ah 3232）2 2第29页/共84页恒功率放电查表法P P放电电流，放电电流，A AP Pd dUPSUPS额定功率，额定功率，WWF F负载功率因数负载功率因数 逆变器效率逆变器效率（2）第30页/共84页50A15 665 603 554 449 382 296 250 187 151 11250A05 190 172 158 128 109 84 71 52 43 31 20m 25m 30m 45m 1h 1.5h 2h 3h 4h 6h50A07 285 258 237 192 163 127 107 79 64 475

14、0A09 380 344 316 257 218 169 143 106 85 6550A11 475 430 395 321 272 211 179 133 109 8050A13 570 517 475 385 327 254 213 160 130 96表表3 3 GNBGNB额定放电功率（额定放电功率（W/CellW/Cell）至中止电压至中止电压1.75V(251.75V(25 C C）注意：这里给出的是一个注意：这里给出的是一个2V2V单体的数值单体的数值第31页/共84页例：30kVA UPS 30kVA UPS F F=0.8=0.8，要求后备时间，要求后备时间t t=2h=2

15、h，UPSUPS电池电压电池电压为为3232 12V12V，要求用要求用GNB12V/100/AhGNB12V/100/Ah电池，需多少节电池，需多少节?求放电功率，设逆变器效率求放电功率，设逆变器效率=90%=90%，设放电中止电压为，设放电中止电压为1.75V1.75V，根据式（，根据式（2 2）算得）算得 放电功率放电功率P Pd d=26667W26667W 由表由表3 3对应对应100Ah100Ah（50A05 50A05）和）和2h2h的位置查得为的位置查得为p=71Wp=71W，则所需电池单体数为：则所需电池单体数为：N=N=P Pd d/p p=26667 W/71W=375.

16、59=26667 W/71W=375.59，取整数，取整数376376，又因一个，又因一个12V12V电池有电池有6 6个单体，故电池数个单体，故电池数 n=N/6=376/6=62.6n=N/6=376/6=62.6（节）（节）电池组数电池组数m=62.6/32=1.958m=62.6/32=1.958 2 2（组）（组）所以用所以用3232 2 2节节12V12V电池即可。电池即可。第32页/共84页 Senry FM65恒功率放电表FM655m10m15m30m45m1h2h3h5h8h10h12h24h1.60 V36325719612896.278.045.832.121.114.3

17、11.910.35.41.65V34725419412595.275.745.132.121.114.311.910.35.41.67V34425219212493.875.745.132.121.114.311.910.35.41.70V33124818912292.475.745.132.121.114.311.910.35.41.75V30823218411290.875.744.331.620.814.211.710.35.41.80V27621617210589.975.243.531.120.614.011.69.95.31.85V22117915097.082.969.941.8

18、30.019.313.111.09.55.0表表4 4 额定放电功率至不同中止电压额定放电功率至不同中止电压 (25(25 C C）第33页/共84页4.电池的组合假如用假如用100Ah100Ah 提供提供2h2h后备时间后备时间I Id d=100A=100A时，时，在曲线上查得在曲线上查得28min28min，用用I Id d=50A=50A，在曲线上查得对应，在曲线上查得对应1h1h 可用可用2 2组并联方案组并联方案切记电池并联不得超过切记电池并联不得超过5 5组组有的放电表给出的功率数值是一个单元（有的放电表给出的功率数值是一个单元（2V)2V)的，的，第34页/共84页四、UPS供

19、电制式概念1.单相 单相2线制 火零线的确定 用试电笔或万用表 单相3线制 火零线的确定最大电阻档顺时针：0 L N第35页/共84页三相五线制UABUBCUCANACB oE E第36页/共84页五、系统连接概念 双市电供电双市电供电UPS市电1市电2*两路市电同时接在同一台两路市电同时接在同一台UPSUPS上上 违背了市电一主一备的原设计思想违背了市电一主一备的原设计思想kk 打乱了原设计的程序打乱了原设计的程序 不能在整个时间里保护负载不能在整个时间里保护负载第37页/共84页UPS市电1市电2*实现实现一主一备的合理方案一主一备的合理方案第38页/共84页六、普通电源变压器是否抗干扰I

20、1 I2U1U2N1 N2 C C普通电源变压器的作用是变压和隔离地普通电源变压器的作用是变压和隔离地第39页/共84页七、全桥变换、半桥变换 与输出变压器的关系全桥变换器全桥变换器U UABABU UBCBCU UCACAN N第40页/共84页 VS1 VS2 VS3 VT1 VT2 VT3 VS4 VS5 VS6 VT4 VT5 VT6 R Rc c Rb Ra Rb Ra Ua UbUcUaUbUcN市电变压器 NVS1 VT1 VS2 VT2 VS3 VT3 R1 R2 R3全桥变换器无数出隔离变压器的情况全桥变换器无数出隔离变压器的情况直接接负载直接接负载等效电路等效电路第41页/

21、共84页半桥变换器半桥变换器U UABABU UBCBCU UCACAN N第42页/共84页八、零地电压的形成接地装置名称接地电阻最大允许值（）3 35kV 配电所高、低压共用接地系统 43 35kV线路杆、塔在居民区的接地系统 30PE或PEN线的重复接地 10 电子设备型号接地 4（在与防雷地共用时为1）屏蔽体、高频电炉、X光设备以及10 100Kv试验设备等的接地 4 防静电接地 10 建筑物防直击雷冲击接地电阻 10（第一、二类）30（第三类）建筑物防雷电波侵入冲击接地电阻 10（第一、二类）30（第三类）建筑物防雷电感应工频接地电阻 10（第一类）1.接地电阻的最大允许值第43页/

22、共84页零地电压的形成：三相电流不平衡、谐波电流、三相电流不平衡、谐波电流、UAUB NUC变电站变电站 R IC IB IA0VEIN0VUNE一般的接法第44页/共84页零地电压在高地频率时的区别高频机的零地电压 比工频机高 工频时的导线截面积工频时的导线截面积 高频时的导线截面积高频时的导线截面积在高频下，导线的集肤效应在高频下，导线的集肤效应 使得电阻变大使得电阻变大第45页/共84页九、可靠性与可用性MTBFMTBF:平均无故障时间平均无故障时间MTTRMTTR：平均修复时间：平均修复时间第46页/共84页可用性A=0.99999时MTTR和MTBF的对应关系表1-1 A=0.999

23、99时的MTTR和MTBF的对应关系(n+1)修复时间修复时间MTTRMTTR 要求的要求的MTBFMTBF 10min 16667 h 20min 33333h 30min 50000h 1h 100000h 2h 200000h 3h 300000h 4h 400000h 5h 500000h 10h 1000000h 20h 2000000h第47页/共84页只注重MTTR的后果 MTBF1（h）MTBF2（h）同时出故障的周期（h）50 51 2550 500 510 25500 5000 5100 255000 50000 51000 2550000只有两个因素同时注重才能保证合理的

24、可用性只有两个因素同时注重才能保证合理的可用性第48页/共84页停机时间与可用性的关系可用性可用性A=0.99999A=0.99999时，允许一年的停机时间时，允许一年的停机时间 t t=一年的天数一年的天数 一天小时数一天小时数 （1-A1-A）=（365365 24h24h （1-0.999991-0.99999）=8760=8760 h h 0.00001=0.08760.00001=0.0876 h h =5.256min =5.256min第49页/共84页下篇：下篇：UPSUPS的基本电路的基本电路 一、电压源一、电压源 二、电流源二、电流源 三、串联调整三、串联调整 四、并联调整

25、四、并联调整 五、串并联调整五、串并联调整 六、在线互动式的概念六、在线互动式的概念 七、非在线式和在线式七、非在线式和在线式UPSUPS区别的判断区别的判断 八、八、UPSUPS几种波形形成的基本电路几种波形形成的基本电路 第50页/共84页一、电压源和电流源、电压源和电流源 U1=E-I r=E1-（r/R+r）r/R+r=0 r r(Z Zu u)0 0 U U1 1 =E EEr(Z Zu u)IRU1电压源原理方框图第51页/共84页二、电流源二、电流源 I=E （r+R）r R r r(Z Zi i)I I=E E r rEr(Z Zi i)R电流源原理方框图第52页/共84页三、

26、串联调整三、串联调整UinrUrIUoRAC DC AC DC市电输入一般传统双变换式一般传统双变换式UPSUPS第53页/共84页四、并联调整rI Uo RUinIU Uo第54页/共84页五、串并联调整UinrUr I Uo R 变换器1市电负载 变换器2 DeltaDelta双变换双变换UPS UPS 第55页/共84页主要功能目录1 1）一相电路结构原理）一相电路结构原理2 2）电压调整原理）电压调整原理3 3）隔离干扰等效电路原理结构）隔离干扰等效电路原理结构4 4）隔离输入干扰效果）隔离输入干扰效果5 5）输入输出隔离效果）输入输出隔离效果6 6）功率平衡原理）功率平衡原理7 7）

27、软启动和负载软转移）软启动和负载软转移第56页/共84页PWMPWMsync=1）一相电路结构原理第57页/共84页（d）Ui Uo 时（a）输入电压Ui（b）Ui Uo 时（c）Ui Uo 时主静态开关主变换器防反馈控制器Delta 变 换器 Delta变压器 负 载L2）电压调整原理第58页/共84页Delta 变压器 RFI(x)差模滤波器 EMC 150kHz L1 输入NRFI扼流圈RFI(x)AC1 AC2L1输出5次谐波失真滤波GND GNDRFI(y)理想50Hz电流发生器RFI(y)NRFI扼流圈3）隔离干扰等效电路原理结构第59页/共84页输入电压输出电压4）隔离输入干扰效

28、果第60页/共84页输入电压输入电压=输出电压时，加脉冲负载输出电压时，加脉冲负载5）输入输出隔离效果1234 输入电流 输出电流 输入电压 输出电压1234第61页/共84页6）功率平衡原理输入电压输入电压=输出电压情况输出电压情况第62页/共84页输入电压降低15%情况第63页/共84页输入电压升高15%情况第64页/共84页额定输入电压情况下的充电情况第65页/共84页7）软启动和负载软转移DeltaDelta变换结构变换结构UPSUPS的软启动特性的软启动特性第66页/共84页传统双变换结构UPS的软启动特性第67页/共84页六、在线互动式的概念 双向双向 变换器变换器抽头换接抽头换接

29、 KK 滤波器滤波器波波器器负负载载市市电电输输入入GBGB抽头补偿式抽头补偿式在线互动是两个电压之间的互动在线互动是两个电压之间的互动第68页/共84页 一段补偿式双向变换器双向变换器负负载载市电输入市电输入互动电压补偿环节互动电压补偿环节在线互动式在线互动式UPSUPS一段补偿式原理方框图一段补偿式原理方框图第69页/共84页DC/ACInverter/charger COM1INPUT COM2NC1NO1NC2NO2RY5RY4NCNOTRANSFERCOM COMRY3NCNORY2NCNOCOM COMRY1NCNOOFFONOUTPUTPrimaryBoost/TrimLLNN一

30、段补偿式结构原理图第70页/共84页七、非在线式和在线式UPS区别的判断市电正常供电时：市电正常供电时：只有一个变换器工作的电路是非只有一个变换器工作的电路是非在线式在线式两个变换器同时工作的电路就是两个变换器同时工作的电路就是在线式在线式AC AC DC DC AC AC DCDCAC AC DC DC AC AC DCDC第71页/共84页八、UPS几种波形形成的基本电路*自激式直流变换器-方波*它激式直流变换器-准方波*叠加式直流变换器-阶梯波*脉宽调制电路PWM-正弦波或梯形波第72页/共84页自激式直流变换器0EEE第73页/共84页它激式直流变换器电 源控 制组 件3842 IC反

31、馈E EE E2E E1E E3t2t1t3第74页/共84页叠加式直流变换器控制电路控制电路直流电源第75页/共84页脉宽调制电路PWMN1A B第76页/共84页比较器比较器方波与三角波的产生第77页/共84页PWM波形的产生第78页/共84页包含正弦波的PWM波形第79页/共84页 -500 -400 -300-200-1000 -100 -200 -300 -400 -500PWM VT1Iout VT2VD1 VD2输出端为感性负载时的波形第一象限第一象限第80页/共84页 -500 -400 -300-200-1000 -100 -200 -300 -400 -500PWM VT1Iout VT2VD1 VD2LC第二象限第81页/共84页 -500 -400 -300-200-1000 -100 -200 -300 -400 -500PWM VT1Iout VT2VD1 VD2LC第三象限第82页/共84页-500 -400-300-200-1000-100-200 -300 -400-500PWM VT1Iout VT2VD1 VD2LC第四象限第83页/共84页谢谢您的观看！第84页/共84页