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弱电工程UPS不间断电源的基础知识
发布时间:2024-05-04

UPS,即不间断电源,是一种含有储能装置,以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。


  其主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时,UPS 将市电稳压后供应给负载使用,此时的UPS就是一台交流市电稳压器,同时它还向机内电池充电;当市电中断(事故停电)时, UPS 立即将机内电池的电能,通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电,使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS 设备通常对电压过大和电压太低都提供保护。下面我们一起来看一下UPS的基础知识吧:


什么是UPS?

  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。


为什么需要UPS?


  市电电网提供的电力供应,看上去正常,可是不可靠:表面正常的电力,实际上危机四伏。


电源中断:

数据丢失,通信中断,商机延误......

—— 直接损失以每分钟5000-100000元计,设备运,仪表失灵,手术中断......

—— 间接经济损失无法估量

电源污染:

瞬态尖峰、电源浪涌、高压脉冲造成服务器、路由器、磁盘阵列 等设备硬件损坏谐波污染、线间噪声、频率漂移造成网络传输误码率大增,数据传输速度低下

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——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系统结构;


监控平台也是UPS的重要组成部分之一


UPS主要技术参数

输入特性:

1、输入电压范围   输入电压范围宽可减小电池放电机会,延长电池寿命。

2、输入功率因数   功率因数低,输入无功功率大,谐波电流污染电网,影响干扰其它设备。

3、主电源频率允许范围。

4、输入电流谐波分量。(PFC、6/12脉冲变压器)

输出特性:

1、静态稳定度。大型为1%,中小型为2%。

2、输出瞬态特性。大型5%,中小型8%。

3、输出过载能力。(如:过载125% 5MIN;150% 10S)

4、输出功率因数。(0.8、0.9、1)

5、输出电压谐波失真度。典型3%以内。

UPS系统基本由以下部分组成:

UPS主机:

必选功能件(如BCB BOX等)

蓄电池:

配套电池柜/架, 电池开关等

功能选件( 如防雷, 监控,谐波治理,上出线等)

需要进行的计算:

UPS主机容量计算与选择

UPS后备电池的容量计算与选择

UPS容量计算与选择


首先获得负载的总功耗,并统一单位到KVA

例如:一般个人计算机负载约200VA,小型服务器负载约1500VA,大中型服务器负载约3000VA

电流I(A安培)及 功耗W(瓦特)与VA的转换关系

VA= I*220

VA= W/0.8(计算时通常考虑20KVA以下为0.7,20KVA以上为0.8)

考虑到UPS运行在60-80%的区间是佳运行状态,一般建议在计算时将上面的结果除以0.8再一次放大

然后在产品手册中选取靠近的功率产品

采用恒功率模式计算方式:

W/cell = PL/(N×6×η。


集中供电方式:


优点:可以实现网络设备资源的等电位控制,减小传输误码率


缺点:初期投资大,单机故障影响


分散供电方式:


优点:方案布置灵活,故障影响小。

缺点:如整个设备不能保持同地线,易引发干扰


单机供电:


   UPS解决方案中简单的一种,每一分散地点交流供电系统容量多为6KVA以下,各点交流负载独立地由一台UPS提供动力,保护市电通常就近采用插座输入。


  主从机串联“热备份”适合于中小型网络、服务器群、办公、仪表等应用场合,由UPS主机、UPS从机、电池系统、配电系统组成配电设计和工程施工简单。


优点:

两台甚至多台UPS基本处于相对独立、互不干扰的运行状态,对于UPS同步跟踪性能要求较低。采用不同型号、不同容量UPS构成串联热备份方式。

缺点:

1、从机长期处于空载运行状态、效率低。

2、从机电池组长期处于浮充状态,得到定期带载放电维护机会少,会影响电池寿命。

3、从机必须有良好的带阶跃负载能力。

4、长期运行,主机逆变器=静态旁路转换功能良好是关键。

5、无扩容功能。

6、相对于“并联”冗余系统平均无故障时间偏低。

4、模块并联供电。

6、全部交流负载集中供电。

7、全部交流负载集中供电,由1台模块化并联UPS供电8、模块化UPS包括:机架、可并联功率模块、可并联电池模块、充电模块等。

9、适合于中小型网络、服务器群、办公、仪表等应用场合。

10、由机架、UPS功率模块、电池模块、配电系统组成

11、功率模块配置为N+1冗余,减少了MTTR

共用输入、输出、并联的电池系统、控制系统

12、N+1直接并联冗余。

13、适合于中大型网络、数据中心、大楼集中供电、工业厂矿等应用场合。

14、由直接并机的N+1台UPS、电池模块、配电系统组成。

15、系统N+1冗余,可靠性高于单机UPS。

16、易于扩容,维护便捷。

17、是应用为广泛的方案。


优点:

1、完善的锁相同步技术保证多台UPS直接并联时可均分负载电流。

2、良好的扩容性能(N+1)

3、避免了“串联”热备份方式的缺点。

缺点:

1、对设备本身同步锁相技术要求高

2、对设备制造技术要求高——输出阻抗接近。

3、对逆变器输出电压调节性能要求高——分相调节

4、UPS必须同型号、同容量。

5、多台并联时,旁路也需增加“均流电感”



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