UPS的基本概念和基本电路

UPS的基本概念和基本电路前言电的一般基本知识：什么叫市电？•1.中国市电的电压和频率是多少？•2.市电同样可以用，为甚麽要去推销UPS？•3.为甚麽UPS的容量要用VA表示？这叫甚麽功率？•4.甚麽叫有功功率，甚麽叫无功功率？各有甚麽作用？•5.KSTAR的UPS产品分那几种类型？•6.UPS的作用是甚麽？•7.功率因数是百分数吗，为甚麽？•8.UPS效率的定义是甚麽，含义是甚麽？目录上篇：UPS的基本概念下篇：UPS的基本电路UPS的三大基本功能稳压滤波不间断双变换UPS功能方框图ACDCACDC静态开关市电输入UPS输出构成UPS的四大基本部分：两个变换器、电池组和旁路开关上篇：UPS的基本概念一、名词概念二、电路指标概念三、电池概念四、UPS供电制式概念五、系统连接概念六、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八、零地电压的形成九、可靠性与可用性一、名词概念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22QPSSQPvar12FSQ无功功率有用吗？•可以帮助有功功率做功•可转化为有功功率UC5.电流峰值系数Fi=IP/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TaTaaaTfaFbgaFFPcos01.0115.012Tbbg5.0cos不同峰值系数的形成Ip2Ip1IUCUC31516.浪涌系数IISINtFS=IS/INUPSISIN7.跟踪速率：UPS输出频率跟踪输入频率的速度外部输入电压波形UPS输出电压波形UPS输出频率在指定范围内跟踪输入而不能稳定8.波形准方波0方波0阶梯波0梯形波正弦波9.线性负载和非线性负载线性负载非线性负载2211IUIUIURIUR若I1=I2，则U1=U2，反之亦然。若I1I2，则U1=U2，反之亦然。UIU2U1I1I2oUIU2U1I1I2o10.一般UPS为什么不能带容性负载ACDCACDC市电输入PSQQPS感性负载情况容性负载情况ACDCACDC市电输入PQQ0QPQ0pp0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，使负载上得到的有功功率减小，容易过载p0例：•一台30kVAUPSF=0.8，要求带相同功率的容性负载（即,F=+0.8）•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：IW=24kW/220V=109A而现在仅无功电流就需要IQ=36kvar/220V=164A全部需要逆变器给出电流A9.196164109222Q2WIII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、输出电压频率精度、输出电压波形失真度等1.电压精度±1%±50%±10%220VUPS给定的旁路电压范围：380V/220V(1±10%)±5V±12V±24V来自UPS输出电压输入电压为额定值时的情况T2TPWM电源对输入电压的调整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2.频率精度±5~6%±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±0.2Hz2.三相•三相三线制相序•三相四线制CACAUUUUUU333BBCABCABCABCBA333IIIIIICABCABCBAUUUUUUCABCABCBAIIIIIIUAUBUCABCIAIBICUABUBCUCANACBoIAIBIC3.电压波形失真度UPS给定的电压失真度3%~5%波形失真在50%甚至以上三、电池概念1.放电电流minUPFIdId—放电电流，AP—UPS额定功率，WF—负载功率因数—逆变器效率Umin—UPS关机前一瞬间的电池电压,一般每单元1.75V。（1）放电时间h放电电流Id图1C20Ah放电曲线2.查放电曲线法恒流放电曲线放电时间放电电流图2容量合并放电曲线各种容量的电池放电曲线容量增加方向3.恒流放电查表法表1GNB恒流放电（A)至中止电压1.75V(25C）50A055837272218161413119.31h2h3h4h5h6h7h8h10h12h50A078756413328242219161450A0911675554437332926221850A1114694695647413633272350A13175112836756494439332850A15204131977866575146383250A0550A0750A0950A1150A1350A15100Ah160Ah210Ah260Ah320Ah370AhSenryFM65恒电流放电表FM655m10m15m30m45m1h2h3h5h8h10h12h24h1.60V22015511068.050.140.22416.811.07.406.355.422.841.65V20214510967.049.639.02416.811.07.406.355.422.841.67V19714210866.349.439.02416.811.07.406.355.422.841.70V19213710665.749.239.02416.811.07.406.355.422.841.75V17112610163.747.738.22316.310.67.396.205.302.841.80V15511796.061.747.237.422.615.810.47.005.905.102.701.85V11290.776.857.242.335.721.315.310.06.705.605.002.65表2恒流放电（A)至不同中止电压(25C）例：•30kVAUPSF=0.8，要求后备时间t=2h，UPS电池电压为3212V，要求用GNB12V/100/Ah电池，需多少节?•解：设逆变器效率=90%，设放电中止电压为1.75V，根据式（1）求得79.4A，由表1查得此值在2h放电到1.75V时,对应的相近规格是50A09（75A,210Ah)，即采用210Ah32或（100Ah32）2恒功率放电查表法PFPdP—放电电流，APd—UPS额定功率，WF—负载功率因数—逆变器效率（2）50A1566560355444938229625018715111250A05190172158128109847152433120m25m30m45m1h1.5h2h3h4h6h50A0728525823719216312710779644750A09380344316257218169143106856550A114754303953212722111791331098050A1357051747538532725421316013096表3GNB额定放电功率（W/Cell）至中止电压1.75V(25C）注意：这里给出的是一个2V单体的数值例：•30kVAUPSF=0.8，要求后备时间t=2h，UPS电池电压为3212V，要求用GNB12V/100/Ah电池，需多少节?•求放电功率，设逆变器效率=90%，设放电中止电压为1.75V，根据式（2）算得放电功率Pd=26667W由表3对应100Ah（50A05）和2h的位置查得为p=71W，则所需电池单体数为：N=Pd/p=26667W/71W=375.59，取整数376，又因一个12V电池有6个单体，故电池数n=N/6=376/6=62.6（节）电池组数m=62.6/32=1.9582（组）所以用322节12V电池即可。SenryFM65恒功率放电表FM655m10m15m30m45m1h2h3h5h8h10h12h24h1.60V36325719612896.278.045.832.121.114.311.910.35.41.65V34725419412595.275.745.132.121.114.311.910.35.41.67V34425219212493.875.745.132.121.114.311.910.35.41.70V33124818912292.475.745.132.121.114.311.910.35.41.75V30823218411290.875.744.331.620.814.211.710.35.41.80V27621617210589.975.243.531.120.614.011.69.95.31.85V22117915097.082.969.941.830.019.313.111.09.55.0表4额定放电功率至不同中止电压(25C）4.电池的组合•假如用100Ah提供2h后备时间•Id=100A时，在曲线上查得28min，•用Id=50A，在曲线上查得对应1h可用2组并联方案切记电池并联不得超过5组有的放电表给出的功率数值是一个单元（2V)的，四、UPS供电制式概念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三相五线制UABUBCUCANACBoEE五、系统连接概念—双市电供电UPS市电1市电2*两路市电同时接在同一台UPS上违背了市电一主一备的原设计思想打乱了原设计的程序不能在整个时间里保护负载UPS市电1市电2*实现一主一备的合理方案六、普通电源变压器是否抗干扰I1I2U1U2N1N2CC普通电源变压器的作用是变压和隔离地七、全桥变换、半桥变换与输出变压器的关系全桥变换器UABUBCUCANVS1VS2VS3VT1VT2VT3VS4VS5VS6VT4VT5VT6RcRbRaUaUbUcUaUbUcN市电变压器NVS1VT1VS2VT2VS3VT3R1R2R3全桥变换器无数出隔离变压器的情况直接接负载等效电路半桥变换器UABUBCUCAN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零地电压的形成：三相电流不平衡、谐波电流、UAUBNUC变电站RICIBIA0VEIN0VUNE一般的接法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高频时的导线截面积在高频下，导线的集肤效应使得电阻变大九、可靠性与可用性MTBF:平均无故障时间MTTR：平均修复时间MTTRMTBFMTBFA可用性A=0.99999时MTTR和MTBF的对应关系表1-1A=0.99999时的MTTR和MTBF的对应关系(n+1)修复时间MTTR要求的MTBF10min16667h20min33333h30min50000h1h100000h2h200000h3h300000h4h400000h5h500000h10h1000000h20h2000000h只注重MTTR的后果MTBF1（h）MTBF2（h）同时出故障的周期（h）505125505005102550050005100255000500005