UPS種類、功能、原理
什么是UPS
UPS－Uninterrupted Power System；利用電池化學能作為后備能量，在市電斷電等電網故障時，不間斷地為用戶設備提供（交流）電能的一種能量轉換裝置。
為什么用UPS
UPS的四大功能
1、不停電功能，解決電網停電問題；
2、交流穩壓功能，解決網壓劇烈波動問題；
3、凈化功能，解決電網與電源污染問題；
4、管理功能，解決交流動力維護問題；
UPS的主要功能:
實現電網與用電器之間的隔離；
實現兩路電源的不間斷切換；
提供高質量電源；
電壓變換和頻率變換功能；
停電后提供后備時間。
UPS種類
按工作原理不同，UPS分為：
離線式（后備式UPS、互動式UPS）
在線式UPS
按供電體系不同，UPS分為：單進單出UPS、三進單出UPS、三進三出UPS。
按輸出功率不同，UPS分為：
微型 < 6kVA
小型 6-20kVA
中型 20-100KVA
大型 >100kVA
按電池位置不同，UPS分為：
電池內置式UPS（標準機型）
電池外置式UPS（長延時機型）
按多機運行方式不同，UPS分為：
串聯熱備份UPS（用于中小功率機器）
交替串聯熱備份UPS（中小UPS)
直接并聯UPS (用于中大功率）
按變壓器特點不同，UPS分為：高頻UPS（高頻機）、工頻UPS（工頻機）
按輸出波形不同，UPS分為：方波輸出UPS、階梯波（準正弦波）UPS、正弦波輸出UPS。
UPS系統結構及原理
監控平臺也是UPS的最重要組成部分之一。
UPS的基本原理
后備式UPS運行原理
有市電時，市電通過開關后直接供給負載，逆變器不工作；另外，市電通過充電器給電池充電。
停電后，啟動逆變器，把電池儲存的能量通過逆變器和開關供給負載。
功率等級0.25-2KVA左右
互動式UPS運行原理
在線互動UPS與后備式比，主要區別在于：逆變器與充電器合二為一；輸出通過變壓器的抽頭跳變，實現分段穩壓。
功率等級0.7-20KVA左右
在線式UPS運行原理
不管電網電壓是否正常，負載所用的交流電壓都要經過逆變電路，即逆變電路始終處于工作狀態。
功率等級0.7-1500KVA左右
Delta變換UPS運行原理
Delta變換器和補償變壓器實現穩壓功能，主變換器是雙向變換器。不能穩定頻率。
功率等級10-480KVA左右
四種UPS的比較
UPS供電系統
一個完備的UPS供電系統，是由前端配電（市電，發電機，配電柜），UPS主機、電池、后端配電組成，附加后臺監控或網絡監控軟/硬件等單元。
UPS監控系統組成
UPS網絡監控系統＝智能UPS＋網絡＋監控軟件
網絡監控軟件含以下三部分：
SNMP卡
監控臺軟件
安全關機程序
UPS監控組網
UPS品質選擇與配置選擇
UPS品質選擇
UPS－負載：輸出/整機指標
輸出電壓標準及精度（220/380VAC±1％）
輸出頻率標準及精度（50HZ±0.01％）
輸出功率因素（0.7－1)
輸出過載/抗短路能力(125％額定電流，10min 150％額定電流，60s )
三相不平衡能力(100%不平衡負載,電壓不均衡＜±5%）
動態響應(100％負載，瞬態電壓波動<5%,恢復時間：≤20ms)
效率(90－94%)
噪音(50－75db）
環境指標(溫度0～40℃），濕度，海拔<1000米）。
UPS整機指標－效率計算
UPS各部件效率：
SCR整流器99％；IGBT整流器98％、IGBT逆變器效率96％、變壓器效率98％,濾波器99％
傳統UPS的效率：
SCR整流（99％）×IGBT逆變（96％）×輸出TX（98％）=93％
12脈沖傳統UPS的效率:
輸入移相TX（98％）×雙SCR整流（98％）×IGBT逆變（96％）×輸出TX（98％）=90％
新型UPS效率計算：
IGBT整流（98％）×IGBT逆變（96％）=94％
UPS －電池：電池管理
充電保護（過壓及過流充電保護，溫度補償）
放電保護（關機截止電壓設定及調整，自動脫扣）
電池智能化管理（檢測和報警）
后備時間計算和顯示：額定負載后備時間T
75％額定負載1.6T; 50％額定負載2.5T; 33％額定負載4T
充電能力及充電時間：10％～25％額達容量充電能力
充電時間計算：T＝AH/I充電×（充電效率80％ ）
UPS配置與選擇
UPS分類和選擇
工作方式：后備式、互動式、在線式；
容量：小功率（1～10KVA）；中功率（20～60K）；大功率（80～1000KVA）
適用環境：商業級、工業級、電廠專用、車載或船用
輸出變壓器：高頻機，工頻機。
小功率：APC、Santak（山特）、Kestar（科士達）、PCM
中功率：Powerware、MGE、Emerson-Liebert、Delta、Santak
大功率 Emerson-Liebert 、MGE、Powerware、Chloride-Siemens、Socomec-Sicon、 GE-Imv、Best-Borri
其他常見品牌：科華（kelong）、冠軍（champion）、易斯特（East）、賽康、復華、優瑪、寶合、四通、 Best、伽馬創力、雷洛士、Powerland（寶蘭）、山頓（Sendon）、勁達（Deltec）、東芝（Toshiba）、APC- Gutor（固特）、AEG（德國通用電氣）、Protect（普洛泰克）。
容量及機型選擇
電池計算及配置
配電部分：線纜及開關
容量及機型選擇
用戶負載量,冗余度
負載性質：IT類、電感性負載、使用環境－諧波、變壓器
機房配電設計：進線方式
機型成本及競爭優勢。
用戶負載量；UPS輸出冗余度（70～80％）
負載峰值因素（3：1）不能超過逆變器過載能力
負載視在功率（KVA）不能超過UPS額定功率*功率因素折算系數
三相負載不平衡度<30%。
工業級UPS
惡劣的電氣和物理環境：供電線路電壓/頻率波動、浪涌沖擊、峰值下陷、高頻干擾，環境溫濕度不穩、粉塵、腐蝕等。
結構：輸入輸出雙隔離、鋼板機箱、高IP防護等級。
適用領域：鋼鐵、化工、電力、汽車、造紙、煤炭、石油、隧道
負載類型：重載機械、生產線設備、DCS系統等。
UPS 工作損耗、通風量、空調配置
滿載損耗（KW）＝kVA Cos×（6～7.5％）空調制冷量
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UPS容量 |
40KVA |
80KVA |
100KVA |
160KVA |
200KVA |
300KVA |
400KVA |
600KVA |
800KVA |
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通風量立方米/h |
2200 |
2400 |
2590 |
3500 |
3700 |
3900 |
4400 |
7500 |
9300 |
輸出功率折算－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）
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海拔高度 |
1000米 |
1500米 |
2000米 |
2300米 |
3000米 |
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UPS輸出功率折算 |
100% |
85% |
79% |
75% |
69% |
電池計算和配置
精確計算：恒功率計算法
1、截止電壓確定：
1.67V/cell<放電30分鐘; 1.75V/cell放電30~60分鐘；
1.83V/cell>放電60分鐘
2、計算每個Cell電池恒功率數據：
3、根據廠家恒功率放電數據表選擇滿足計算結果的電池規格。
配電部分：線纜及開關
輸入開關容量及線纜規格：
三相電工速算法:輸入電流(A)＝1.8XKVA ,開關系數X1.2
單相電工速算法:輸入電流(A)＝5XKVA ,開關系數X1.2
輸出開關容量及線纜規格：
三相電工速算法:輸出電流(A)＝1.5XKVA ,開關系數X1.2
單相電工速算法:輸出電流(A)＝4XKVA ,開關系數X1.2
電池開關容量及線纜規格： 放電電流（A）＝kVA ?Cos/U電池電壓開關系數(X1.2)
電纜長度與壓降：如70mm 線阻0.26?/km
零線及地線規格：零線＝1～1.5倍相線，地線＝相線
配電部分：電纜及開關規格
電纜額定電流簡單算法
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電纜規格 |
1/1.5/2.5 |
4/6 |
10/16 |
25/35/50 |
70/95/120 |
150/185 |
240 |
300 |
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額定電流 |
X8A |
X6A |
X4A |
X3A |
X2.5A |
X2A |
X1.5A |
X1.2A |
空開規格：R10、R16、R20、R25、R32、R40、R50、R63、R80、R100、R125、R160、R200、R250、R320、R400、R630、R800、R1250。
隔離變壓器
高頻機加裝380V/380V輸出隔離變壓器：容量KVA＝UPS KVA
選用△/Y0型隔離變壓器，輸出中性點接地， Y/Y型變壓器旁路反灌會造成DC電壓過高危險。
UPS加裝380V/220V輸出隔離變壓器：輸出容量損失20～30％對逆變器有干擾反饋，選用效率高，干擾小變壓器。
旁路隔離變壓器：實現零線電氣隔離。
UPS基礎維護
UPS維護的一般要求
1、UPS主機現場應放置操作指南，指導現場操作。
2、UPS的各項參數設置信息應全面記錄、妥善歸檔保存并及時更新。
3、檢查各種自動、告警和保護功能是否正常。
4、定期進行UPS各項功能測試。
5、定期檢查主機、電池及配電部分引線及端子的接觸情況，檢查饋電母線、電纜及軟連接頭等各連接部位的連接是否可靠，并測量壓降和溫升。
6、經常檢查設備的工作和故障指示是否正常。
7、定期查看UPS內部的元器件的外觀，發現異常及時處理。
8、定期檢查UPS各主要模塊和風扇電機的運行溫度有無異常。
9、保持機器清潔，定期清潔散熱風口、風扇及濾網。
10、定期進行UPS電池組帶載測試。
11、各地應根據當地市電頻率的變化情況，選擇合適的跟蹤速率。當輸入頻率波動頻繁且速率較高，超出UPS跟蹤范圍時，嚴禁進行逆變/旁路切換操作。在油機供電時，尤其應注意避免該情況的發生。
12、UPS應使用開放式電池架，以利于蓄電池的運行及維護。
UPS維護項目及周期表
1 UPS日檢項目：
主要內容有：檢查控制面板，確認所有指示正常，所有指示參數正常，面板上沒有報警；檢查有無明顯的高溫、有無異常噪聲；確信通風柵無阻塞；調出測量的參數，觀察有無與正常值不符等。
2 UPS周檢項目：
周檢的主要內容有：測量并記錄電池充電電壓、電池充電電流、 UPS 三相輸出電壓、UPS 輸出線電流。如果測量值與以前明顯不同，應記錄下新增負荷的大小、種類和位置等。
UPS月、季、年維護項目：
UPS電源的電池管理
電池是UPS的重要組成部分，在UPS的諸多故障中，有很大比例是由于電池問題引起的，電池性能的好壞直接影響到系統的可靠性。為了保證電池的服務壽命，除了維持正常溫度和日常的維護外，電池的自動管理是至關重要的因素。
UPS電源對電池自動管理包括自動均浮充轉換控制、電池預告警關機、定期自動維護、手動電池自檢等多項可提高電池使用壽命的先進功能，同時還具備電池故障檢測、電池放電后備時間預測及電池特征曲線管理。
自動均、浮充轉換
電池充電過程能自動根據電池電流實現均充、浮充自動轉換，設定的均充轉浮充判據為：I≤0.01C。
2 電池浮充電壓溫度補償：（以2V電池為例）
電池在浮充狀態下，浮充電壓可以根據溫度進行補償，溫度補償以20℃為中心點，在10℃-40℃內全補償，計算公式：
溫度T>40 ，T=40 ； 若T<10，T=10
電池平均單體電壓應調節為：V=V0+(20-T)×0.003
其中，V0為電池廠家給定的在20℃下的單體浮充電壓，可以根據不同電池在初次上電時進行設置，默認為2.23V。對均充電壓不補償，默認的單體均充電壓為2.35V。
3 均充限時：
如果連續12小時處于均充狀態，控制系統將強制轉浮充狀態，此設置的條件是均充時間達到設定值時，自動轉為轉浮充狀態。
4 放電管理：
設置電池放電的截止電壓為每單體電池1.8V，實際截止電壓會隨電池老化程度不同而在此值附近向下浮動，截止電壓為每單體電池1.8V的選取，已經考慮到了大功率放電情況下電池容量的衰減。
UPS電池自動測試
UPS蓄電池的容量測試可人工測試或利用UPS的電池自動測試功能實現。人工測試的方法可參考直流供電系統中蓄電池的容量測試方法進行。下面對UPS的自動測試功能進行介紹。
該測試只有在以下情況下才能進行：
逆變器在運行；
逆變器不超載；
備用電源（旁路供電）存在并且符合要求；
逆變器與旁路電源同步；
電池必須充足電。
UPS電池自動測試功能根據以下三點設置：
時間間距（測試周期可設定為10天―150天）
電池自動測試的日期和時間
電池有問題時默認的報警方式
啟動電池測試時，整流器電壓將下降到電池組額定電壓以下，而在逆變器關機電壓以上，如果電池在規定負載和規定時間內可以按要求放電，UPS就給出一個肯定的信號，表明電池是好的；如果電池在規定負載和規定時間內不能按要求放電，UPS就給出一個否定的信號，表明電池需要更換。但這時由于整流/充電器電壓大于逆變器關機電壓值，故整流/充電器電壓仍然向逆變器供電，使輸出電壓并不間斷。
UPS常見故障處理
1 市電有電時，UPS出現市電斷電告警。
可能原因
1）市電輸入空開跳閘。
2）輸入交流線接觸不良。
3）市電輸入電壓過高、過低或頻率異常。
4）UPS輸入空開或開關損壞或保險絲熔斷。
5）UPS內部市電檢測電路故障。
處理方法
1）檢查輸入空開。
2）檢查輸入線路。
3）如市電異常可不處理或啟動發電機供電。
4）更換損壞的空開、開關或保險絲。
5）檢查UPS市電檢測回路。
2 市電正常時，UPS輸出正常；市電斷電后，負載也跟著斷電。
可能原因
1）由于市電經常低壓，電池處于欠壓狀態。
2）UPS充電器損壞，電池無法充電。
3）電池老化、損壞。
4）負載過載，UPS旁路輸出。
5）負載未接到UPS輸出。
6）長延時機型的電池組未連接或接觸不良。
7）UPS逆變器未啟動（UPS面板控制開關未打開），負載由市電旁路供電。
8）逆變器損壞，UPS旁路輸出。
處理方法
1）A、在市電電壓正常時對電池充足電。
B、啟動發電機對電池充電。
C、在UPS輸入端加穩壓器。
2）檢查充電器。
3）更換電池。
4）減少負載。
5）將負載接到UPS的輸出。
6）檢查電池組是否接對、接好。
7）啟動逆變器對負載供電（打開面板控制開關）。
8）檢查逆變器。
3 UPS無法啟動。
可能原因
1）電池長期放置不用，電壓低。
2）輸入交流、直流電源線未連接好。
3）UPS內部開機電路故障。
4）UPS內部電源電路故障或電源短路。
5）UPS內部功率器件損壞。
處理方法
1）將電池充足電。
2）檢查輸入交流、直流線是否接觸良好。
3）檢查UPS開機電路。
4）檢查UPS電源電路。
5）檢查UPS內部整流、升壓、逆變等部分的器件是否損壞。
UPS在正常使用時突然出現蜂鳴器長鳴告警。
可能原因
1）用戶有大負載或大沖擊負載啟動。
2）輸出端突然短路。
3）UPS內部逆變回路故障。
4）UPS保護、檢測電路誤動作。
處理方法
1）A、 負載投入時按先大后小的順序。
B、 增大UPS的功率容量。
2）檢查UPS的輸出是否短路。
3）檢查UPS逆變器。
4）檢查UPS內部控制電路。
6 UPS工作正常但負載設備異常。
可能原因
1）UPS輸出零地電壓過高。
2）UPS地線與負載設備地線沒接在同一點上。
3）負載設備受到異常干擾。
處理方法
1）檢查UPS接地，必要時可在UPS的輸出端零地間并一個1-3KΩ電阻。
2）將UPS地與負載地接到同一個點上。
3）重新啟動負載設備。
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