UPS種類、功能、原理
1什么是UPS
UPS－Uninterrupted Power System，利用電池化學(xué)能作為后備能量，在市電斷電等電網(wǎng)故障時，不間斷地為用戶設(shè)備提供（交流）電能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。
2為什么用UPS
UPS的四大功能:
1
不停電功能，解決電網(wǎng)停電問題；
2
交流穩(wěn)壓功能，解決網(wǎng)壓劇烈波動問題；
3
凈化功能，解決電網(wǎng)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:
1
實現(xiàn)電網(wǎng)與用電器之間的隔離；
2
實現(xiàn)兩路電源的不間斷切換；
3
提供高質(zhì)量電源；
4
電壓變換和頻率變換功能；
5
停電后提供后備時間。
3UPS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(jìn)單出UPS
三進(jìn)單出UPS
三進(jìn)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(nèi)置式UPS（標(biāo)準(zhǔn)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(lián)熱備份UPS（用于中小功率機器）
交替串聯(lián)熱備份UPS（中小UPS)
直接并聯(lián)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(zhǔn)正弦波）UPS
正弦波輸出UPS
4UPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理
監(jiān)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(guān)后直接供給負(fù)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(guān)供給負(fù)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(qū)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(xiàn)分段穩(wěn)壓。
功率等級0.7-20kVA左右
在線式UPS運行原理
不管電網(wǎng)電壓是否正常，負(fù)載所用的交流電壓都要經(jīng)過逆變電路，即逆變電路始終處于工作狀態(tài)。
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(xiàn)穩(wěn)壓功能，主變換器是雙向變換器。不能穩(wěn)定頻率。
功率等級10-480kVA左右
四種UPS的比較
5UPS供電系統(tǒng)
一個完備的UPS供電系統(tǒng)，是由前端配電（市電，發(fā)電機，配電柜），UPS主機、電池、后端配電組成，附加后臺監(jiān)控或網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟/硬件等單元。
6UPS監(jiān)控系統(tǒng)組成
UPS網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)＝智能UPS＋網(wǎng)絡(luò)＋監(jiān)控軟件
網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件含以下三部分：
SNMP卡
監(jiān)控臺軟件
安全關(guān)機程序
UPS監(jiān)控組網(wǎng)
UPS品質(zhì)選擇與配置選擇
1UPS品質(zhì)選擇
UPS－負(fù)載：輸出/整機指標(biāo)
輸出電壓標(biāo)準(zhǔn)及精度（220/380VAC±1％）
輸出頻率標(biāo)準(zhǔn)及精度（50HZ±0.01％）
輸出功率因數(shù)（0.7－1)
輸出過載/抗短路能力(125％額定電流，10min150％額定電流，60s)
三相不平衡能力(100%不平衡負(fù)載,電壓不均衡＜±5%）
動態(tài)響應(yīng)(100％負(fù)載，瞬態(tài)電壓波動<5%,恢復(fù)時間：≤20ms)
效率(90－94%)
噪音(50－75db）
環(huán)境指標(biāo)(溫度0～40℃），濕度，海拔<1000米）。
UPS整機指標(biāo)－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(tǒng)UPS的效率：
SCR整流（99％）×IGBT逆變（96％）×輸出TX（98％）=93％
12脈沖傳統(tǒng)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(guān)機截止電壓設(shè)定及調(diào)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(fù)載后備時間T
75％額定負(fù)載1.6T;50％額定負(fù)載2.5T;33％額定負(fù)載4T
充電能力及充電時間：10％～25％額達(dá)容量充電能力
充電時間計算：T＝AH/I充電×（充電效率80％）
2UPS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（20～60kVA）；大功率（80～1000kVA）
適用環(huán)境：商業(yè)級、工業(yè)級、電廠專用、車載或船用
輸出變壓器：高頻機，工頻機
配電部分：線纜及開關(guān)
容量及機型選擇
用戶負(fù)載量,冗余度
負(fù)載性質(zhì)：IT類、電感性負(fù)載、使用環(huán)境－諧波、變壓器
機房配電設(shè)計：進(jìn)線方式
機型成本及競爭優(yōu)勢。
用戶負(fù)載量：UPS輸出冗余度（70～80％）
負(fù)載峰值因素（3：1）不能超過逆變器過載能力
負(fù)載視在功率（KVA）不能超過UPS額定功率*功率因素折算系數(shù)
三相負(fù)載不平衡度<30%。
工業(yè)級UPS
惡劣的電氣和物理環(huán)境：供電線路電壓/頻率波動、浪涌沖擊、峰值下陷、高頻干擾，環(huán)境溫濕度不穩(wěn)、粉塵、腐蝕等。
結(jié)構(gòu)：輸入輸出雙隔離、鋼板機箱、高IP防護等級。
適用領(lǐng)域：鋼鐵、化工、電力、汽車、造紙、煤炭、石油、隧道
負(fù)載類型：重載機械、生產(chǎn)線設(shè)備、DCS系統(tǒng)等。
UPS工作損耗、通風(fēng)量、空調(diào)配置
滿載損耗（KW）＝kVACos×（6～7.5％）空調(diào)制冷量
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）
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(shù)據(jù)：
3、根據(jù)廠家恒功率放電數(shù)據(jù)表選擇滿足計算結(jié)果的電池規(guī)格。
配電部分：線纜及開關(guān)
輸入開關(guān)容量及線纜規(guī)格：
三相電工速算法:輸入電流(A)＝1.8XKVA,開關(guān)系數(shù)X1.2
單相電工速算法:輸入電流(A)＝5XKVA,開關(guān)系數(shù)X1.2
輸出開關(guān)容量及線纜規(guī)格：
三相電工速算法:輸出電流(A)＝1.5XKVA,開關(guān)系數(shù)X1.2
單相電工速算法:輸出電流(A)＝4XKVA,開關(guān)系數(shù)X1.2
電池開關(guān)容量及線纜規(guī)格：放電電流（A）＝kVACos/U電池電壓開關(guān)系數(shù)(X1.2)
電纜長度與壓降：如70mm線阻0.26Ώ/km
零線及地線規(guī)格：零線＝1～1.5倍相線，地線＝相線
配電部分：電纜及開關(guān)規(guī)格
電纜額定電流簡單算法
空開規(guī)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＝UPSKVA
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(xiàn)零線電氣隔離。
UPS基礎(chǔ)維護
1UPS維護的一般要求
1
UPS主機現(xiàn)場應(yīng)放置操作指南，指導(dǎo)現(xiàn)場操作。
2
UPS的各項參數(shù)設(shè)置信息應(yīng)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(jìn)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(jīng)常檢查設(shè)備的工作和故障指示是否正常。
7
定期查看UPS內(nèi)部的元器件的外觀，發(fā)現(xiàn)異常及時處理。
8
定期檢查UPS各主要模塊和風(fēng)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(fēng)口、風(fēng)扇及濾網(wǎng)。
10
定期進(jìn)行UPS電池組帶載測試。
11
各地應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)厥须婎l率的變化情況，選擇合適的跟蹤速率。當(dāng)輸入頻率波動頻繁且速率較高，超出UPS跟蹤范圍時，嚴(yán)禁進(jìn)行逆變/旁路切換操作。在油機供電時，尤其應(yīng)注意避免該情況的發(fā)生。
12
UPS應(yīng)使用開放式電池架，以利于蓄電池的運行及維護。
2UPS維護項目及周期表
1、UPS日檢項目：
主要內(nèi)容有：檢查控制面板，確認(rèn)所有指示正常，所有指示參數(shù)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(fēng)柵無阻塞；調(diào)出測量的參數(shù)，觀察有無與正常值不符等。
2、UPS周檢項目：
周檢的主要內(nèi)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(yīng)記錄下新增負(fù)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(tǒng)的可靠性。為了保證電池的服務(wù)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(guān)重要的因素。
UPS電源對電池自動管理包括自動均浮充轉(zhuǎn)換控制、電池預(yù)告警關(guān)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(jìn)功能，同時還具備電池故障檢測、電池放電后備時間預(yù)測及電池特征曲線管理。
自動均、浮充轉(zhuǎn)換
電池充電過程能自動根據(jù)電池電流實現(xiàn)均充、浮充自動轉(zhuǎn)換，設(shè)定的均充轉(zhuǎn)浮充判據(jù)為：I≤0.01C。
3、電池浮充電壓溫度補償：（以2V電池為例）
電池在浮充狀態(tài)下，浮充電壓可以根據(jù)溫度進(jìn)行補償，溫度補償以20℃為中心點，在10℃-40℃內(nèi)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(yīng)調(diào)節(jié)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(jù)不同電池在初次上電時進(jìn)行設(shè)置，默認(rèn)為2.23V。對均充電壓不補償，默認(rèn)的單體均充電壓為2.35V。
4、均充限時：
如果連續(xù)12小時處于均充狀態(tài)，控制系統(tǒng)將強制轉(zhuǎn)浮充狀態(tài)，此設(shè)置的條件是均充時間達(dá)到設(shè)定值時，自動轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)浮充狀態(tài)。
5、放電管理：
設(shè)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(jīng)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(xiàn)。人工測試的方法可參考直流供電系統(tǒng)中蓄電池的容量測試方法進(jìn)行。下面對UPS的自動測試功能進(jìn)行介紹。
該測試只有在以下情況下才能進(jìn)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(jù)以下三點設(shè)置：
時間間距（測試周期可設(shè)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(rèn)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(guān)機電壓以上，如果電池在規(guī)定負(fù)載和規(guī)定時間內(nèi)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(guī)定負(fù)載和規(guī)定時間內(nèi)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(guān)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。
3UPS常見故障處理
1、市電有電時，UPS出現(xiàn)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(guān)損壞或保險絲熔斷。
5）、UPS內(nèi)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(fā)電機供電。
4）、更換損壞的空開、開關(guān)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(fù)載也跟著斷電。
可能原因：
1）、由于市電經(jīng)常低壓，電池處于欠壓狀態(tài)。
2）、UPS充電器損壞，電池?zé)o法充電。
3）、電池老化、損壞。
4）、負(fù)載過載，UPS旁路輸出。
5）、負(fù)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(guān)未打開），負(fù)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(fā)電機對電池充電。
C、在UPS輸入端加穩(wěn)壓器。
2）、檢查充電器。
3）、更換電池。
4）、減少負(fù)載。
5）、將負(fù)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(fù)載供電（打開面板控制開關(guān)）。
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(nèi)部開機電路故障。
4）、UPS內(nèi)部電源電路故障或電源短路。
5）、UPS內(nèi)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(nèi)部整流、升壓、逆變等部分的器件是否損壞。
6）、UPS在正常使用時突然出現(xiàn)蜂鳴器長鳴告警。
可能原因：
1）、用戶有大負(fù)載或大沖擊負(fù)載啟動。
2）、輸出端突然短路。
3）、UPS內(nèi)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(fù)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(nèi)部控制電路。
5）、UPS工作正常但負(fù)載設(shè)備異常。
可能原因：
1）、UPS輸出零地電壓過高。
2）、UPS地線與負(fù)載設(shè)備地線沒接在同一點上。
3）、負(fù)載設(shè)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(fù)載地接到同一個點上。
3）、重新啟動負(fù)載設(shè)備。
