ups種類、功能、原理
1什么是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(wǎng)故障時，不間斷地為用戶設備提供（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(nèi)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(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)絡監(jiān)控軟/硬件等單元。
6ups監(jiān)控系統(tǒng)組成
ups網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)＝智能ups＋網(wǎng)絡＋監(jiān)控軟件
網(wǎng)絡監(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%不平衡負載,電壓不均衡＜±5%）
動態(tài)響應(100％負載，瞬態(tài)電壓波動<5%,恢復時間：≤20ms)
效率(90－94%)
噪音(50－75db）
環(huán)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(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％）
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
用戶負載量,冗余度
負載性質(zhì)：it類、電感性負載、使用環(huán)境－諧波、變壓器
機房配電設計：進線方式
機型成本及競爭優(yōu)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(shù)
三相負載不平衡度<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
負載類型：重載機械、生產(chǎn)線設備、dcs系統(tǒng)等。
ups工作損耗、通風量、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基礎維護
1ups維護的一般要求
1
ups主機現(xiàn)場應放置操作指南，指導現(xiàn)場操作。
2
ups的各項參數(shù)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(jīng)常檢查設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(wǎng)。
10
定期進行ups電池組帶載測試。
11
各地應根據(jù)當?shù)厥须婎l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(fā)生。
12
ups應使用開放式電池架，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(tǒng)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(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(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。
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)，此設置的條件是均充時間達到設定值時，自動轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)浮充狀態(tài)。
5、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(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(jù)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(guān)機電壓以上，如果電池在規(guī)定負載和規(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?？刹惶幚砘騿影l(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(guān)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(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(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）、用戶有大負載或大沖擊負載啟動。
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。