​1UPS的基本原理及主要技（jì）術參數

什麽（me）是UPS？

利用電池化（huà）學能作為後備能量，在市電斷（duàn）電等電網故障時，不間（jiān）斷地為用戶（hù）設（shè）備提供（交流）電能（néng）的（de）一種能量轉換裝置。

為什麽需要UPS？

市電（diàn）電網提供的電力（lì）供應，看上去正常，可是不（bú）可靠:表麵正常的電力，實際上危機四（sì）伏。

電源中斷

• 數據丟失，通信中斷，商機延誤（wù）......

  —— 直（zhí）接損失以每分鍾5000-100000元計

• 設備停運，儀表失（shī）靈，手術（shù）中斷......

  —— 間接（jiē）經濟損失無法估（gū）量

電源汙染

• 瞬態尖峰、電（diàn）源浪湧、高壓脈（mò）衝

  造成服務器、路由器、磁盤陣列（liè） 等設備硬件損壞

• 諧波汙染、線間噪聲、頻率漂移

  造成網絡傳輸（shū）誤碼率大增，數據傳輸速度低下

UPS的四大功能

不停電功能——解（jiě）決電網停電問題

交流穩壓功能——能解決（jué）網壓劇烈波（bō）動問題

淨（jìng）化功能——解決電網與電源汙（wū）染問題

管（guǎn）理（lǐ）功能——解決交流動力（lì）維護問題

UPS係統結構

監控平台也是UPS的最重要組成部分之一

UPS種類

按工作原理不同，UPS分為：

• 離（lí）線式（後備式UPS、互（hù）動式UPS）       

• 在線式UPS 

按（àn）供電（diàn）體係不同，UPS分為：

• 單進單（dān）出（chū）UPS     

• 三進單出UPS     

• 三進三出UPS

按輸出（chū）功率不同，UPS分為：

• 微型（xíng）  <6kVA  

• 小（xiǎo）型  6-20kVA   

• 中（zhōng）型  20-100KVA

• 大型（xíng）  >100kVA

按電（diàn）池（chí）位置不（bú）同，UPS分為

• 電（diàn）池內置式UPS（標準機型）     

• 電池外置式UPS（長延時機（jī）型）

按多機運行（háng）方式不同，UPS分（fèn）為：

• 串聯熱備份UPS（用於中（zhōng）小功率機器）

• 交替串聯熱備份UPS（中小UPS)

• 直接並（bìng）聯UPS (用於中（zhōng）大（dà）功率）

按（àn）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（bō））UPS

• 正弦波輸（shū）出UPS

UPS主要技術參（cān）數

輸入特性：

1、輸入電壓範圍   輸入電壓範圍寬可減小電池放（fàng）電機會，延長電池壽命。

2、輸入功率因數   功率因（yīn）數低，輸入無功功率大，諧波（bō）電流汙染電網（wǎng），影響（xiǎng）幹擾其（qí）它設備。

3、主電源頻率允許範圍。

4、輸（shū）入電流諧波分量。（PFC、6/12脈衝變壓（yā）器）

輸出特性：

1、靜態穩定度。大型為1%，中小（xiǎo）型為2%。

2、輸出（chū）瞬態特性。大型（xíng）5%，中小型8%。

3、輸出過載（zǎi）能（néng）力。（如：過載125% 5MIN;150% 10S)

4、輸（shū）出（chū）功（gōng）率因數。（0.8、0.9、1）

5、輸出電壓諧波失真度。典型3%以內。

2UPS相關配（pèi）置及計算

UPS係統基本由以下部分組成：

•  UPS主（zhǔ）機

• 必選功能件(如BCB BOX等)

• 蓄電（diàn）池

• 配套電池（chí）櫃/架, 電池開關等（děng）

• 功能選（xuǎn）件( 如防雷, 監控,諧（xié）波治理（lǐ），上出線等（děng）)

需要進行的計（jì）算：

• UPS主機容量計算與選擇

• UPS後備電池的容量計算與（yǔ）選擇（zé）

UPS容量計算（suàn）與選擇

首先獲得負載的總功耗,並統一單（dān）位到KVA

例如:一（yī）般個人計算機負載約200VA，小型服務器負載約1500VA，大中型服務器負載約3000VA

電流I(A安培)及 功耗W（瓦（wǎ）特）與VA的轉換（huàn）關係

• VA= I*220

• VA= W/0.8(計算時通常考慮20KVA以（yǐ）下為0.7，20KVA以上為0.8)

考慮到UPS運行在60-80%的（de）區（qū）間是最佳運行狀態（tài）,一般建議在計算時將上麵的結果除以0.8再一次放大

然後在產品手冊中選取最靠近的功率產品

• 采用（yòng）恒功率模式計算方式

     W/cell ＝ PL/(N×6×η)

3UPS配電係統基礎

空氣開關的類型

• 按照殼體大小（xiǎo）和（hé）分斷能力分類：

• 1 空氣斷路器ACB Air Circuit Break（800-6300A）

• 常用容量：800/1000/1250/1600/2000…

• 2 塑殼斷路器MCCB Moulded Case Circuit Break（ 100-2000A ）

• 常用容量：100/125/160/200/250/320/400/500/630/800…

• 3 小型斷路器MCB Miniature Circuit Break（4-125A）

• 常用容量：10/16/25/32/40/50/63/80/100/125

空氣開關的類型

 按照極數(pole)分類：

單極/1P（L）

雙極/2P（L/N）

三極/3P（L1/L2/L3）

四極/4P（L1/L2/L3+N）

按照極數(pole)分類：

配電用

電（diàn）動機用

UPS開關容量的選擇

單相（xiàng）UPS的額定（dìng）電流計（jì）算:

單相6KVA，額定輸出工作（zuò）電流6KVA/220V=27.3A

輸入電流

• 考慮最低工作電壓160V

• 考慮充（chōng）電容（róng）量預留15％（小UPS）

• 考慮效率90％

• 則輸（shū）入最大電流：6KVA×1.15/（160×0.9）=47.9A

• 選取開關為50A或63A

三相UPS的額（é）定電流計（jì）算

 額定輸出工作電流

• Hipulse U 120KVA為三相的總容量

• 每相額定容量為1/3，即120/3=40KVA

• 每相的額定工作電流：40KVA/220V＝181.8A

• 速算（suàn）方法：120K/(3*220)，即為120×（1K/660）=120*1.5。

• 1.5為（wéi）實際工作電流（liú）速算係數，工作電（diàn）流=1.5×UPS容（róng）量

• 例子：120KVA UPS，額定輸出電流120×1.5＝180A

• 中型UPS考慮輸入最低工作電壓，大型UPS可以不考慮最低（dī）工作電壓

• 考慮充電容（róng）量預留25％（中大UPS）

• 考慮效率90％

• 則輸（shū）入容量速算係數：1.5×1.25/(0.9)＝2.08，近似（sì）2.0（因為25％的（de）充（chōng）電餘量非常（cháng）大）

• 2為開關容量速算係數（大（dà）UPS），開關容量（liàng）=2×UPS容量

• 例（lì）子：120KVA輸（shū）入電流：120×2＝240A，選用250A開關（guān）

• UL33及高（gāo）頻機UPS，輸入電壓範（fàn）圍非常寬（kuān），必須考慮滿載最低工作電壓（額定電源的75％）,

• 所以60KVA UPS的（de）輸入開關（guān）：60×2/0.75＝160A，選（xuǎn）160A

• 2.5為開（kāi）關（guān）容量速算係數，開關容（róng）量=2.5×UPS容量

4UPS供電方案（àn）介紹

集中供電方式：

優點：可（kě）以實現（xiàn）網絡（luò）設備資源的等電位控製，減小傳輸誤碼率。

缺點（diǎn）：初期投資大，單機故障影（yǐng）響大（dà）。

分（fèn）散供（gòng）電方式（shì）：

優點：方案布置靈活，故障影響（xiǎng）小。

缺點：如整個設（shè）備不能保持同地線（xiàn），易引（yǐn）發幹擾。

單機供電

• UPS解決（jué）方案（àn）中最簡（jiǎn）單的（de）一種

• 每一分散地點交流供電係統容量多為6KVA以下（xià）

• 各（gè）點交（jiāo）流負載獨立地由一台UPS提供動力保護

• 市電通常就近采用插座輸入

主從機串（chuàn）聯“熱備份”

• 適合於中小型網絡、服務器群、辦公、儀表等應用場合

• 由UPS主機、UPS從機、電池係統、配電係統組成

• 配電設計和工程施工簡單

優點：

兩台甚至多（duō）台UPS基本處於相對獨立、互不幹（gàn）擾的運行狀態（tài）。

對（duì）於UPS同步跟蹤性能要求較低。

采用不同型號、不同（tóng）容量UPS構成串聯熱備份方式。

缺點：

從機長（zhǎng）期處於空載運行狀態、效率低（dī）。

從機電池組長期處於浮充狀態，得到定期帶載放電（diàn）維（wéi）護機會少，會影響電池壽（shòu）命（mìng）。

從機必須有（yǒu）良好的帶階躍負載能力（lì）。

長期運行，主機逆變器=靜態旁路轉（zhuǎn）換（huàn）功能良好是關鍵

無擴容功（gōng）能。

相對於“並聯”冗餘（yú）係統（tǒng）平均無故障時間（jiān）偏低。

模塊並聯供電（diàn）

• 全（quán）部交流負載集（jí）中供電，由1台模塊化並聯UPS供（gòng）電

• 模塊化（huà）UPS包括：機架、可並聯功率模塊、可並聯電池模塊、充電模塊等

• 適合於中小型網絡、服務器（qì）群、辦公、儀表等應用場合

• 由機架、UPS功率模塊、電池模塊、配電係統組成

• 功率模塊配置為（wéi）N+1冗餘，減（jiǎn）少了MTTR

• 共用輸入、輸出、並聯的電池（chí）係統、控製係統

N+1直接並聯冗餘

• 適合於中大型網絡、數據中（zhōng）心、大樓集中供電、工業廠礦等應用場合

• 由直接並機的N+1台UPS、電池模（mó）塊、配電係統組成

• 係（xì）統N+1冗餘（yú），可靠性（xìng）高於單機UPS

• 易於擴容，維護便捷

• 是應用最為廣泛的方案

優點：

完善的鎖相同步技術保證多台（tái）UPS直接並聯時（shí）可均分負載電流。

良好的擴（kuò）容性能（N+1）

避免了“串聯”熱備（bèi）份方式的缺點。

缺（quē）點：

對設備本身（shēn）同步鎖相技術要求高

對設備製造技術要求（qiú）高——輸出阻（zǔ）抗接近。

對逆變器輸出電壓調節性（xìng）能要求（qiú）高——分相調節

UPS必須同型號、同容量。

多台並聯時，旁路也（yě）需增加“均流電（diàn）感”

雙母線

解決單母線（xiàn）運行方式存在的單點“瓶頸”問題（tí）。進一步提高係統可靠性。係統配置複雜，投資大，安（ān）裝調試要求高。