UPS逆變器

ups逆變器工作原理

UPS逆變器逆變電源和UPS供電系統在功能和原理上大致相同，它們都能實(shí)現以下兩方面的功能: 1.提供一種能夠調節電壓變化、消除各種電氣干擾、提供高質(zhì)量電源供應的途徑；2.在交流市電出現故障時(shí)，能夠保證必要的后備供電能力。二者最大的區別就是UPS需要配置蓄電池組，后備時(shí)間較短，而逆變電源無(wú)需配置蓄電池，可直接利用通信機房的各等級電壓直流屏，其容量較大，可以長(cháng)時(shí)間地保證網(wǎng)絡(luò )運行的不間斷。

具體來(lái)講，UPS供電系統由UPS機頭和蓄電池組兩部分構成，以交流市電作為電源輸入，當交流市電出現故障時(shí)，UPS機頭將蓄電池組儲存的直流轉換為交流進(jìn)行供電; 而逆變電源供電系統只需要在網(wǎng)絡(luò )設備機房安裝一臺逆變電源即可，逆變電源具有交流和直流兩路輸入，交流輸入為交流市電，而直流輸入從支流屏引入。當交流市電處于正常工作時(shí)，經(jīng)過(guò)整流器整流為直流，再經(jīng)逆變器變換為穩頻穩壓的交流向負載供電。當交流市電或整流器發(fā)生故障時(shí)，直流直接經(jīng)過(guò)逆變器變換為交流向負載供電。逆變電源進(jìn)行交直流供電轉換的時(shí)候沒(méi)有延遲，可以最大限度地保證網(wǎng)絡(luò )供電質(zhì)量。另外，對于網(wǎng)絡(luò )管理部門(mén)來(lái)講，使用逆變電源的另一優(yōu)勢就是不用像UPS供電系統一樣需要對蓄電池進(jìn)行定期維護，同時(shí)，直流屏的可靠性要比蓄電池組高。

如果擔心逆變電源設備本身故障會(huì )對計算機網(wǎng)絡(luò )的正常運行造成影響，可以配置兩臺逆變電源，將兩臺逆變電源設置為互備的運行方式，當其中任何一臺逆變電源出現設備故障停機時(shí)，另一臺逆變電源會(huì )立刻接管負載的供電工作，設備之間的切換沒(méi)有延遲。管理員可以不需要中斷計算機網(wǎng)絡(luò )的電源供應就可對出現故障的設備進(jìn)行維修或更換，這樣就更進(jìn)一步提高了網(wǎng)絡(luò )供電系統的可靠性。

上文中也提到，逆變電源的應用需要企業(yè)具備直流系統，因此逆變電源的應用范圍不像UPS那樣廣泛。但是電力、通信等相關(guān)行業(yè)都具備自己的直流系統，在這些領(lǐng)域，逆變電源可以出色地為計算機網(wǎng)絡(luò )系統提供高質(zhì)量的電源供應。例如，筆者所在的供電企業(yè)，在進(jìn)行計算機網(wǎng)絡(luò )擴充的時(shí)候，新增的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)位于一座綜合建筑物內，該建筑物由室內變電站和辦公區域構成，由于變電站都具有直流系統，因此在設計該網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)供電方式的時(shí)候，選擇了機架式的逆變電源，交流市電作為交流輸入，從變電站的直流屏引入直流。機架式逆變電源在此次網(wǎng)絡(luò )擴充中的應用，不僅為網(wǎng)絡(luò )設備提供了高質(zhì)量、高可靠性的電源供應，同時(shí)減輕了網(wǎng)絡(luò )管理人員的維護工作量，同時(shí)由于采用了機架式設備，便于強電的布線(xiàn)，而且節省了網(wǎng)絡(luò )機房的空間。該網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)投入運行幾年來(lái)，網(wǎng)絡(luò )設備一直正常運行，這其中逆變電源功不可沒(méi)。

在早期的電信機房中，通常采用將220V交流電源經(jīng)過(guò)整流，為48V電池組充電，由電池組直接給程控交換機供電。隨著(zhù)計算機網(wǎng)絡(luò )和通信網(wǎng)絡(luò )在電信機房的應用，需要為其提供高質(zhì)量的220V的交流電源。由于有現有的48V電池組，所以通常采用電池組+逆變器的方法，將48V直流變換為220V交流電源為網(wǎng)絡(luò )供電。

1．UPS（不間斷供電系統）最重要的作用就是不間斷供電，當市電網(wǎng)符合輸入范圍時(shí)，經(jīng)過(guò)AC/DC，DC/AC雙重變換，向負載供電，當市電網(wǎng)超限時(shí)，由電池向負載供電，當UPS故障或過(guò)載時(shí)由旁路電源向負載供電。維護時(shí)還可以通過(guò)手動(dòng)維修旁路開(kāi)關(guān)對UPS進(jìn)行在線(xiàn)維護。而電池組+逆變器的供電方式，當電池組出現故障需要更換時(shí)，必須使系統間斷，這會(huì )對系統造成巨大的損失。UPS的不間斷作用是電池組+逆變器無(wú)法替代的。

2．UPS的作用是實(shí)現雙路電源的不間斷相互切換，提供一定時(shí)間的后備時(shí)間，穩壓，穩頻，隔離干擾等。它能夠將瞬間間斷，諧波干擾，電壓波動(dòng)，頻率波動(dòng)，浪涌等電網(wǎng)干擾阻擋在負載之前。由于UPS自身逆變器的輸入直流總線(xiàn)和外接電池組均與用戶(hù)原有的48V通信電源無(wú)任何直接的電氣連接，所以不會(huì )對程控機產(chǎn)生任何傳導干擾。另外，UPS為防止對外的輻射干擾，通常采用鋼板式框架結構,在UPS內襯2mm厚不銹鋼板的外部設計的流線(xiàn)型塑料外殼，在保持了優(yōu)美外形的同時(shí)，消除了對其它設備的輻射干擾。在它的輸入輸出端采用了RFI濾波器，使得向負載提供的是經(jīng)過(guò)凈化的交流電源。

3．因為逆變器是固定的48V供電，電池電壓較低，當輸出功率要求較大時(shí)，對功率模塊的生產(chǎn)工藝要求愈高，因此大功率逆變器難以實(shí)現。目前，我們最大的逆變器為30KVA。而UPS本身的自帶電池組直流電壓可高至幾百伏，因此單機功率可以很大，單機可以做到800KVA，且還可以通過(guò)并機方式進(jìn)一步擴大容量。如HPC系列，可以8臺直接并聯(lián)或通過(guò)公共旁路柜并聯(lián)。

4．為適應現代通訊網(wǎng)絡(luò )飛速發(fā)展的需求，要求UPS或逆變器必須擁有極強的網(wǎng)絡(luò )管理功能。我們向用戶(hù)提供了RS232接口，其完善的網(wǎng)絡(luò )管理軟件可適應不同的操作系統，可對16臺UPS同時(shí)進(jìn)行監控，可監測多達170多種參數。其特有的UPS2000遠程監控軟件可以使您的UPS天天都處于專(zhuān)業(yè)工程師的監控之中，確保您高枕無(wú)憂(yōu)。

5．有人曾提出UPS的缺點(diǎn)是當輸入電壓偏高或偏低時(shí)，即轉為電池放電，而我國電網(wǎng)狀況通常較差，會(huì )引起電池頻繁放電，縮短電池壽命。使用48V逆變器則不用考慮此問(wèn)題。事實(shí)上，我們在設計上均充分考慮了此問(wèn)題，采用先進(jìn)的DSP控制技術(shù)，具有超寬的輸入電壓范圍，在+25%的范圍內仍可滿(mǎn)載輸出，極大地減少了電池放電次數。其先進(jìn)的智能電池管理功能，使其充電器具有極小的交流紋波，充電電壓自動(dòng)溫度補償，放電終止電壓隨放電時(shí)間自動(dòng)補償，自動(dòng)電池檢測，電池壽命計算等功能，極大地保護了電池，可使電池壽命延長(cháng)30%。

UPS種類(lèi)按工作原理不同，UPS分為：

離線(xiàn)式（后備式UPS、互動(dòng)式UPS）

在線(xiàn)式UPS

按供電體系不同，UPS分為：?jiǎn)芜M(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：

電池內置式UPS（標準機型）

電池外置式UPS（長(cháng)延時(shí)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(diǎn)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(shí)，市電通過(guò)開(kāi)關(guān)后直接供給負載，逆變器不工作；另外，市電通過(guò)充電器給電池充電。

停電后，啟動(dòng)逆變器，把電池儲存的能量通過(guò)逆變器和開(kāi)關(guān)供給負載。

功率等級0.25-2KVA左右

互動(dòng)式UPS運行原理在線(xiàn)互動(dòng)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(guò)變壓器的抽頭跳變，實(shí)現分段穩壓。

功率等級0.7-20kVA左右

在線(xiàn)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(guò)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(shí)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

UPS配置與選擇

UPS分類(lèi)和選擇工作方式：后備式、互動(dòng)式、在線(xiàn)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(chǎng)專(zhuān)用、車(chē)載或船用

輸出變壓器：高頻機，工頻機

配電部分：線(xiàn)纜及開(kāi)關(guān)

容量及機型選擇

用戶(hù)負載量,冗余度

負載性質(zhì)：IT類(lèi)、電感性負載、使用環(huán)境－諧波、變壓器

機房配電設計：進(jìn)線(xiàn)方式

機型成本及競爭優(yōu)勢。

用戶(hù)負載量；UPS輸出冗余度（70～80％）

負載峰值因素（3：1）不能超過(guò)逆變器過(guò)載能力

負載視在功率（KVA）不能超過(guò)UPS額定功率*功率因素折算系數

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(xiàn)路電壓/頻率波動(dòng)、浪涌沖擊、峰值下陷、高頻干擾，環(huán)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(lǐng)域：鋼鐵、化工、電力、汽車(chē)、造紙、煤炭、石油、隧道

負載類(lèi)型：重載機械、生產(chǎn)線(xiàn)設備、DCS系統等。

UPS工作損耗、通風(fēng)量、空調配置

滿(mǎn)載損耗（KW）＝kVACos×（6～7.5％）

UPS容量	40KVA	80KVA	100KVA	160KVA	200KVA	300KVA	400KVA	600KVA	800KVA
通風(fēng)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）

海拔高度	1000米	1500米	2000米	2300米	3000米
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(gè)Cell電池恒功率數據：

3、根據廠(chǎng)家恒功率放電數據表選擇滿(mǎn)足計算結果的電池規格。

配電部分：線(xiàn)纜及開(kāi)關(guān)

輸入開(kāi)關(guān)容量及線(xiàn)纜規格：

三相電工速算法:輸入電流(A)＝1.8XKVA,開(kāi)關(guān)系數X1.2

單相電工速算法:輸入電流(A)＝5XKVA,開(kāi)關(guān)系數X1.2

輸出開(kāi)關(guān)容量及線(xiàn)纜規格：

三相電工速算法:輸出電流(A)＝1.5XKVA,開(kāi)關(guān)系數X1.2

單相電工速算法:輸出電流(A)＝4XKVA,開(kāi)關(guān)系數X1.2

電池開(kāi)關(guān)容量及線(xiàn)纜規格：放電電流（A）＝kVA?Cos/U電池電壓開(kāi)關(guān)系數(X1.2)

電纜長(cháng)度與壓降：如70mm線(xiàn)阻0.26?/km

零線(xiàn)及地線(xiàn)規格：零線(xiàn)＝1～1.5倍相線(xiàn)，地線(xiàn)＝相線(xiàn)

配電部分：電纜及開(kāi)關(guān)規格

電纜額定電流簡(jiǎn)單算法

電纜規格	1/1.5/2.5	4/6	10/16	25/35/50	70/95/120	150/185	240	300
額定電流	×8A	×6A	×4A	×3A	×2.5A	×2A	×1.5A	×1.2A

空開(kāi)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＝UPSKVA

選用△/Y0型隔離變壓器，輸出中性點(diǎn)接地，Y/Y型變壓器旁路反灌會(huì )造成DC電壓過(guò)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(shí)現零線(xiàn)電氣隔離。

UPS基礎維護UPS維護的一般要求

1、UPS主機現場(chǎng)應放置操作指南，指導現場(chǎng)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(shí)更新。

3、檢查各種自動(dòng)、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(xiàn)及端子的接觸情況，檢查饋電母線(xiàn)、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內部的元器件的外觀(guān)，發(fā)現異常及時(shí)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(wú)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(dòng)頻繁且速率較高，超出UPS跟蹤范圍時(shí)，嚴禁進(jìn)行逆變/旁路切換操作。在油機供電時(shí)，尤其應注意避免該情況的發(fā)生。

12、UPS應使用開(kāi)放式電池架，以利于蓄電池的運行及維護。

UPS常見(jiàn)故障處理

1、市電有電時(shí)，UPS出現市電斷電告警。

可能原因:

1）、市電輸入空開(kāi)跳閘。

2）、輸入交流線(xiàn)接觸不良。

3）、市電輸入電壓過(guò)高、過(guò)低或頻率異常。

4）、UPS輸入空開(kāi)或開(kāi)關(guān)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(kāi)。

2）、檢查輸入線(xiàn)路。

3）、如市電異?？刹惶幚砘騿?dòng)發(fā)電機供電。

4）、更換損壞的空開(kāi)、開(kāi)關(guān)或保險絲。

5）、檢查UPS市電檢測回路。

2、試電正常時(shí)，UPS輸出正常

市電斷電后，負載也跟著(zhù)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(wú)法充電。

3）、電池老化、損壞。

4）、負載過(guò)載，UPS旁路輸出。

5）、負載未接到UPS輸出。

6）、長(cháng)延時(shí)機型的電池組未連接或接觸不良。

7）、UPS逆變器未啟動(dòng)（UPS面板控制開(kāi)關(guān)未打開(kāi)），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(shí)對電池充足電。

B、啟動(dòng)發(fā)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(dòng)逆變器對負載供電（打開(kāi)面板控制開(kāi)關(guān)）。

8）、檢查逆變器。

3、UPS無(wú)法啟動(dòng)可能原因

1）、電池長(cháng)期放置不用，電壓低。

2）、輸入交流、直流電源線(xiàn)未連接好。

3）、UPS內部開(kāi)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(xiàn)是否接觸良好。

3）、檢查UPS開(kāi)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。

6）、UPS在正常使用時(shí)突然出現蜂鳴器長(cháng)鳴告警。

可能原因：

1）、用戶(hù)有大負載或大沖擊負載啟動(dòng)。

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(dòng)作。

處理方法：

1）、A、負載投入時(shí)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。

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(guò)高。

2）、UPS地線(xiàn)與負載設備地線(xiàn)沒(méi)接在同一點(diǎn)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(shí)可在UPS的輸出端零地間并一個(gè)1-3kΩ電阻。

2）、將UPS地與負載地接到同一個(gè)點(diǎn)上。

3）、重新啟動(dòng)負載設備。

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