1、現代通信機房不同電力配置現代通信機房不同電力配置方式及發展趨勢方式及發展趨勢 主講人：杜秋主講人：杜秋 目目 錄錄一一IDC機房的歷史及其演變；機房的歷史及其演變；二二IDC機房的歷史問題；機房的歷史問題；三三IT系統及系統及IDC機房的基本組成；機房的基本組成；四四IDC機房中電力系統組成及其結構形式；機房中電力系統組成及其結構形式；五五UPS的技術原理及常用的組合結構；的技術原理及常用的組合結構；六六UPS的蓄電池的蓄電池七七IDC機房的配電以及機房的配電以及ATSSTS的應用和特性；的應用和特性； IDC機房的發展與計算機技術的發展、信息產機房的發展與計算機技術的發展、信息產業政策、國家

2、經濟發展等息息相關，總體可分業政策、國家經濟發展等息息相關，總體可分為四個階段；為四個階段； 第一階段（早期機房）：第一階段（早期機房）：19591979； 第二階段（中期機房）：第二階段（中期機房）：19801990； 第三階段（近期機房）：第三階段（近期機房）：19901999； 第四階段（現代機房）：第四階段（現代機房）：2000年后；年后；一、一、IDC的歷史及其演變的歷史及其演變1.1、第一階段、第一階段計算機技術的發展歷程：晶體管計算機技術的發展歷程：晶體管集成電路集成電路大規模集成電路。主要為大規模集成電路。主要為國產設備，用于國防、科研及特殊領域；國產設備，用于國防、科研及特殊

3、領域；里程碑：里程碑： 59年年9月，我國第一臺大型電子管計算機月，我國第一臺大型電子管計算機104研制成功；研制成功； 65年年6月，我國自行成功研制第一臺晶體管大型計算機月，我國自行成功研制第一臺晶體管大型計算機109乙機；乙機； 74年年8月，月，DJS 130小型多功能計算機研制成功，共生產小型多功能計算機研制成功，共生產1000臺；臺； 78年年1月，以月，以inter 8080為為CPU的微機，配的微機，配I/O部件的部件的DJS-054微機研制成功；微機研制成功；環境要求：該時期的計算機對環境要求苛刻，溫、濕、塵都嚴格控制，沒有環境要求：該時期的計算機對環境要求苛刻，溫、濕、塵都

4、嚴格控制，沒有機房環境標準，每臺設備都需要專門的場地，這就是當時的機房；機房環境標準，每臺設備都需要專門的場地，這就是當時的機房；1.2、第二階段、第二階段硅技術的發展，使微機、超微機、小型機、大型機、超大型機誕生，改革開放使硅技術的發展，使微機、超微機、小型機、大型機、超大型機誕生，改革開放使計算機脫去了神秘面紗；計算機脫去了神秘面紗；里程碑：里程碑： 80年，年，MS-DOS/PC-DOS開發成功；開發成功； 82年，年，Compaq公司發布公司發布IBM-PC兼容機；兼容機； 83年，我國第一臺年，我國第一臺PC機機長城長城100誕生；誕生； 88年，我國第一套國產以太局域網系統誕生；年

5、，我國第一套國產以太局域網系統誕生； 89年，創立年，創立Word Wide Web，超文本鏈接上網；，超文本鏈接上網；這個時期計算機、機房和網絡開始工業化和標準化，出臺了這個時期計算機、機房和網絡開始工業化和標準化，出臺了計算機站場地技術計算機站場地技術要求要求標準，這個時期開始引進機房專用空調、標準，這個時期開始引進機房專用空調、UPS電源設備（逆變器從可控硅電源設備（逆變器從可控硅到晶體管脈寬波的轉型期）等，初步形成計算機機房的概念，主要在國防、金融、到晶體管脈寬波的轉型期）等，初步形成計算機機房的概念，主要在國防、金融、電信等行業應用；電信等行業應用；1.3、第三階段、第三階段這個階段

6、計算機通信技術大幅發展，計算機作為網絡中的一個節點運行，從這個階段計算機通信技術大幅發展，計算機作為網絡中的一個節點運行，從X.25幀中繼幀中繼-ATM網絡，從撥號網絡，從撥號-衛星衛星-光纖專線，計算機和通信成為不可光纖專線，計算機和通信成為不可分割的一體，我國和世界的差距越來越小；分割的一體，我國和世界的差距越來越小；里程碑：里程碑：1990年，微軟年，微軟windows3.0發布，兼容發布，兼容MS-DOS；1991年，上海長途首次開通電子郵件業務；年，上海長途首次開通電子郵件業務；1992年，年，windows3.1發布、發布、1995年，年，win95發布；發布；1996年，全國骨干

7、網年，全國骨干網chinanet建成開通、建成開通、1998年，信產部解決千年蟲問題；年，信產部解決千年蟲問題；1999年，中國電信和經貿委發動年，中國電信和經貿委發動“政府上網工程政府上網工程”；此時的計算機技術已經成熟，電源廣泛采用開關電源（此時的計算機技術已經成熟，電源廣泛采用開關電源（-48V直流），直流），120-240V、50-69Hz的電源環境下可運行，疑惑：機房電源的發展方向？穩壓？穩的電源環境下可運行，疑惑：機房電源的發展方向？穩壓？穩頻？零地電壓的超高（頻？零地電壓的超高（2V）的煩惱（金融系統的衛星小站設備損害率極高）！）的煩惱（金融系統的衛星小站設備損害率極高）！隔離變

8、壓器、綜合接地等有效措施摸索了多年。隔離變壓器、綜合接地等有效措施摸索了多年。1.4、第四階段、第四階段21世紀，計算機技術的飛速發展，人們已經不太關注計算機自身性能，而是更關注世紀，計算機技術的飛速發展，人們已經不太關注計算機自身性能，而是更關注他的應用，數據中心（他的應用，數據中心（Data Center 原是全球協作的特定設備網絡）的概念由此引入原是全球協作的特定設備網絡）的概念由此引入并延伸。并延伸。目前，各大行業（金融、保險、通信、公安、稅務、國家安全）均在建設基于自身目前，各大行業（金融、保險、通信、公安、稅務、國家安全）均在建設基于自身業務需求的網絡數據中心，這就是業務需求的網絡

9、數據中心，這就是IDC；IDC的概念：互聯網數據中心（的概念：互聯網數據中心（Internet Data Center）簡稱）簡稱IDC，就是通過互聯網通信，就是通過互聯網通信線路、帶寬資源，建立標準化的專業級機房環境，為企業、政府提供服務器托管、線路、帶寬資源，建立標準化的專業級機房環境，為企業、政府提供服務器托管、租用以及相關增值等方面的全方位服務；租用以及相關增值等方面的全方位服務； IDC的功能：通過使用電信部門的的功能：通過使用電信部門的IDC服務器托管業務，企業或政府單位無需再建立自服務器托管業務，企業或政府單位無需再建立自己的專門機房、鋪設昂貴的通信線路，也無需高薪聘請網絡工程師

10、，即可解決自己己的專門機房、鋪設昂貴的通信線路，也無需高薪聘請網絡工程師，即可解決自己使用互聯網的許多專業需求。主要應用范圍是網站發布、虛擬主機和電子商務等。使用互聯網的許多專業需求。主要應用范圍是網站發布、虛擬主機和電子商務等。 早期早期沒機房標準、手工作坊式；中期沒機房標準、手工作坊式；中期有了電力、空調、消防、環境等基本標有了電力、空調、消防、環境等基本標準；現代準；現代智能化、集成化、高效安全、節能減排；智能化、集成化、高效安全、節能減排；二、二、IDC的歷史問題的歷史問題-11. 數據中心所要支持的數據中心所要支持的業務系統要求與業務系統要求與企業企業IT架構的設計、基礎設施的設計嚴

11、重架構的設計、基礎設施的設計嚴重脫節脫節。建數據中心的。建數據中心的目標不明晰、領導意識起重要作用、規模、資金、業績目標不明晰、領導意識起重要作用、規模、資金、業績、倒推。、倒推。2. 設計標準落后，基礎研究空白，缺乏統計數據設計標準落后，基礎研究空白，缺乏統計數據。多用。多用93年標準，現流行年標準，現流行TIA-942，大多寫電信業的通信、寫綜合布線、寫光纖網絡接入，基礎設施方面提，大多寫電信業的通信、寫綜合布線、寫光纖網絡接入，基礎設施方面提的比較少。基礎研究空白，國內沒有專門的跟數據中心對口專業機構。缺乏的比較少。基礎研究空白，國內沒有專門的跟數據中心對口專業機構。缺乏統計數據，現在的

12、數據發展很快，雖然有很多數據中心，但是沒有統計過其統計數據，現在的數據發展很快，雖然有很多數據中心，但是沒有統計過其運行的能耗、效率、成長生命周期、成本與盈利。運行的能耗、效率、成長生命周期、成本與盈利。3. 設計建造依靠經驗，缺乏科學的方法和工具設計建造依靠經驗，缺乏科學的方法和工具。空調冷量平衡計算和風量計算。空調冷量平衡計算和風量計算，基本憑經驗算。數據中心三維空間內任意一點的風壓分布，有沒有辦法做，基本憑經驗算。數據中心三維空間內任意一點的風壓分布，有沒有辦法做計算？（計算？（CFD模擬）。模擬）。4.技術經濟指標、節能措施缺乏計算和考慮技術經濟指標、節能措施缺乏計算和考慮。不考慮建設

13、有效單。不考慮建設有效單位成本，單位耗電量是多少，所有的只是經濟指標，在收支兩位成本，單位耗電量是多少，所有的只是經濟指標，在收支兩條線條線。5.目前，最熱的話題是目前，最熱的話題是節能節能，據統計，截止，據統計，截止2005年，美國年，美國36%的的電力全部消耗在各個數據中心，數據中心的節能是非常重要的電力全部消耗在各個數據中心，數據中心的節能是非常重要的。如果考慮到環境成本，問題可能更加嚴重。目前計算機設備。如果考慮到環境成本，問題可能更加嚴重。目前計算機設備越來越便宜，電力越來越貴，按照這個趨勢發展，未來十年，越來越便宜，電力越來越貴，按照這個趨勢發展，未來十年，一個數據中心能不能開得起

14、是能不能付得起電，而不是能不能一個數據中心能不能開得起是能不能付得起電，而不是能不能買得起計算機，觀貫徹科學發展觀理念！買得起計算機，觀貫徹科學發展觀理念！二、二、IDC的歷史問題的歷史問題-2三、三、IT系統的基本組成系統的基本組成NetworkIT系統People（人員）Process（流程）Information Technology（信息系統）Network Critical Physical Infrastructure網絡關鍵基礎物理設施網絡關鍵基礎物理設施機房環境設施機房環境設施三、三、IDC的基本組成：的基本組成： 基礎物理設施基礎物理設施NCPI（Network Critic

15、al Physical Infrastructure) 物理結構：物理結構：建筑物結構、空間、地域環境、承重、層高等；建筑物結構、空間、地域環境、承重、層高等； 電力系統：電力系統：高低壓變配系統、柴油機組、高低壓變配系統、柴油機組、UPS設備、電池系統、設備、電池系統、UPS設備及配電、機架配電、直流配電等設備及配電、機架配電、直流配電等 空調系統：空調系統：制冷技術、空調設備、氣流組織、送風方式、機架微環制冷技術、空調設備、氣流組織、送風方式、機架微環境、布局工藝、綜合布線、架空地板等；境、布局工藝、綜合布線、架空地板等； 消防系統：消防系統：消防類型、滅火介質、系統聯控、消防監控及聯動等

16、；消防類型、滅火介質、系統聯控、消防監控及聯動等； 監控系統：監控系統：設備監控（設備監控（UPS、空調）、電力監控、閉路電視安保監、空調）、電力監控、閉路電視安保監控、門禁監控、個性開發等；控、門禁監控、個性開發等；四、四、IDC機房的電力系統組成機房的電力系統組成及其結構形式及其結構形式高低壓變輸配電系統高低壓變輸配電系統內內 容容高壓（高壓（HV)超高壓（超高壓（EHV)特高壓（特高壓（UHV)直流高壓（直流高壓（HVDC)國 際標準35220KV330750KV1000KV500KV國 內標準110200KV330500750KV1000KV800KV西北電網電壓序列750330110

17、35100.38KV 和22011035100.38KV其他電網電壓序列50022011035100.38KV最終用戶變配電100.38（6300KVA容量），350.38KV（6300kva容量）2、直流電網：、直流電網：10年3月10日，世界第一條500KV（目前較高電壓等級的還有800KV ）、180萬kw(額定300萬kw雙回路直流輸電線路葛滬直流綜合改造（三滬回直流）線路工程正式通過竣工驗收，4月1日正式送電。工程西起湖北省荊門換流站東至上海楓涇換流站，全長976千米，額定輸送功率300萬千瓦。工程投產后，湖北至上海的500KV輸電線路送電能力將由過去的720萬KW增加到900萬KW

18、，送電能力相當于上海用電負荷的45%左右。1、交流電網、交流電網高低壓變輸配電系統高低壓變輸配電系統3、國家電網交流線路輸配示意圖輸電電壓輸電電壓KV輸送容量輸送容量MW輸送距離輸送距離km1101050501502201005001003003302008002006005001000150015085075020002500500以上4、國家電網常用的電壓等級及輸送距離終端高低壓變配電結構終端高低壓變配電結構進線柜隔離小車避雷柜接地柜開關柜A-1開關柜A-2A路10KV進線柜隔離小車避雷柜接地柜開關柜B-1開關柜B-22變壓器1主開關1-1電容柜1開關柜1-2開關柜1-3開關柜1-4開關柜

19、1-5開關柜開關柜1-n變壓器2主開關2-1電容柜2開關柜2-2開關柜2-3開關柜2-4開關柜2-5開關柜聯絡柜變壓器3主開關3-1電容柜4開關柜3-2開關柜3-3開關柜3-4開關柜3-5開關柜開關柜3-n變壓器4主開關4-1電容柜4開關柜4-2開關柜4-3開關柜4-4開關柜4-5開關柜聯絡柜B路10KV高低壓的用電及精細化管理高低壓的用電及精細化管理S總=2*5000KVA（如，定值）：該機房的裝機總額定容量；S實（KVA）：電表記錄的負載的實際視在功率；P實（KW）：電表記錄的負載實際有功功率；Q實（Kvar）：電表記錄的負載實際無功功率；COS：功率因數；S契（KVA）：每月的電力契約值

20、；F基（元）：每月的基礎電費；F實（元）：實際消耗的電力費用；F調（元）：根據功率因數進行電費調節的力率調整費用；F罰（元）：是電業部門對用戶執行的超過契約用電量的罰款；F總（元）：當月總的用電費；電費計算公式及參數介紹電費計算公式及參數介紹1、函數關系： S實=（P實2+ Q實2 ）1/2； COS= P實 S實；2、電費計算公式： F總= F實+ F基+F罰+F調； F實=Dj電費單價 P實； F基=39 S契（KVA）； F罰=（S實-S契） 39 2； F調=F實（0.85- COS）2；F基=39S契（KVA），39是電業部門的規定，按用電需求契約申請的基礎費用；最佳狀態是F罰=0，

21、而F基保持最佳數值（即S實=S契）；在安全運行的前提下，科學地計算和預測次月的用電需求，合理申請契約容量，可最大限度地節約基礎電費。就某機房的實例分析就某機房的實例分析如：本月的使用容量為：S實=2800KVA；經預測，次月使用量約3150KVA：1、常規管理：甲、乙兩路市電各申請的契約容量為： S契=3150KVA ，做到一主一備，當某路線路故障或中斷時，翻至另一路供電。此時，2臺變壓器工作、另2臺變壓器備用，則該月的基礎電費為: F基基=3931502=24.6萬元，萬元，F罰罰=0；2、改進管理：如果根據情況，按實際需求申請：甲路 S契=1400KVA，乙路S契=1750KVA， 當市電

22、無故障時：F基基=39（1400+1750）=12.3萬元，萬元，F罰罰=0；當某路市電故障時，其最高的費用支出為： F基基=12.3萬元，萬元， F罰罰=1750*78=13.5萬元；萬元；當雙路市電均出現故障時，其最高的費用支出為： F基基=12.3萬元，萬元， F罰罰=3150*78=24.6萬元；萬元；備注：凡因供電方故障引起的電力中斷，在上海可至電業局申請免于罰款！調整前后的費用比較調整前后的費用比較內容內容常規模式常規模式改進模式改進模式預計總使用容量預計總使用容量3150KVA（本月使用量（本月使用量2800KVA、預計新增量、預計新增量350KVA）各分路容量分配各分路容量分配

23、A線線B線線A線線B線線3150KVA3150KVA1400KVA1750KVA運行模式運行模式一主一備一主一備雙路運行雙路運行基礎費基礎費24.6萬元萬元12.3萬元萬元當甲線路出現故障當甲線路出現故障24.6萬元萬元23.2萬元萬元當乙線路出現故障當乙線路出現故障24.6萬元萬元25.8萬元萬元雙路均出現過故障雙路均出現過故障24.6萬元萬元36.9萬元萬元COS值的概念和模形建立值的概念和模形建立P：有功功率；Q：無功損耗；M：諧波損耗；S：無諧波視在功率；S：總的視在功率；S=（ S 2+M2） 1/2 =（P2+Q2+M2）1/2柴油機組（簡）柴油機組（簡）柴油機是IDC機房不可或缺

24、的應急后備電源，特別是在西部或者市電不穩定的地區。主要有：燃氣輪機組、柴油機組等；匹配發電機時，要考慮其容量所保護的范圍：整個機房？僅僅網絡設備？部分重要負載？發電機組要考慮與UPS容量的配比，注意發電機輸出的負載特性和帶載能力等問題，防止諧振！感性負載 容容性負載 等于與?Z的矢量和 五、五、UPS的技術原理及的技術原理及 常用的組合結構常用的組合結構5.1、UPS設備分類設備分類UPS定義：即定義：即Uninterruptible Power Supply縮寫，其分類多樣性：縮寫，其分類多樣性：1.按動靜分：旋轉型、動靜型、靜止型；按動靜分：旋轉型、動靜型、靜止型；2.按功率分：大、中、小

25、功率；按功率分：大、中、小功率；3.按輸出波形分：方波、正弦波；按輸出波形分：方波、正弦波；4.按輸入按輸入出電壓的相數分：出電壓的相數分：三相、單相及混合型三相、單相及混合型；5.按功率器件分：按功率器件分：SCR、功率晶體管、功率晶體管、MOS場效應管、場效應管、IGBT等；等；6.按頻率分：工頻、高頻；按頻率分：工頻、高頻；7.不停電方式：不停電方式：在線式、后備式、線交互式在線式、后備式、線交互式。435.2、常用的靜止變換型、常用的靜止變換型UPS設備分類設備分類（ 中華人民共和國通信行業標準YD-T1905-2008）1.在線式UPS(On line UPS) ：逆變器始終為負載提

26、供所需能量，并監測、調整UPS的輸出參數。當輸入交流電壓、頻率和輸出容量在允許范圍內時，UPS的輸出電壓值、旁路功能、頻率與相位跟蹤功能、電池充電功能均正常的工作方式。 2.互動式UPS(Line interactive UPS) ：交流輸入正常時，通過穩壓裝置對負載供電，變換器只對電池充電。交流輸入異常時，電池通過變換器對負載供電。當輸入交流電壓、頻率在允許范圍內時，變換器對電池處于充電狀態的工作方式。 3.后備式UPS（Passive stand-by UPS）：交流輸入正常時，通過穩壓裝置對負載供電。交流輸入異常時，電池通過逆變器對負載供電。UPS的電氣性能參數（在線式）的電氣性能參數（

27、在線式）UPS的電氣性能參數（互動式的電氣性能參數（互動式）UPS的電氣性能參數（后備式）的電氣性能參數（后備式）5.3、UPS的主要保護和告警功能的主要保護和告警功能1.輸出短路保護：輸出負載短路時，UPS應自動關斷輸出，同時發出聲光告警。 2.輸出過載保護 ：輸出負載超過UPS額定功率時聲光告警，超過過載能力時，在線式UPS應轉旁路供電；互動式與后備式UPS應自動關斷輸出；3. 電池低電壓保護：電池電壓降至保護點時，聲光告警，停止供電；4.輸出過欠壓保護 ：輸出電壓超過設定過、欠電壓值時，聲光告警，在線式UPS應轉為旁路供電。互動式與后備式UPS應自動關斷輸出；5. 遙測、遙信性能：UPS

28、應具備RS232或RS485/422、SNMP、USB標準通訊接口；6.遙測：交流輸入/輸出電壓、輸入/輸出電流、輸入輸出頻率、蓄電池充電電流/電壓/溫度/后備時間、負載率等在線查閱和遠程瀏覽功能；7. 遙信 ：同步/不同步、逆變/旁路、過載、蓄電池低電壓、市電故障、整流器故障、逆變器故障、旁路故障和運行狀態等記錄；8.電池組智能管理功能：定期對電池組進行自動浮充、均充轉換，自動溫度補償及電池組放電記錄功能。5.4、UPS的基本電氣結構（整流、直流、逆變）的基本電氣結構（整流、直流、逆變）5.4.1、整流電路分類、整流電路分類p 單相可控整流電路單相可控整流電路單相半波可控整流電路單相半波可控

29、整流電路單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路單相全波可控整流電路單相全波可控整流電路單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路p 三相可控整流電路三相可控整流電路 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路 5.4.2、整流的基礎概念、整流的基礎概念整流電路是出現最早的電力電子電路，功能是將交流整流電路是出現最早的電力電子電路，功能是將交流電變為直流電，其內容分類為：電變為直流電，其內容分類為：按組成的器件分：按組成的器件分：不可控、半控、全控不可控、半控、全控三種三種按電路結構分：按電路結構分：橋式電路橋式電路和和零式電路零式電路按交流輸入相數分：按

30、交流輸入相數分：單相電路單相電路和和多相電路多相電路按變壓器二次側電流的方向分：按變壓器二次側電流的方向分：單向單向或或雙向雙向，又分為，又分為單拍電路單拍電路和和雙拍電路雙拍電路5 5. .4.34.3 單相半波可控整流電路（阻性負載）單相半波可控整流電路（阻性負載）TVTR0a)u1u2uVTudidt12ttttu2uguduVT0b)c)d)e)00u單相半波可控單相半波可控整流電路及波形整流電路及波形2cos145.0)cos1(22)(sin221222dUUttdUU2cos145.02cos1222RRRUUUIddu直流輸出的平均電壓（脈動）與控制角的關系u直流輸出的平均電流

31、（脈動）與控制角的關系22sin41)()sin2(212222RtdtRUUIau在選擇晶閘管以及導線截面定額時，從發熱的觀點按電流的有效值計算I222sin41cos222IUUISPu功率因數與觸發角的關系5.4.4、單相半波可控整流的參數關系曲線（阻性負載）、單相半波可控整流的參數關系曲線（阻性負載）由于直流是脈動電流，故其有效值比平均值大得多。當=0，即全導通時，I2=1.57Id，隨著逐漸增大，I2Id之值越來越大。在單相半波整流電路中，整流輸入輸出以及流過晶閘管的電流都相同；對于整流電路，經常要考慮到功率因數和對電源要求的視在功率等問題；5 5. .4.54.5 單相半波可控整流

32、電路（阻感性負載）單相半波可控整流電路（阻感性負載）a)u1TVTRLu2uVTudidu20t12tttttug0ud0id0uVT0b)c)d)e)f)+ + +)sin(2)sin(22)(2dtZUeZUitLRtURitiLsin2dd2dd22)( LRZRLarctan負載阻抗角負載阻抗角 、觸發角觸發角a、晶閘管導通角晶閘管導通角的關系的關系 若 為定值，a 越大，在u2正半周L儲能越少，維持導電的能力就越弱，越小 若a為定值， 越大，則L貯能越多，越大；且 越大，在u2負半周L維持晶閘管導通的時間就越接近晶閘管在u2正半周導通的時間，ud中負的部分越接近正的部分，平均值Ud越

33、接近零，輸出的直流電流平均值也越小。5.4.6 單相橋式全控整流電路（電阻性負載）單相橋式全控整流電路（電阻性負載）RTu1u2a)i2abVT1VT3VT2VT4udidttt000i2udidb)c)d)ud(id)uVT1,42cos19.02cos122)(dsin21222dUUttUU2cos19 .02cos12222ddRURURUI2sin21)()sin2(12222RUtdtRUII)cos1(2)(22sin2dII2sin21cos而功率因數 為2sin21)()sin2(1222222IUUIUtdtUUa第2章第36頁5 5. .4.74.7 單相橋式全控整流參數

34、曲線（阻感性負載單相橋式全控整流參數曲線（阻感性負載）單相橋式半控整流電路5.4.85.4.8 單相橋式可控整流電路（阻感性負載）單相橋式可控整流電路（阻感性負載）TabRLa)u1u2i2VT1VT3VT2VT4udidu2OtOtOtudidi2b)OtOtuVT1,4OtOtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4cos9 .0cos22)(dsin21222dUUttUUa)TabRLOb)u2i2udidVT1VT2VD3VD4VDRu2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIdIdttttttt iVT1iVD4iVT2iVD3iVDR單相橋式全控整流電路5 5. .4.94

35、.9 三相半波可控整流電路（共陰極）三相半波可控整流電路（共陰極） v 負載容量較大，或要求直負載容量較大，或要求直流電壓脈動較小、宜濾波流電壓脈動較小、宜濾波時用；時用；v 基本的是三相半波可控整基本的是三相半波可控整流電路，三相橋式全控整流電路，三相橋式全控整流電路應用最廣流電路應用最廣 ；a)b)c)d)e)f)u2abcTRudidVT2VT1VT3uaubuc =0Ot1t2t3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1ttttt三相半波可控整流電路共陰極接法電阻負載時的電路及a =0時的波形 5.4.9 5.4.9 三相半波可控整流電路（共陽極）三相半波可控整流電路（共陽極）三相

36、半波整流電路中晶閘管有兩種接法：一種是把三個晶閘管的陰極聯在一起，稱共陰極接法；另一種是把三個晶閘管的陽極聯在一起，而三個陰極分別接到三相交流電流，這種接法稱為共陽極接法；共陽極接法因螺旋式晶閘管的陽極接散熱器，可以將散熱器聯成一體，使裝置結構簡化，但三個觸發器的輸出線圈必須彼此絕緣。整流電壓平均值的計算整流電壓平均值的計算 a30時，負載電流連續，有： cos17.1cos263)(sin2321226562dUUttdUU2d0d17.1UUU)6cos(1675. 0)6cos(1223)(sin2321262dUttdUU5 5. .4 4.1.10 0 三相半波可控整流電路參數三相半

37、波可控整流電路參數 a30時，負載電流斷續，晶閘管導通角減小，有：ddVT2577. 031IIII 上面介紹了共陰極接法和共陽極接法兩種線路的工作特點，在什么情況下采取那種接法？ 多數情況下應采用共陰極接法，因為這時陰極聯在一起，其門極接線有公共線比較方便。 但有時共陰極和共陽極兩種方法并做是比較合理的。如可逆線路，如果采用共陰極接法供給正向電壓，則反向電壓可由共陽極接法供給。進一步分析時會發現兩種接法并用更合理（略）。5.4.11 5.4.11 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路5.4.11 5.4.11 三相橋式全控整流波形三相橋式全控整流波形工業上廣泛應用的三相橋式整流電路就是從

38、三相半波電路發展而來的，UPS整流便是IDC機房最廣泛的應用，某些小容量UPS 或者開關電源的整流部分也有采用單相橋式的整流方式的；如圖：電阻性負載u2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubt1OtOtOtOt = 0iVT1uVT15.5.4 4. .1 12 2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路當a60時，如a=90時電阻負載情況下的工作波形如圖三相橋式全控整流電路帶電阻負載a =90時的波形 ud1ud2uduaubucuaubtOtOtOtOtOiaiduabuacubcub

39、aucaucbuabuacubcubaiVT15 5. .4 4. .13 13 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路輸出電流平均值為 ：Id=Ud /Rcos34. 2)(sin63123232dUttdUU)3cos(134.2)(sin63232dUttdUU當整流輸出電壓連續時（即帶阻感負載時，或帶電阻負載當整流輸出電壓連續時（即帶阻感負載時，或帶電阻負載a60 時）時）的平均值為：的平均值為：帶電阻負載且a 60時，整流電壓平均值為：dd2d2d2816. 03232)(3221IIIII5.4.14 5.4.14 三相橋式半控整流電路三相橋式半控整流電路在中等及偏在中等及偏大容

40、量的整流裝置大容量的整流裝置中、在中、在不要求可逆的電力拖動不要求可逆的電力拖動中，例如造紙中，例如造紙機、印染機、化纖機等的速度控制系統，還有如同步電動機的勵磁控制系統。機、印染機、化纖機等的速度控制系統，還有如同步電動機的勵磁控制系統。只要這類生產機械對控制系統的靜、動態特性要求并不太高，在滿足工藝要求只要這類生產機械對控制系統的靜、動態特性要求并不太高，在滿足工藝要求的情況下，都可以用比三相全控橋更簡單的線路，即的情況下，都可以用比三相全控橋更簡單的線路，即三相橋式半控整流電路三相橋式半控整流電路。附圖附圖1 1 單相半波可控整流電路及波形單相半波可控整流電路及波形TVTR0a)u1u2

41、uVTudidt12ttttu2uguduVT0b)c)d)e)00附圖附圖2 2 帶阻感負載的單相半波電路及其波形帶阻感負載的單相半波電路及其波形 a)u1TVTRLu2uVTudidu20t12tttttug0ud0id0uVT0b)c)d)e)f)+ + +附圖附圖3 3三相半波可控三相半波可控整流電路共陰整流電路共陰極接法電阻負極接法電阻負載時的電路及載時的電路及 =0=0 時的波形時的波形 a)b)c)d)e)f)u2abcTRudidVT2VT1VT3uaubuc =0Ot1t2t3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1ttttt附圖附圖4 4三相半波可控三相半波可控整流電路

42、，電整流電路，電阻負載，阻負載，a=30a=30 時的波形時的波形 =30u2uaubucOtOtOtOtOtuGuduabuact1iVT1uVT1uac附圖附圖5 5 三相半波可控整流電路，電阻負載，三相半波可控整流電路，電阻負載，=60=60 時的波形時的波形 tttt =60u2uaubucOOOOuGudiVT1附圖附圖6 6 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路U Ud d/U/U2 2與與的關系的關系 03060901201500.40.81.21.17321/( )Ud/U2附圖附圖7 7三相半波可控三相半波可控整流電路，阻整流電路，阻感負載時的電感負載時的電路及路及=60

43、=60 時時的波形的波形 abcTRLu2udeLidVT1VT2VT3udiauaubucibiciduacuabuacOtOtOtOtOtOtuVT1附圖附圖8 8 三相橋式全控整流電路原理圖三相橋式全控整流電路原理圖 bacTn負載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1附圖附圖9 9三相橋式全控三相橋式全控整流電路帶電整流電路帶電阻負載阻負載a=0a=0 時時的波形的波形 u2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubt1OtOtOtOt = 0iVT1uVT1附圖附圖1

44、010三相橋式全控三相橋式全控整流電路帶電整流電路帶電阻負載阻負載a=30a=30 時的波形時的波形 ud1ud2 = 30iaOtOtOtOtuduabuacuaubuct1uabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1附圖附圖1111三相橋式全三相橋式全控整流電路控整流電路帶電阻負載帶電阻負載=60=60 時的波時的波形形 = 60ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaubucOtt1OtOtuVT1附圖附圖1212三相橋式全三相橋式全控整流電路控整流電路帶電阻負載帶電阻負載a=90a

45、=90 時的時的波形波形ud1ud2uduaubucuaubtOtOtOtOtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT1附圖附圖13 13 三相橋式全三相橋式全控整流電路控整流電路帶阻感負載帶阻感負載a=0a=0 時的波時的波形形 ud1u2ud2u2LudidtOtOtOtOua = 0ubuct1uabuacubcubaucaucbuabuaciVT1附圖附圖14 14 三相橋式全控整流電路帶阻感負載三相橋式全控整流電路帶阻感負載a=30a=30 時的波形時的波形ud1 = 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuactOtOtOtOi

46、diat1uaubuc附圖附圖1515 三相橋式整流電路帶阻感負載，三相橋式整流電路帶阻感負載，a=90a=90 時的波形時的波形 = 90ud1ud2uacubcubaucaucbuabuacuabuduacuabuactOtOtOubucuat1uVT15.5UPS設備設備三相全控三相全控整流器各整流器各器件的工器件的工作時序圖作時序圖逆變電路逆變電路1.逆變電路是和整流電路原理相反的一種工作方式，其原理分析與介紹從略！2.UPS的逆變電路是將穩定的直流通過SCR或IGBT等器件的可控觸發轉換為穩定的定頻（50hz）交流電；3.逆變輸出跟蹤的是旁路系統的相位，在配電中，盡量讓旁路系統和主輸

47、入系統來自不同的電源；4.在并機系統中，關鍵注意其不同機組之間的相差、幅差、環流等參數，以及其通訊的穩定性、可靠性等；5.逆變器應注意其過載能力、承受負載的瞬變、波動能力等，關注其輸出的穩壓、穩頻精度，多機組的同步和保護能力等；5.6、UPS供電系統設計供電系統設計雖然目前市場上UPS配置名目繁多且差別很大，但常用的有5種：單臺系統、并聯冗余、串聯冗余、分布式冗余、雙總線等；冗余時注意事項： 停機成本的影響：間、直接的成本（人、財、物）； 風險承受能力：企業信譽、其他行業可借鑒的經驗和技術等； 可用性要求：可否在計劃時間段內停機； 負載類型：單、雙電源設備； 成本預算：2N或2N+12N+2.

48、；5.7、單機、單機UPS原理圖原理圖5.8、具有公共靜態旁路的并聯、具有公共靜態旁路的并聯UPS的結構框圖的結構框圖5.9、具有分散靜態旁路的并聯、具有分散靜態旁路的并聯UPS的結構框圖的結構框圖5.10-1、模塊化、模塊化UPS模塊化模塊化UPS具有可用度高且容易生產、運輸、安裝、維護、擴容的特點，是具有可用度高且容易生產、運輸、安裝、維護、擴容的特點，是UPS未來未來的的發展趨勢發展趨勢。 2008年，我國模塊化占年，我國模塊化占UPS整體銷售額為整體銷售額為3.9億元，億元，UPS整體市場的整體市場的13.5%；同比增長；同比增長7.2%，比，比UPS整體市場增長率高出整體市場增長率高

49、出1.5個百分點。個百分點。 模塊化模塊化UPS相當于一種相當于一種機架式服務器的概念延伸，技術本質上與靜態機架式服務器的概念延伸，技術本質上與靜態UPS沒有區別，沒有區別，按照電路結構，模塊化按照電路結構，模塊化UPS可分為功率模塊結構式和可分為功率模塊結構式和UPS結構模塊結構式。結構模塊結構式。第一代模塊化結構，特點是功率模塊和控制模塊分離，任意一個模塊不能單獨供電，第一代模塊化結構，特點是功率模塊和控制模塊分離，任意一個模塊不能單獨供電，存在單點故障，可靠性不太高。存在單點故障，可靠性不太高。第二代模塊化結構的第二代模塊化結構的UPS是將整套是將整套UPS做成一個模塊，做成一個模塊，

50、任何一個模塊都可單獨供電，所以它的可靠性遠任何一個模塊都可單獨供電，所以它的可靠性遠 高于第一代。高于第一代。 其概念上的優勢在于：其概念上的優勢在于：1、單模塊容量小；、單模塊容量小；2、冗余度小（、冗余度小（N+1，N值較大）；值較大）；3、可在線熱插拔；、可在線熱插拔；4、便于維護；、便于維護；5、便于動態擴容；、便于動態擴容；6、可靠性高；、可靠性高；7、節能減排；、節能減排；5.10-2、模塊化、模塊化UPS的可靠性高的可靠性高 單機UPS在組合完成后可靠性就不能再改變了。但模塊化UPS的可靠性會隨著組合的變化而改變。一個單機UPS和一個模塊UPS的可靠性R1=0.99，即故障率是1

51、%，那么，一個120kVA的單機UPS可靠性就是0.99，而120kVA的模塊UPS，如果每個模塊是15kVA， 采用7+1的組合，可靠性R7+1為（相比單UPS提高10倍）： R（7+1）=1-(1-r7) (1-r)=1- (1-0.997) (1-0.99)= 0.999021 如果采用6+2組合，其可靠性R6+2為（可靠性比單機時提高了100倍）：R（6+2）=1-(1-r6)(1-r)2=1- (1-0.941480) (1-0.99)2= 0.9999941 ; 隨著負載的減小，可靠性還會增大。假如負載定位是100kVA，實際負載在90kVA以下時，就可以用6+2的組合，故障率比單

52、機時降低100倍。如果實際負載低于75kVA，就可以是5+3的組合，可算出故障率比單機時降低1000倍。這是單機UPS無論如何都無法做到的。5.10-3、模塊化、模塊化UPS的注意事項的注意事項1. 兩代模塊化兩代模塊化UPS在在質量、技術水平和功能上差別極大質量、技術水平和功能上差別極大，切不可只從價格上，切不可只從價格上看問題；模塊化看問題；模塊化UPS還存在還存在成本高、實際運行可靠性不如理論計算值高等成本高、實際運行可靠性不如理論計算值高等問題，需要對其進行深入研究，進一步提高其可靠性，降低投資成本；問題，需要對其進行深入研究，進一步提高其可靠性，降低投資成本；2. 不同模塊化不同模塊

53、化UPS廠商采用的廠商采用的電路、元器件相差甚微，電路、元器件相差甚微，其同等元器件的其同等元器件的體積體積和重量差別也很小和重量差別也很小，因此，因此，UPS產品的單位體積重量也相差無幾。所以，產品的單位體積重量也相差無幾。所以，在選用模塊化在選用模塊化UPS時，如果產品的體積、重量、價格與常見產品相差甚遠時，如果產品的體積、重量、價格與常見產品相差甚遠，要引起注意（曾經有設備冒煙、起火，甚至爆炸的先例）；，要引起注意（曾經有設備冒煙、起火，甚至爆炸的先例）；3. 主流主流UPS有有120kVA和和40120kVA兩個功率段。盡管模塊化兩個功率段。盡管模塊化UPS擁有優勢擁有優勢，但其，但其

54、技術難度大技術難度大，廠商需要投入的，廠商需要投入的研發成本研發成本，為了收回投資，模塊化，為了收回投資，模塊化UPS的定價普遍高于傳統的定價普遍高于傳統UPS（近同容量的（近同容量的2倍）倍）。事實上，模塊化。事實上，模塊化UPS的的材料成本比傳統材料成本比傳統UPS高不了多少。隨著模塊化高不了多少。隨著模塊化UPS的技術的進步，大規模的技術的進步，大規模生產將成為現實，其價格也將逐漸下降。生產將成為現實，其價格也將逐漸下降。 5.11-1、柴油機式、柴油機式UPS（動態）（動態）一個將柴油機組和一個將柴油機組和UPS相統一的動態相統一的動態式不間斷電源裝置；式不間斷電源裝置；沒有電池系統；

55、沒有電池系統；在理念上高于傳統的電池式在理念上高于傳統的電池式UPS+柴油柴油機的配電方式；機的配電方式；理論概念上的優勢需要實踐的驗證；理論概念上的優勢需要實踐的驗證；5.11-2、柴油機式、柴油機式UPS的工作原理的工作原理2、切換為柴油機模式：、切換為柴油機模式：市電中斷或超限時，市電中斷或超限時，Q1斷開，耦合器線圈得電，內斷開，耦合器線圈得電，內轉子動能傳遞到外轉子，發電機保持轉子動能傳遞到外轉子，發電機保持1500轉速；轉速；柴油機啟動，柴油機啟動，2s內加速至內加速至1500，自由輪自動結合，自由輪自動結合，幾秒內，柴油機幾秒內，柴油機+感應耦合器共同驅動發電機正常感應耦合器共同

56、驅動發電機正常供電；供電；在在5-10s內，柴油機進行單獨正常供電；內，柴油機進行單獨正常供電；1、柴油機、柴油機UPS的市電模式：的市電模式：l電抗器電抗器+發電機相當于有源濾波器，防止市電干擾；發電機相當于有源濾波器，防止市電干擾；l發電機作為電動機驅動耦合器外轉子發電機作為電動機驅動耦合器外轉子1500r/m；l通過激勵外轉子線圈相對內轉子以通過激勵外轉子線圈相對內轉子以3000r/m運轉，運轉，動能存儲于內轉子；動能存儲于內轉子；l感應偶器的外轉子與柴油機由自有離合器分隔；感應偶器的外轉子與柴油機由自有離合器分隔；5.11-3、柴油機式、柴油機式UPS的工作原理的工作原理3、柴油機模式

57、：、柴油機模式：柴油機模式時，外轉子內的兩極線圈再次柴油機模式時，外轉子內的兩極線圈再次通電，內轉子重新加速至通電，內轉子重新加速至3000轉；轉；期間，系統通過檢測、數字化自控等手段期間，系統通過檢測、數字化自控等手段實現穩頻，即時有負載巨變仍可使頻率波實現穩頻，即時有負載巨變仍可使頻率波動穩定在很小范圍內；動穩定在很小范圍內；4、返回市電模式：、返回市電模式：市電恢復穩定，市電恢復穩定，ups與市電同步，閉合與市電同步，閉合Q1；柴油機減速至柴油機減速至1450r/m，自由輪離合器斷開；，自由輪離合器斷開；發電機返回電動機狀態，感應耦合器外轉子保發電機返回電動機狀態，感應耦合器外轉子保持持

58、1500轉速；轉速；柴油機空載運行冷機后停機進入待機狀態；柴油機空載運行冷機后停機進入待機狀態；5.11-4、柴油機式、柴油機式UPS 的冗余組合方式的冗余組合方式系統的冗余結構：系統的冗余結構：柴油機式動態柴油機式動態UPS可可以與傳統的靜態以與傳統的靜態UPS一樣做到并聯、串聯一樣做到并聯、串聯、主從、交叉結合等、主從、交叉結合等多種冗余方式，從而多種冗余方式，從而排除單機或容量不足排除單機或容量不足的缺陷，排除單一公的缺陷，排除單一公共母線的引起的故障共母線的引起的故障，不會出現共用電故，不會出現共用電故障。障。5.11-5、柴油機式、柴油機式UPS 的性能參數的性能參數5.11-6、動

59、態式、動態式UPS與靜態電池式與靜態電池式UPS的比較的比較項目項目動態動態式式UPS靜態電池式靜態電池式UPS系統功能空間需求系統可靠性市電至負載之間電氣環節少，可靠性高市電至負載之間電氣環節多，可靠性低電源轉換無電源轉換，ACUPS潔凈AC兩次電源轉換(ACDC, DCAC)系統效率約96%約90%系統后備時間使用柴油引擎，供應時間不受限制受限于電池容量,諧波濾波器本身具備需外加功率因數(PF)可改善市電功率因數至0.98系統本身不具此功能安裝空間節省約50%以上的空間。UPS主機+蓄電池+柴油發電機組機房運轉維護保養成本電池組更新無需使用電池視使用情況，約3-5年需更新空調系統耗能只需提

60、供足夠的通風量，自然冷卻即可須具有空調系統，供給冷氣予UPS主機及蓄電池使用維護保養維護保養較易系統復雜，維修保養成本較高運轉成本效率及功率因數高，節約電能相比前者運行成本高5.12-1、Delta變換技術變換技術UPS基本組成原理圖基本組成原理圖1、輸入輸出濾波器：、輸入輸出濾波器：抑制電網尖波傳抑制電網尖波傳至負載，或負載高頻干擾反輸電至負載，或負載高頻干擾反輸電網。屬典型的抗共模、差模干擾網。屬典型的抗共模、差模干擾濾波電路；濾波電路；2、主電路靜態開關：、主電路靜態開關：2個單向個單向SCR反向并聯反向并聯，正負半周分別導通防止電池逆變時逆，正負半周分別導通防止電池逆變時逆變輸出反向饋