UPS理論培訓〔12學時〕目錄一、UPS根本原理二、UPS選型與配置三、UPS應用方案四、補充材料一、UPS根本原理UPS概念與國標定義不間斷電源〔UPS〕概念UninterruptiblePowerSystem(orSupply)是由電池組、逆變器和其他電路組成，能在電網停電時提供交流電力的電源設備。UPS概念與國標定義UPS具有以下幾項根本功能：電網電壓正常時，市電電壓通過UPS穩壓后供給給負載使用，性能好的UPS本身就是良好的交流穩壓器；同時它還對機內的電池進行充電，貯存后備能量。電網電壓異常時〔欠壓、過壓、掉電、干擾等〕UPS的逆變器將電池組的直流電能轉換成交流電能維持對負載的供電。UPS在電網供電和電池供電之間自動進行轉換，確保對負載的不間斷供電。一般的電腦設備允許有很小的電力間斷〔切換時間10ms以內〕，但精密的電腦設備和通信設備不允許電力有間斷〔切換時間0ms〕，所以應確認你需要的UPS切換時間究竟是多少。UPS概念與國標定義電網存在的問題及危害市電停電：線路中斷，事故及自然災害硬件損壞、數據喪失、系統崩潰電壓陷落：大型負載啟動，電網超載硬件損壞、低壓不能工作電源浪涌：大型負載關斷，電網卸載過壓燒壞設備干擾：射頻干擾、電磁干擾等電腦死機、程序出錯、通信出錯頻率波動：發電機轉速改變或電力切換數據喪失、設備損壞、系統崩潰

電源突波：雷擊或開關切換數據喪失、設備損壞內部結構一般組成：主回路包括：整流器、逆變器、充電器和電池組輔助電路有：輸入濾波器、輸出濾波器、旁路靜態開關、旁路繼電器、隔離二極管、顯示界面、通訊接口等見電路框圖和實際機器內部結構內部結構主控板充電板通訊板電源驅動板主變壓器內部結構IGBT模塊風機直流FUSE交流濾波電容交流FUSE直流母線及濾波電容整流模塊主變壓器自耦變壓器逆變器〔DC/AC〕：是將直流電〔DC〕轉換成交流電〔AC〕的變換器，UPS中利用逆變器將電池的能量變換成供交流負載使用的交流電。逆變器的性能各有不同，輸出的交流電波形有階梯波與正弦波〔SINEWAVE〕兩種，失真系數〔THD〕也因逆變器其性能各有不同。整流器〔AC/DC〕：用來將交流電〔AC〕變換成直流電〔DC〕的變換器裝置。充電器：用來對電池進行充電，使其充滿電荷能量的一種裝置。轉換開關：在非在線式中用來將輸出切換到市電供電或電池逆變供電的開關部件，一般由繼電器或靜態開關構成。UPS分類逆變器工作方式在線式后備式在線互動式逆變輸出波形正弦波方波〔階梯波〕按功率容量小功率中功率大功率電池后備時間長延時標機后綴“L〞供電體制單進單出、三進單出、三進三出并聯與單機后備式UPS原理框圖自動穩壓DCAC充電器Vin轉換開關Load后備式UPS市電正常后備式UPS市電停電自動穩壓DCAC充電器Vin轉換開關Load后備式UPSBack-upOff-line逆變波形方波為主切換時間4~10ms輸出穩定度一般，±10%電池供電時，穩定度有限功率容量300~1000VA在線互動式UPS原理框圖自動穩壓DCACVinLoad輸入開關輸出轉換開關在線互動式UPS二級穩壓市電/逆變切換KI系列在線互動式UPS不升不降在線互動式UPS降壓在線互動式UPS電池供電在線互動式UPSLineinteractive逆變波形正弦波逆變器充電器合一，充電能力強市電供電輸出精度±10%電池供電時，精度±2%切換時間約4msCPU控制，智能化管理功率容量500~5000VA在線式UPS原理框圖在線式UPSFR-UK系列在線式UPS市電正常在線式UPS市電停電在線式UPS市電恢復在線式UPS逆變器過溫過載故障旁路FR-UK、KR具備故障旁路功能FR10、10M不具備在線式UPSOn-line切換時間0輸出精度高±2~1%有工頻化和高頻化之分〔輸出級變壓器〕FR及FR-UK系列工頻化KR高頻化單機功率容量1KVA~625KVA三種類型UPS的比較不同市電電壓，UPS的輸出電池放電不帶AVR的后備式工頻機與高頻機的差異工頻機與高頻機的比〔一〕序號比較的指標、性能高頻UPS工頻UPS1過載能力一般較強2抗輸入浪涌能力一般較強3輸出抗沖擊/短路能力一般較強4輸入PF值0.990.75整機效率85～90%75～85%6功率密度高小7零地電壓相對較差，有高頻分量相對較好工頻機與高頻機的比〔二〕序號比較的指標、性能高頻UPS工頻UPS8輸出級元器件數量多少9功率器件容量小大10故障時器件損壞程度高低11可靠性一般好12可維護性較復雜簡易13重量輕重14體積小大二、UPS選型與配置局部UPS標準局部UPS標準對UPS性能指標的需求局部UPS標準國外標準CISPR22：歐洲共同市場對電子設備所放射出的射頻干擾所制定的標準，這個標準制定是要抑制由電源線或產品本身所放射出的輻射、，其標準中包含產品測試方法和射頻極限值。EN50091：歐洲UPS平安標準，取代原有的IEC950規章，不過在這個規章中，有時仍延用IEC950的條款；此外，在EN50091中特別針對UPS增加了許多測試與限制，因此得到TUV、VDE等其它世界知名的安規組織的授權。UL1778：此為UL對UPS系統的測試平安規章。對UPS性能指標的需求局部標準部門簡介1對UPS性能指標的需求局部標準部門簡介2對UPS性能指標的需求局部標準部門簡介3對UPS性能指標的需求局部標準部門簡介4對UPS性能指標的需求摘自?通信用不間斷電源-UPSYD/T1095-2000?線性負載電流與電源電壓呈線性關系的負載，用正弦波電壓對負載供電時，電流也應是正弦的I=U/ZI負載電流，U電源電壓，Z負載阻抗包括電阻性的、電感-電阻性的、電容-電阻性的VA非線性負載參數Z不再為一個常量，而是一個由其他參數決定的變量，如電壓或時間等，這樣的負載為非線性負載包括整流的容性負載，可控硅或磁放大器控制的負載〔相控〕VA動態電壓瞬變范圍交流輸入電壓不變，負載從輕載到滿載，從滿載到輕載突變和輸出為額定負載不變，交流輸入中斷或恢復供電時的輸出電壓變化量瞬變響應恢復時間當輸入電壓為額定值，輸出為線性負載，輸出電流由零至額定電流或由額定電流至零突變時，輸出電壓〔發生階躍變化時起〕恢復到穩定值時止所需要的時間市電電池切換時間由電網供電切換到電池供電或由電池供電切換到電網供電所需要的時間在線式為0，后備式和互動式有切換時間一些負載不能承受切換時間，如路由器、一些效勞器旁路逆變切換時間從逆變器停止工作時起到電網直接供電時止或從電網直接供電起到恢復逆變器工作時止所需要的時間輸出功率因數在理想正弦波電壓情況下，有功功率與視在功率之比衡量對不同性質負載的帶載能力一般0.5~0.8輸出電流峰值因數當輸出電流中存在著周期性非正弦波電流峰值時，UPS所允許的最大非正弦波電流峰值與輸出電流有效值之比常見3:1，少數高達5:1UPS保護功能1輸出過欠壓保護UPS〔逆變器〕輸出電壓超過設定過、欠電壓值時，發出聲光告警并轉為旁路供電抗雷擊浪涌能力UPS應具有防雷裝置，能承受模擬雷擊電壓波形10/700us，幅值為5kV的沖擊5次，模擬雷擊電流波形8/20us，幅值為20kA的沖擊5次，每閃沖擊間隔為1min，設備仍能正常工作電池過充電保護充電器失控導致過高的充電電壓可能損壞電池，當充電電壓過高時停止充電器對電池充電可保護電池限流保護UPS采用電子電路使UPS〔或充電器〕的輸出電流限制在一定的極限值，以免電路或器件損壞。UPS保護功能2人機界面及智能管理LED、LCD界面，顯示運行狀態、工作參數自動監測、聲光報警，人機對話設置參數本地通信接口〔接點式、RS232、RS485、RS422、USB〕，專用電源管理軟件支持基于TCP/IP協議的網絡信息傳送，需網絡適配器支持基于SNMP協議的網絡管理，需網絡適配器基于公用網通訊，支持基于公用網的信息傳送，需適配器與MODEM

環境條件溫度高溫降低UPS的通風散熱高溫減短蓄電池壽命，低溫降低放電容量過熱使元器件參數漂移，老化、變形濕度枯燥易產生靜電潮濕加速金屬腐蝕分解霉變海拔影響通風對電解電容和蓄電池的影響振動、沖擊、碰撞焊點脫焊，連接線斷裂，接插件、緊固件松動，蜂鳴器和繼電器日照加速元器件老化塵埃降低絕緣性能腐蝕性氣體昆蟲、霉菌極易損壞線路板、接插件、線纜用戶關心的性能指標輸入電壓范圍輸入功率因數輸出電壓精度輸出功率因數過載能力市電電池切換時間電源效率電池后備時間UPS的選用1〕確定所需UPS的容量：計算所有的負載總和S=S1+S2++Sn單位：VAUPS容量≥S÷0.8〔考慮UPS的抗沖擊能力及擴容需要〕2〕確定所需UPS的類型：根據負載對輸出穩定度、切換時間、輸出波形的要求確定是選擇在線式、在線互動式或后備式以及正弦波、階梯波等類型。如果要使用發電機配短延時UPS，推薦使用在線式UPS，因為普通發電機的電壓及頻率的穩定性較差，用互動式或后備式可能導致工作不正常。某些品牌的UPS〔在線式〕帶發電機時，當發電機輸出頻率變動大時，為保護自身而轉旁路供電，所以此UPS不適合帶發電機，購置時要了解清楚。UPS的選用UPS配置主機類型：工頻在線式、高頻在線式、在線互動式、后備式，通信用不間斷電源功率容量：根據負載容量確定冗余供電系統：串聯、并聯、冗余開關結構：機架式、標準式電池產地：A合資、B進口、C國產三類品牌：YUASA、PANASONIC、LIBERTY、TOYO壽命：三~五年、十年、二十年容量：7、24、38、65、100后備時間：與電池容量對應電池箱柜柜式：G8、G16、G20、G40新型柜式：B8、B16、B20積木式：24B選項監控軟件：RS232、干接點式SNMP網絡適配器防雷器遠程監控器三、UPS應用方案集中式供電與分布式供電UPS監控方案應用方案集中式供電與分布式供電集中式供電，便于電源管理和維護，放電時電池利用率高。但存在單機故障風險。 分布式供電，本錢較低，降低單機故障風險，不方便管理。集中式供電應用分布式供電應用綜合式供電大功率UPS小功率UPS小功率UPS負載負載負載負載UPS監控方案本地RS232或USB通信接口+電源管理軟件基于RS485的遠程監控支持基于TCP/IP之上的網絡信息傳送，需網絡適配器支持基于SNMP協議的網絡管理，需網絡適配器基于公用網通訊，支持基于公用網的信息傳送，需適配器及MODEM

常用監控模式單臺計算機監控一臺UPS多臺計算機監控一臺UPS常用監控模式遠程監控器常用監控模式SNMP網絡適配器SNMP網絡適配器應用某自助銀行監控方案電源管理軟件UPSilon2000通過RS232通信口與UPS連接，實時獲取UPS信息并顯示在屏幕上。用戶可以從電腦畫面上看到UPS運行狀況、輸入電壓、輸出電壓、頻率、溫度等。與Powersoft相比增加撥打傳呼功能，而且可以通過網絡監控UPS。以下是UPSilon2000的各項功能特點：實時將UPS資料顯示在屏幕上。偵測市電中斷和電池低電壓。設定每周和特別日自動開關機。自動彈出告警界面，撥打傳呼和發送E-mail。可設定關機倒計時和告警間隔時間。系統關閉前自動儲存文件，關閉系統。在關閉系統前儲存和關閉開啟的應用程序。可查看上次關閉系統所儲存的應用程序檔案。可查看電源異常狀況的歷史資料。UPSilon2000使用專用通信線。RS232串行通訊線Computer9-pinfemaleUPS9-pinmale235967應用方案UPS的可靠性問題提高供電可靠性的三種方案UPS的可靠性問題提高供電可靠性三種方案提高供電可靠性的方案主要有以下三種：輸出主從備份方式〔冗余開關〕旁路主從備份方式〔串聯熱備份〕冗余并聯備份方式〔并聯熱備份〕輸出主從備份〔冗余開關〕輸出主從備份方式：UPS1市電冗余轉換器負載

UPS2

旁路主從備份旁路主從備份方式〔串聯方式〕：市電備機主機旁路輸入主輸入負載UPS的串聯熱備份負載UPS的串聯熱備份負載冗余并聯備份冗余并聯備份方式：UPS1并聯柜市電〔配電柜〕負載

UPS2UPS的并聯熱備份負載UPS的并聯熱備份負載提高供電可靠性三種方案三種方案特點比較比較的項目

串聯方式輸出主從方式冗余并聯技術特點

技術簡單技術好技術難度大可靠性

一般最高高主從關系

有，不易調換。有，容易調換可能有，不能調換切換時間

10ms5ms0ms相互通信

不需不需一般需要增容性

沒有增容沒有增容可依比例增容過載能力

不變不變短時過載能力比例增加。提高供電可靠性三種方案三種方案特點比較比較的項目串聯方式輸出主從方式冗余并聯老化程度老化不一致老化不一致不存在負載均分性100％不均分100％不均分均分，不均衡度小于5％電池壽命需要定期對換需要定期對換不需對換。可維修性差，一般要停機維護好，可以在線熱維護好，可以在線熱維護備份模式1＋1形式1＋1或1＋2形式。N+m形式，靈活。系統成本低一般高較合適的場合3－10KVA的負載0.5－3KVA的負載10KVA以上的負載提高供電可靠性三種方案應用案例串聯主從備份方式我公司已經采用幾年，為FR-UK36、60、1110等普遍的用法。輸出主從備份方式我公司的KTS－10產品，華為的DXB1.5M系統產品。冗余并聯方式FR-UK/B系列產品。四、補充材料電阻的色碼電池/電池組接地電磁兼容防護級別電阻的色碼電阻的色碼用兩位和三位有效數字表示電阻值、允許偏差及電阻溫度系數〔當需要表示時〕的色碼應符合下述規定。第一色帶應靠近電阻器的一端，各色帶的位置和間隔應使其在讀代碼時不致混亂。電阻的色碼與色碼對應的各種數值，見下表電阻的色碼電阻值為兩位有效數字的色碼標志例如電阻值為27000Ω和允許偏差±5%的電阻器電阻的色碼電阻值為三位有效數字的色碼標志例如電阻值為127000Ω和允許偏差±1%的電阻器電池/電池組

UPS所使用的電池通常是密閉鉛酸免維護電池。這種電池的物理化學特性使其在充放電過程中幾乎沒有水分的損失，不需補充加水，密閉結構能夠任意放置，也沒有腐蝕氣體產生，免去維護的煩惱。標準的電池電壓有2V、4V、6V、12V，UPS最常用的是12V。一只電池電壓不夠，就用多只串聯使用，形成電池組。電池/電池組注：密閉鉛酸免維護電池的壽命其實與如何使用及使用環境密切相關，應注意以下幾點：不能長期存放不使用，這樣電池會失去活性，最終導致失效。電池適宜的環境溫度是二十度左右，高于四十度壽命會縮短，低于零度那么有效容量下降。深度放電以后要及時回充，經常深度放電不利于電池壽命。過放電〔放電至低于電池額定下限電壓〕對電池傷害很大。充電器的可靠性及適宜的充電能力對壽命至關重要。電池/電池組浮充和均充：浮充和均充都是電池的充電模式。浮充工作原理：當電池處于充滿狀態時，充電器不會停止充電，仍會提供恒定的浮充電壓與很小浮充電流供給電池，因為，一旦充電器停止充電，電池會自然地釋放電能，所以利用浮充的方式，平衡這種自然放電，小型UPS通常采用浮充模式。均充工作原理：以定電流和定時間的方式對電池充電，充電較快。在專業維護人員對電池保養時經常用的充電模式，這種模式還有利于激活電池的化學特性。注：智能型充電器具有根據電池工作狀態自動轉換浮充和均充的功能，可充分發揮浮充和均充各自的優勢，實現快速充電和延長電池壽命。接地接地和接地電阻：各種電腦和通信設備都有接地線，并連接到機房或配電室的總接地線，稱為地線。接地是利用共地線方式將線路各種干擾導入接地，以免雜訊對設備工作的影響，同時還可以防止電腦設備受到隱性傷害。地線對大地的導通性越好，接地效果就越好。接地電阻反映了導通性，接地電阻越小導通性越好。接地接地和接地電阻：各種電腦和通信設備都有接地線，并連接到機房或配電室的總接地線，稱為地線。接地是利用共地線方式將線路各種干擾導入接地，以免雜訊對設備工作的影響，同時還可以防止電腦設備受到隱性傷害。地線對大地的導通性越好，接地效果就越好。接地電阻反映了導通性，接地電阻越小導通性越好。直流接地：在機房、通信設備的很多信號傳輸、通信中，所有的設備往往有一個共同的基準地，作為所有弱信號的參考地電位，該地就是所謂的“直流地〞。由于直流地上為弱信號，比較容易受到干擾，因而，直流接地與交流接地點/線要嚴格區分，否那么，通信設備可能無法正常工作和數據傳輸。接地防雷接地：對于交流、直流配電，在雷擊頻繁的地點往往需要安裝有防雷裝置，保護設備的平安。防雷裝置的原理是通過適當的短接回路將雷擊的電壓、電流在設備端降低到平安的幅值，由于雷擊信號較大，所以，一般需要有獨立的地線和接地位置。在大樓的供電配電盤處，防雷接地應與交流的接地分開，保證雷擊時的平安。而對于在機房內的UPS，一般防雷的地線可以和交流地線共用，因為此處的雷擊信號已經較小。零地電壓對負載的影響：一般的電腦、打印機、測試儀器等交流設備對于零地電壓并沒有很嚴格的要求，通常是小于5V即可〔當超出此值時也不一定會影響設備工作〕，這是因為這些設備的輸入一般是整流性的開關電源，地線一般僅作為交流接地和電磁兼容接地。接地接地電阻是接地體的流