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，它們都能實現以下兩方面的功能: 1.提供一種能夠調節(jié)電壓變化、消除各種電氣干擾、提供高質量電源供應的途徑；2.在交流市電出現故障時，能夠保證必要的后備供電能力。二者最大的區(qū)別就是UPS需要配置蓄電池組，后備時間較短，而逆變電源無需配置蓄電池，可直接利用通信機房的各等級電壓直流屏，其容量較大，可以長時間地保證網絡運行的不間斷。

具體來講，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，UPS機頭將蓄電池組儲存的直流轉換為交流進行供電; 而逆變電源供電系統只需要在網絡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，經過整流器整流為直流，再經逆變器變換為穩(wěn)頻穩(wěn)壓的交流向負載供電。當交流市電或整流器發(fā)生故障時，直流直接經過逆變器變換為交流向負載供電。逆變電源進行交直流供電轉換的時候沒有延遲，可以最大限度地保證網絡供電質量。另外，對于網絡管理部門來講，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行定期維護，同時，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對計算機網絡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，另一臺逆變電源會立刻接管負載的供電工作，設備之間的切換沒有延遲。管理員可以不需要中斷計算機網絡的電源供應就可對出現故障的設備進行維修或更換，這樣就更進一步提高了網絡供電系統的可靠性。

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、通信等相關行業(yè)都具備自己的直流系統，在這些領域，逆變電源可以出色地為計算機網絡系統提供高質量的電源供應。例如，筆者所在的供電企業(yè)，在進行計算機網絡擴充的時候，新增的網絡節(jié)點位于一座綜合建筑物內，該建筑物由室內變電站和辦公區(qū)域構成，由于變電站都具有直流系統，因此在設計該網絡節(jié)點供電方式的時候，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絡擴充中的應用，不僅為網絡設備提供了高質量、高可靠性的電源供應，同時減輕了網絡管理人員的維護工作量，同時由于采用了機架式設備，便于強電的布線，而且節(jié)省了網絡機房的空間。該網絡節(jié)點投入運行幾年來，網絡設備一直正常運行，這其中逆變電源功不可沒。

在早期的電信機房中，通常采用將220V交流電源經過整流，為48V電池組充電，由電池組直接給程控交換機供電。隨著計算機網絡和通信網絡在電信機房的應用，需要為其提供高質量的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交流電源為網絡供電。

1．UPS（不間斷供電系統）最重要的作用就是不間斷供電，當市電網符合輸入范圍時，經過AC/DC，DC/AC雙重變換，向負載供電，當市電網超限時，由電池向負載供電，當UPS故障或過載時由旁路電源向負載供電。維護時還可以通過手動維修旁路開關對UPS進行在線維護。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，必須使系統間斷，這會對系統造成巨大的損失。UPS的不間斷作用是電池組+逆變器無法替代的。

2．UPS的作用是實現雙路電源的不間斷相互切換，提供一定時間的后備時間，穩(wěn)壓，穩(wěn)頻，隔離干擾等。它能夠將瞬間間斷，諧波干擾，電壓波動，頻率波動，浪涌等電網干擾阻擋在負載之前。由于UPS自身逆變器的輸入直流總線和外接電池組均與用戶原有的48V通信電源無任何直接的電氣連接，所以不會對程控機產生任何傳導干擾。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型塑料外殼，在保持了優(yōu)美外形的同時，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過凈化的交流電源。

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，對功率模塊的生產工藝要求愈高，因此大功率逆變器難以實現。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，且還可以通過并機方式進一步擴大容量。如HPC系列，可以8臺直接并聯或通過公共旁路柜并聯。

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

5．有人曾提出UPS的缺點是當輸入電壓偏高或偏低時，即轉為電池放電，而我國電網狀況通常較差，會引起電池頻繁放電，縮短電池壽命。使用48V逆變器則不用考慮此問題。事實上，我們在設計上均充分考慮了此問題，采用先進的DSP控制技術，具有超寬的輸入電壓范圍，在+25%的范圍內仍可滿載輸出，極大地減少了電池放電次數。其先進的智能電池管理功能，使其充電器具有極小的交流紋波，充電電壓自動溫度補償，放電終止電壓隨放電時間自動補償，自動電池檢測，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30%。

UPS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：

串聯熱備份UPS（用于中小功率機器）

交替串聯熱備份UPS（中小UPS)

直接并聯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。

UPS系統結構及原理

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運行原理不管電網電壓是否正常，負載所用的交流電壓都要經過逆變電路，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

UPS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

容量及機型選擇

用戶負載量,冗余度

負載性質：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

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。

結構：輸入輸出雙隔離、鋼板機箱、高IP防護等級。

適用領域：鋼鐵、化工、電力、汽車、造紙、煤炭、石油、隧道

負載類型：重載機械、生產線設備、DCS系統等。

UPS工作損耗、通風量、空調配置

滿載損耗（KW）＝kVACos×（6～7.5％）

UPS容量	40KVA	80KVA	100KVA	160KVA	200KVA	300KVA	400KVA	600KVA	800KVA
通風量立方米/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Cell電池恒功率數據：

3、根據廠家恒功率放電數據表選擇滿足計算結果的電池規(guī)格。

配電部分：線纜及開關

輸入開關容量及線纜規(guī)格：

三相電工速算法:輸入電流(A)＝1.8XKVA,開關系數X1.2

單相電工速算法:輸入電流(A)＝5XKVA,開關系數X1.2

輸出開關容量及線纜規(guī)格：

三相電工速算法:輸出電流(A)＝1.5XKVA,開關系數X1.2

單相電工速算法:輸出電流(A)＝4XKVA,開關系數X1.2

電池開關容量及線纜規(guī)格：放電電流（A）＝kVA?Cos/U電池電壓開關系數(X1.2)

電纜長度與壓降：如70mm線阻0.26?/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：電纜及開關規(guī)格

電纜額定電流簡單算法

電纜規(guī)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：實現零線電氣隔離。

UPS基礎維護UPS維護的一般要求

1、UPS主機現場應放置操作指南，指導現場操作。

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，發(fā)現異常及時處理。

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。

10、定期進行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。

UPS常見故障處理

1、市電有電時，UPS出現市電斷電告警。

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。

2）、檢查輸入線路。

3）、如市電異常可不處理或啟動發(fā)電機供電。

4）、更換損壞的空開、開關或保險絲。

5）、檢查UPS市電檢測回路。

2、試電正常時，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）。

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內部開機電路故障。

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。

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