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(tǒng)在功能和原理上大致相同，它們都能實(shí)現(xiàn)以下兩方面的功能: 1.提供一種能夠調(diào)節(jié)電壓變化、消除各種電氣干擾、提供高質(zhì)量電源供應(yīng)的途徑；2.在交流市電出現(xiàn)故障時(shí)，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(shí)間較短，而逆變電源無需配置蓄電池，可直接利用通信機(jī)房的各等級(jí)電壓直流屏，其容量較大，可以長(zhǎng)時(shí)間地保證網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的不間斷。

具體來講，UPS供電系統(tǒng)由UPS機(jī)頭和蓄電池組兩部分構(gòu)成，以交流市電作為電源輸入，當(dāng)交流市電出現(xiàn)故障時(shí)，UPS機(jī)頭將蓄電池組儲(chǔ)存的直流轉(zhuǎn)換為交流進(jìn)行供電; 而逆變電源供電系統(tǒng)只需要在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備機(jī)房安裝一臺(tái)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(dāng)交流市電處于正常工作時(shí)，經(jīng)過整流器整流為直流，再經(jīng)逆變器變換為穩(wěn)頻穩(wěn)壓的交流向負(fù)載供電。當(dāng)交流市電或整流器發(fā)生故障時(shí)，直流直接經(jīng)過逆變器變換為交流向負(fù)載供電。逆變電源進(jìn)行交直流供電轉(zhuǎn)換的時(shí)候沒有延遲，可以最大限度地保證網(wǎng)絡(luò)供電質(zhì)量。另外，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)管理部門來講，使用逆變電源的另一優(yōu)勢(shì)就是不用像UPS供電系統(tǒng)一樣需要對(duì)蓄電池進(jìn)行定期維護(hù)，同時(shí)，直流屏的可靠性要比蓄電池組高。

如果擔(dān)心逆變電源設(shè)備本身故障會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行造成影響，可以配置兩臺(tái)逆變電源，將兩臺(tái)逆變電源設(shè)置為互備的運(yùn)行方式，當(dāng)其中任何一臺(tái)逆變電源出現(xiàn)設(shè)備故障停機(jī)時(shí)，另一臺(tái)逆變電源會(huì)立刻接管負(fù)載的供電工作，設(shè)備之間的切換沒有延遲。管理員可以不需要中斷計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的電源供應(yīng)就可對(duì)出現(xiàn)故障的設(shè)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(tǒng)的可靠性。

上文中也提到，逆變電源的應(yīng)用需要企業(yè)具備直流系統(tǒng)，因此逆變電源的應(yīng)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(tǒng)，在這些領(lǐng)域，逆變電源可以出色地為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供高質(zhì)量的電源供應(yīng)。例如，筆者所在的供電企業(yè)，在進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充的時(shí)候，新增的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)位于一座綜合建筑物內(nèi)，該建筑物由室內(nèi)變電站和辦公區(qū)域構(gòu)成，由于變電站都具有直流系統(tǒng)，因此在設(shè)計(jì)該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)供電方式的時(shí)候，選擇了機(jī)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(jī)架式逆變電源在此次網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充中的應(yīng)用，不僅為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供了高質(zhì)量、高可靠性的電源供應(yīng)，同時(shí)減輕了網(wǎng)絡(luò)管理人員的維護(hù)工作量，同時(shí)由于采用了機(jī)架式設(shè)備，便于強(qiáng)電的布線，而且節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)機(jī)房的空間。該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)投入運(yùn)行幾年來，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一直正常運(yùn)行，這其中逆變電源功不可沒。

在早期的電信機(jī)房中，通常采用將220V交流電源經(jīng)過整流，為48V電池組充電，由電池組直接給程控交換機(jī)供電。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信網(wǎng)絡(luò)在電信機(jī)房的應(yīng)用，需要為其提供高質(zhì)量的220V的交流電源。由于有現(xiàn)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(tǒng)）最重要的作用就是不間斷供電，當(dāng)市電網(wǎng)符合輸入范圍時(shí)，經(jīng)過AC/DC，DC/AC雙重變換，向負(fù)載供電，當(dāng)市電網(wǎng)超限時(shí)，由電池向負(fù)載供電，當(dāng)UPS故障或過載時(shí)由旁路電源向負(fù)載供電。維護(hù)時(shí)還可以通過手動(dòng)維修旁路開關(guān)對(duì)UPS進(jìn)行在線維護(hù)。而電池組+逆變器的供電方式，當(dāng)電池組出現(xiàn)故障需要更換時(shí)，必須使系統(tǒng)間斷，這會(huì)對(duì)系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)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(wěn)壓，穩(wěn)頻，隔離干擾等。它能夠?qū)⑺查g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(fù)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(huì)對(duì)程控機(jī)產(chǎn)生任何傳導(dǎo)干擾。另外，UPS為防止對(duì)外的輻射干擾，通常采用鋼板式框架結(jié)構(gòu),在UPS內(nèi)襯2mm厚不銹鋼板的外部設(shè)計(jì)的流線型塑料外殼，在保持了優(yōu)美外形的同時(shí)，消除了對(duì)其它設(shè)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(fù)載提供的是經(jīng)過凈化的交流電源。

3．因?yàn)槟孀兤魇枪潭ǖ?8V供電，電池電壓較低，當(dāng)輸出功率要求較大時(shí)，對(duì)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(xiàn)。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(jī)功率可以很大，單機(jī)可以做到800KVA，且還可以通過并機(jī)方式進(jìn)一步擴(kuò)大容量。如HPC系列，可以8臺(tái)直接并聯(lián)或通過公共旁路柜并聯(lián)。

4．為適應(yīng)現(xiàn)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(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)管理功能。我們向用戶提供了RS232接口，其完善的網(wǎng)絡(luò)管理軟件可適應(yīng)不同的操作系統(tǒng)，可對(duì)16臺(tái)UPS同時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，可監(jiān)測(cè)多達(dá)170多種參數(shù)。其特有的UPS2000遠(yuǎn)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(diǎn)是當(dāng)輸入電壓偏高或偏低時(shí)，即轉(zhuǎn)為電池放電，而我國(guó)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題。事實(shí)上，我們?cè)谠O(shè)計(jì)上均充分考慮了此問題，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(nèi)仍可滿載輸出，極大地減少了電池放電次數(shù)。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(bǔ)償，放電終止電壓隨放電時(shí)間自動(dòng)補(bǔ)償，自動(dòng)電池檢測(cè)，電池壽命計(jì)算等功能，極大地保護(hù)了電池，可使電池壽命延長(zhǎng)30%。

UPS種類按工作原理不同，UPS分為：

離線式（后備式UPS、互動(dòng)式UPS）

在線式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(nèi)置式UPS（標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型）

電池外置式UPS（長(zhǎng)延時(shí)機(jī)型）

按多機(jī)運(yùn)行方式不同，UPS分為：

串聯(lián)熱備份UPS（用于中小功率機(jī)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(jī)）、工頻UPS（工頻機(jī)）

按輸出波形不同，UPS分為：方波輸出UPS、階梯波（準(zhǔn)正弦波）UPS、正弦波輸出UPS。

UPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

監(jiān)控平臺(tái)也是UPS的最重要組成部分之一。

UPS的基本原理后備式UPS運(yùn)行原理有市電時(shí)，市電通過開關(guān)后直接供給負(fù)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(dòng)逆變器，把電池儲(chǔ)存的能量通過逆變器和開關(guān)供給負(fù)載。

功率等級(jí)0.25-2KVA左右

互動(dòng)式UPS運(yùn)行原理在線互動(dòng)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(shí)現(xiàn)分段穩(wěn)壓。

功率等級(jí)0.7-20kVA左右

在線式UPS運(yùn)行原理不管電網(wǎng)電壓是否正常，負(fù)載所用的交流電壓都要經(jīng)過逆變電路，即逆變電路始終處于工作狀態(tài)。

功率等級(jí)0.7-1500kVA左右

Delta變換UPS運(yùn)行原理Delta變換器和補(bǔ)償變壓器實(shí)現(xiàn)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(jí)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(dòng)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(jí)、工業(yè)級(jí)、電廠專用、車載或船用

輸出變壓器：高頻機(jī)，工頻機(jī)

配電部分：線纜及開關(guān)

容量及機(jī)型選擇

用戶負(fù)載量,冗余度

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

機(jī)房配電設(shè)計(jì)：進(jìn)線方式

機(jī)型成本及競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

用戶負(fù)載量；UPS輸出冗余度（70～80％）

負(fù)載峰值因素（3：1）不能超過逆變器過載能力

負(fù)載視在功率（KVA）不能超過UPS額定功率*功率因素折算系數(shù)

三相負(fù)載不平衡度<30%。

工業(yè)級(jí)UPS惡劣的電氣和物理環(huán)境：供電線路電壓/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(wěn)、粉塵、腐蝕等。

結(jié)構(gòu)：輸入輸出雙隔離、鋼板機(jī)箱、高IP防護(hù)等級(jí)。

適用領(lǐng)域：鋼鐵、化工、電力、汽車、造紙、煤炭、石油、隧道

負(fù)載類型：重載機(jī)械、生產(chǎn)線設(shè)備、DCS系統(tǒng)等。

UPS工作損耗、通風(fēng)量、空調(diào)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(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(jì)算和配置

精確計(jì)算：恒功率計(jì)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(jì)算每個(gè)Cell電池恒功率數(shù)據(jù)：

3、根據(jù)廠家恒功率放電數(shù)據(jù)表選擇滿足計(jì)算結(jié)果的電池規(guī)格。

配電部分：線纜及開關(guān)

輸入開關(guān)容量及線纜規(guī)格：

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

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

輸出開關(guān)容量及線纜規(guī)格：

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

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

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

電纜長(zhǎng)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(guān)規(guī)格

電纜額定電流簡(jiǎn)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(jī)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電壓過高危險(xiǎn)。

UPS加裝380V/220V輸出隔離變壓器：輸出容量損失20～30％對(duì)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(xiàn)零線電氣隔離。

UPS基礎(chǔ)維護(hù)UPS維護(hù)的一般要求

1、UPS主機(jī)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)放置操作指南，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)操作。

2、UPS的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置信息應(yīng)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(hù)功能是否正常。

4、定期進(jìn)行UPS各項(xiàng)功能測(cè)試。

5、定期檢查主機(jī)、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(cè)量壓降和溫升。

6、經(jīng)常檢查設(shè)備的工作和故障指示是否正常。

7、定期查看UPS內(nèi)部的元器件的外觀，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。

8、定期檢查UPS各主要模塊和風(fēng)扇電機(jī)的運(yùn)行溫度有無異常。

9、保持機(jī)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(cè)試。

11、各地應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)厥须婎l率的變化情況，選擇合適的跟蹤速率。當(dāng)輸入頻率波動(dòng)頻繁且速率較高，超出UPS跟蹤范圍時(shí)，嚴(yán)禁進(jìn)行逆變/旁路切換操作。在油機(jī)供電時(shí)，尤其應(yīng)注意避免該情況的發(fā)生。

12、UPS應(yīng)使用開放式電池架，以利于蓄電池的運(yùn)行及維護(hù)。

UPS常見故障處理

1、市電有電時(shí)，UPS出現(xiàn)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(guān)損壞或保險(xiǎn)絲熔斷。

5）、UPS內(nèi)部市電檢測(cè)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(dòng)發(fā)電機(jī)供電。

4）、更換損壞的空開、開關(guān)或保險(xiǎn)絲。

5）、檢查UPS市電檢測(cè)回路。

2、試電正常時(shí)，UPS輸出正常

市電斷電后，負(fù)載也跟著斷電。

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?zé)o法充電。

3）、電池老化、損壞。

4）、負(fù)載過載，UPS旁路輸出。

5）、負(fù)載未接到UPS輸出。

6）、長(zhǎng)延時(shí)機(jī)型的電池組未連接或接觸不良。

7）、UPS逆變器未啟動(dòng)（UPS面板控制開關(guān)未打開），負(fù)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(duì)電池充足電。

B、啟動(dòng)發(fā)電機(jī)對(duì)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(fù)載。

5）、將負(fù)載接到UPS的輸出。

6）、檢查電池組是否接對(duì)、接好。

7）、啟動(dòng)逆變器對(duì)負(fù)載供電（打開面板控制開關(guān)）。

8）、檢查逆變器。

3、UPS無法啟動(dòng)可能原因

1）、電池長(zhǎng)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(nèi)部開機(jī)電路故障。

4）、UPS內(nèi)部電源電路故障或電源短路。

5）、UPS內(nèi)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(jī)電路。

4）、檢查UPS電源電路。

5）、檢查UPS內(nèi)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(xiàn)蜂鳴器長(zhǎng)鳴告警。

可能原因：

1）、用戶有大負(fù)載或大沖擊負(fù)載啟動(dòng)。

2）、輸出端突然短路。

3）、UPS內(nèi)部逆變回路故障。

4）、UPS保護(hù)、檢測(cè)電路誤動(dòng)作。

處理方法：

1）、A、負(fù)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(nèi)部控制電路。

5）、UPS工作正常但負(fù)載設(shè)備異常。

可能原因：

1）、UPS輸出零地電壓過高。

2）、UPS地線與負(fù)載設(shè)備地線沒接在同一點(diǎn)上。

3）、負(fù)載設(shè)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(fù)載地接到同一個(gè)點(diǎn)上。

3）、重新啟動(dòng)負(fù)載設(shè)備。

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