弱電機(jī)房UPS系統(tǒng)

      一、弱電機(jī)房不間斷電源系統(tǒng)（UPS）概述

　　在失電情況下，UPS提供后備電源，并進(jìn)行必要的隔離和濾波，防止外部電壓波動(dòng)對(duì)設(shè)備運(yùn)行的干擾。通常情況下，UPS通過(guò)逆變器輸出380V交流電源供應(yīng)負(fù)載，或市電異常情況下UPS把直流電轉(zhuǎn)變成交流電輸出，繼續(xù)提供負(fù)載運(yùn)行，不受斷電的困擾。在由于過(guò)載或者溫度過(guò)高以及逆變器發(fā)生損壞的情況下，UPS將自動(dòng)無(wú)間斷的切換到旁路繼續(xù)供應(yīng)負(fù)載。

　　二、UPS工作原理

      市電經(jīng)過(guò)整流器整理后，給蓄電池充電，同時(shí)給逆變器供電，經(jīng)逆變器逆變之后，向負(fù)載供電。

　　當(dāng)市電異常時(shí)，電池自動(dòng)開(kāi)始工作（切換時(shí)間為零）。此時(shí)，整流器停止工作，由電池供給逆變器直流電源，然后供給負(fù)載。

　　三、UPS分類及適用性

　　●    從電路主結(jié)構(gòu)分

　　1、在線式

　　在線式UPS電源一般采用雙變換模式。當(dāng)市電正常時(shí)，在線式UPS輸入交流電壓，通過(guò)充電電路不斷對(duì)電池進(jìn)行充電，同時(shí)AC/DC電路將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，然后通過(guò)脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（PWM）由逆變器再將直流電壓逆變成交流正弦波電壓供給負(fù)載，起到無(wú)級(jí)穩(wěn)壓的作用；而當(dāng)市電中斷時(shí)，后備電池開(kāi)始工作，此時(shí)電池的電壓通過(guò)逆變器變換成交流正弦波或方波供給負(fù)載，因此無(wú)論是市電供電正常時(shí)，還是市電中斷由電池逆變供電期間，逆變器始終處于工作狀態(tài)，這就從根本上消除了來(lái)自電網(wǎng)的電壓波動(dòng)和干擾對(duì)負(fù)載的影響，真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)負(fù)載的無(wú)干擾、穩(wěn)壓、穩(wěn)頻以及零轉(zhuǎn)換時(shí)間。在線式UPS的這種特點(diǎn)，使它比較適合于用外加電池或加裝優(yōu)質(zhì)發(fā)電機(jī)的方法，改裝成長(zhǎng)時(shí)間不間斷供電系統(tǒng)。在線式UPS輸出多為正弦波，電壓及頻率穩(wěn)定，所以它多被用在供電質(zhì)量要求很高的場(chǎng)所。

　　2、在線互動(dòng)式

　　在線互動(dòng)式UPS是界于后備式和在線式工作方式之間的UPS設(shè)備，它集中了后備式UPS效率高和在線式UPS供電質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)。在線互動(dòng)式UPS的逆變器一直處于工作狀態(tài)，具有雙向功能，即在輸入市電正常時(shí)，UPS的逆變器處于反向工作給電池組充電，起充電器的作用；在市電異常時(shí)逆變器立刻投入逆變工作，將電池組的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流正弦波輸出。在線互動(dòng)式UPS也有轉(zhuǎn)換時(shí)間，比后備式UPS短，保護(hù)功能較強(qiáng)。采用了鐵磁諧波變壓器，在市電供電時(shí)具有較好的穩(wěn)壓功能。由于充電逆變器共用一個(gè)模塊，在給電池充電時(shí)，由逆變器產(chǎn)生的高頻成份很難濾掉，充電效果不是非常令人滿意，故不適合作長(zhǎng)延時(shí)的UPS。在線互動(dòng)式UPS價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于在線式UPS，只比后備式UPS價(jià)格稍高，因此也是一種適合小型辦公或家庭使用的UPS。

　　3、后備式

　　早期的后備式UPS在市電供電正常時(shí)，市電直接通過(guò)交流旁路和轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)供電于負(fù)載，交流旁路相當(dāng)于一條導(dǎo)線，逆變器不工作，此時(shí)供電效率高但質(zhì)量差。在近年的后備式UPS往往在交流旁路上配置了交流穩(wěn)壓電路和濾波電路加以改善。當(dāng)市電異常（市電電壓、頻率超出后備式UPS允許的輸入范圍或市電中斷）時(shí)，后備式UPS通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換到電池狀態(tài)，逆變器進(jìn)入工作狀態(tài)，此時(shí)輸出波形為交流正弦波或方波。后備式UPS存在切換時(shí)間，一般為4毫秒～10毫秒，但對(duì)一般的計(jì)算機(jī)設(shè)備的工作不會(huì)造成影響。由于后備式UPS工作時(shí)輸出波形大都為方波，供電質(zhì)量相對(duì)較差，只適用于要求不高的場(chǎng)合，并且功率一般都較小，多在2000瓦以下。但后備式UPS產(chǎn)品有著價(jià)格優(yōu)勢(shì)，比較便宜，適合于小型辦公企業(yè)和家庭用戶使用。

　　4、雙逆變電壓補(bǔ)償在線式

　　雙逆變電壓補(bǔ)償技術(shù)也稱為Delta技術(shù)，它將交流穩(wěn)壓技術(shù)中的電壓補(bǔ)償原理運(yùn)用到UPS的主電路中，當(dāng)市電存在時(shí)，兩組逆變器只對(duì)輸入電壓與輸出電壓的差值進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)償，逆變器承擔(dān)的最大功率僅為輸出功率的20%，所以功率強(qiáng)度很小，功率余量大，這就增強(qiáng)了UPS的輸出能力和過(guò)載能力，不再對(duì)負(fù)載電流波峰系數(shù)予以限制，可從容地對(duì)付沖擊性負(fù)載，不再對(duì)負(fù)載功率因數(shù)進(jìn)行限制，輸出有功功率可以等于標(biāo)定的KVA值。

　　●    從后備時(shí)間分

　　1、標(biāo)準(zhǔn)機(jī)

　　UPS配備有內(nèi)置的電池組，則稱為標(biāo)準(zhǔn)機(jī)。由于受UPS體積和重量的限制，標(biāo)準(zhǔn)機(jī)局限于中、小功率的UPS。標(biāo)準(zhǔn)機(jī)一般是配置小容量的電池，所以后備時(shí)間不長(zhǎng)?，F(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)大多采用7Ah/12V的電池，功率越大的UPS，一般所用電池的節(jié)數(shù)也增加，如1KVA在線式的UPS用3節(jié)7Ah/12V的電池，3KVA的用8節(jié)，6KVA的用20節(jié)。其實(shí)電池的使用個(gè)數(shù)根本上決定于電池的規(guī)格和UPS的充電電壓，因?yàn)榇蠊β蔝PS的充電電壓比功率的UPS的充電電壓要大，對(duì)于同一規(guī)格的蓄電池，自然使用的電池節(jié)數(shù)就要增多。

　　2、長(zhǎng)效機(jī)

　　UPS需外接電池組的，則稱為長(zhǎng)效機(jī)。長(zhǎng)效機(jī)包括從小功率到大功率的UPS。長(zhǎng)效機(jī)有著很大的機(jī)動(dòng)性，用戶可以根據(jù)自己所需后備時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)確定采用何種容量的電池。關(guān)于UPS的后備時(shí)間與蓄電池容量的計(jì)算可以根據(jù)以下的公式來(lái)確定：C=PxPF/（UxηxC）

　　其中C：蓄電池容量。P：UPS的額定功率，單位為VA。PF：UPS的功率因數(shù)。U：電池組的直流端電壓=電池額定電壓x電池節(jié)數(shù)。

　　η：逆變器的效率，為0.86。C：電池的放電速率，該值可以根據(jù)UPS所需后備時(shí)間t的長(zhǎng)短在電池的放電曲線圖上查得，例如當(dāng)t=1小時(shí)，C=0.55；t=2小時(shí)，C=0.35；t=4小時(shí)，C=0.20；t=8小時(shí)，C=0.11。

　　●按輸入輸出方式分

　　1、單相輸入/單相輸出

　　2、三相輸入/單相輸出

　　3、三相輸入/三相輸出

　　小功率的UPS都采用單相輸入/單相輸出方式，而中、大功率的UPS多采用三相輸入/單相輸出和三相輸入/三相輸出。對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，三相供電其市電配電和負(fù)載配電比較容易，每一相都承當(dāng)一部分的負(fù)載電流。

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