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1、UPS的基本概念和基本电路,前言,电的一般基本知识：什么叫市电？1.中国市电的电压和频率是多少？2.市电同样可以用，为甚麽要去推销UPS？3.为甚麽UPS的容量要用VA表示？这叫甚麽功率？4.甚麽叫有功功率，甚麽叫无功功率？各有甚麽作用？5.KSTAR的UPS产品分那几种类型？6.UPS的作用是甚麽？7.功率因数是百分数吗，为甚麽？8.UPS效率的定义是甚麽，含义是甚麽？,目 录,上篇：UPS的基本概念 下篇：UPS的基本电路,UPS的三大基本功能,稳压 滤波 不间断,双变换UPS功能方框图,构成UPS的四大基本部分：两个变换器、电池组和旁路开关,上篇：UPS的基本概念,一、名词概念 二、电路
2、指标概念 三、电池概念 四、UPS供电制式概念 五、系统连接概念 六、普通电源变压器是否抗干扰 七、全桥变换、半桥变换与输出变压器的关系 八、零地电压的形成 九、可靠性与可用性,一、名词概念,1.视在功率 S=电压V电流A=VA(伏安)2.有功功率 P=S 功率因数F=W(瓦特)3.无功功率(乏)4.功率因数F=P/S=cos,无功功率有用吗？,可以帮助有功功率做功可转化为有功功率,5.电流峰值系数 Fi=IP/I 和 脉冲状态下的功率因数,不同峰值系数的形成,I,31 51,6.浪涌系数,7.跟踪速率：UPS输出频率跟踪输入频率的速度,外部输入电压 波形,UPS输出电压 波形,UPS输出频率
3、在指定范围内跟踪输入而不能稳定,8.波形,9.线性负载和非线性负载,线性负载,非线性负载,若 I1=I2，则U1=U2，反之亦然。,若 I1 I2，则U1=U2，反之亦然。,10.一般UPS为什么不能带容性负载,感性负载情况,容性负载情况,带容性负载时，电容不但不输出功率去抵消感抗，而且还吸收功率，使负载上得到的有功功率减小，容易过载,p0,例：,一台30kVA UPS F=0.8，要求带相同功率的容性负载（即,F=+0.8）计算：原来UPS可提供 有功功率PW=24kW,无功功率Q=+18kvar,负载需要：有功功率PW=24kW,无功功率Q=+18kvar由于两个无功功率不是抵消关系，而是
4、相加关系，并且这时原本向外提供无功功率的电容也成了逆变器的负载，即此时UPS的无功功率就是36kvar，比UPS的视在功率还大。原来逆变器给出的电流只能是：IW=24kW/220V=109A 而现在仅无功电流就需要 IQ=36kvar/220V=164A 全部需要逆变器给出电流,二、电路指标概念,输出电压精度、输出电压频率精度、输出电压波形失真度等,1.电压精度,1%,UPS给定的旁路电压范围：380V/220V(1 10%),PWM电源对输入电压的调整情况,2.频率精度,56%,0.01%,UPS给定的频率范围：50Hz(1 5%)国家规定的电网频率范围：50Hz 0.2Hz,2.三相,三相
5、三线制 相序三相四线制,3.电压波形失真度,UPS给定的电压失真度3%5%,波形失真在50%甚至以上,三、电池概念,1.放电电流,Id 放电电流，AP UPS额定功率，WF 负载功率因数 逆变器效率UminUPS关机前 一瞬间的电池电压,一般每单元1.75V。,（1）,放电时间h,放电电流Id,图1 C20 Ah放电曲线,2.查放电曲线法,恒流放电曲线,3.恒流放电查表法,Senry FM65恒电流放电表,表2 恒流放电（A)至不同中止电压(25C）,例：,30kVA UPS F=0.8，要求后备时间t=2h，UPS电池电压为3212V，要求用GNB12V/100/Ah电池，需多少节?解：设逆
6、变器效率=90%，设放电中止电压为1.75V，根据式（1）求得79.4A，由表1查得此值在2h放电到1.75V时,对应的相近规格是50A09（75A,210Ah)，即采用210Ah32或（100Ah32）2,恒功率放电查表法,P放电电流，APdUPS额定功率，WF负载功率因数 逆变器效率,（2）,50A15 665 603 554 449 382 296 250 187 151 112,50A05 190 172 158 128 109 84 71 52 43 31,20m 25m 30m 45m 1h 1.5h 2h 3h 4h 6h,50A07 285 258 237 192 163 12
7、7 107 79 64 47,50A09 380 344 316 257 218 169 143 106 85 65,50A11 475 430 395 321 272 211 179 133 109 80,50A13 570 517 475 385 327 254 213 160 130 96,表3 GNB额定放电功率（W/Cell）至中止电压1.75V(25C）,注意：这里给出的是一个2V单体的数值,例：,30kVA UPS F=0.8，要求后备时间t=2h，UPS电池电压为3212V，要求用GNB12V/100/Ah电池，需多少节?求放电功率，设逆变器效率=90%，设放电中止电压为1.7
8、5V，根据式（2）算得 放电功率Pd=26667W 由表3对应100Ah（50A05）和2h的位置查得为p=71W，则所需电池单体数为：N=Pd/p=26667 W/71W=375.59，取整数376，又因一个12V电池有6个单体，故电池数 n=N/6=376/6=62.6（节）电池组数m=62.6/32=1.9582（组）所以用322节12V电池即可。,Senry FM65恒功率放电表,表4 额定放电功率至不同中止电压(25C）,4.电池的组合,假如用100Ah 提供2h后备时间Id=100A时，在曲线上查得28min，用Id=50A，在曲线上查得对应1h 可用2组并联方案切记电池并联不得超
9、过5组有的放电表给出的功率数值是一个单元（2V)的，,四、UPS供电制式概念,1.单相 单相2线制 火零线的确定 用试电笔或万用表 单相3线制 火零线的确定,最大电阻档,顺时针：0 L N,三相五线制,五、系统连接概念 双市电供电,*两路市电同时接在同一台UPS上,违背了市电一主一备的原设计思想 打乱了原设计的程序 不能在整个时间里保护负载,*实现一主一备的合理方案,六、普通电源变压器是否抗干扰,普通电源变压器的作用是变压和隔离地,七、全桥变换、半桥变换 与输出变压器的关系,全桥变换器,R1 R2 R3,全桥变换器无数出隔离变压器的情况,直接接负载,等效电路,半桥变换器,八、零地电压的形成,1
10、.接地电阻的最大允许值,零地电压的形成：三相电流不平衡、谐波电流、,零地电压在高地频率时的区别,高频机的零地电压 比工频机高 工频时的导线截面积 高频时的导线截面积在高频下，导线的集肤效应 使得电阻变大,九、可靠性与可用性,MTBF:平均无故障时间MTTR：平均修复时间,可用性A=0.99999时MTTR和MTBF的对应关系,表1-1 A=0.99999时的MTTR和MTBF的对应关系(n+1)修复时间MTTR 要求的MTBF 10min 16667 h 20min 33333h 30min 50000h 1h 100000h 2h 200000h 3h 300000h 4h 400000h
11、5h 500000h 10h 1000000h 20h 2000000h,只注重MTTR的后果,MTBF1（h）MTBF2（h）同时出故障的周期（h）50 51 2550 500 510 25500 5000 5100 255000 50000 51000 2550000,只有两个因素同时注重才能保证合理的可用性,停机时间与可用性的关系,可用性A=0.99999时，允许一年的停机时间 t=一年的天数 一天小时数（1-A）=（36524h（1-0.99999）=8760 h 0.00001=0.0876 h=5.256min,下篇：UPS的基本电路,一、电压源 二、电流源 三、串联调整 四、并联
12、调整 五、串并联调整 六、在线互动式的概念 七、非在线式和在线式UPS区别的判断 八、UPS几种波形形成的基本电路,一、电压源和电流源,U1=E-I r=E1-（r/R+r）,r/R+r=0,r(Zu)0,U1=E,二、电流源,I=E（r+R）,r R,r(Zi),I=E r,三、串联调整,四、并联调整,五、串并联调整,Uin,rUr,I Uo R,变换器1,市电,负载,变换器2,Delta双变换UPS,主要功能目录,1）一相电路结构原理2）电压调整原理3）隔离干扰等效电路原理结构4）隔离输入干扰效果5）输入输出隔离效果6）功率平衡原理7）软启动和负载软转移,1）一相电路结构原理,2）电压调整
13、原理,Delta 变压器,RFI(x),差模滤波器 EMC150kHz,L1,输入,N,RFI扼流圈,RFI(x),AC1,AC2,L1,输出,5次谐波失真滤波,GND,GND,RFI(y),理想50Hz电流发生器,RFI(y),N,RFI扼流圈,3）隔离干扰等效电路原理结构,4）隔离输入干扰效果,输入电压=输出电压时，加脉冲负载,5）输入输出隔离效果,6）功率平衡原理,输入电压=输出电压情况,输入电压降低15%情况,输入电压升高15%情况,额定输入电压情况下的充电情况,7）软启动和负载软转移,Delta变换结构UPS的软启动特性,传统双变换结构UPS的软启动特性,六、在线互动式的概念,抽头补偿式,在线互动是两个电压之间的互动,一段补偿式,一段补偿式原理方框图,一段补偿式结构原理图,七、非在线式和在线式UPS区别的判断,市电正常供电时：只有一个变换器工作的电路是非在线式两个变换器同时工作的电路就是在线式,八、UPS几种波形形成的基本电路,*自激式直流变换器-方波*它激式直流变换器-准方波*叠加式直流变换器-阶梯波*脉宽调制电路PWM-正弦波或梯形波,自激式直流变换器,它激式直流变换器,叠加式直流变换器,脉宽调制电路PWM,方波与三角波的产生,PWM波形的产生,包含正弦波的PWM波形,输出端为感性负载时的波形,第一象限,LC,第二象限,LC,第三象限,LC,第四象限,
