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1UPS的基本原理及主要技术参数

什么是UPS？

利用电池化学能作为后备能量，在市电断电等电 故障时，不间断地为用户设备提供（交流）电能的一种能量转换装置。

为什么需要UPS？

市电电 提供的电力供应，看上去正常，可是不可靠:表面正常的电力，实际上危机四伏。

电源中断

数据丢失，通信中断，商机延误……

—— 直接损失以每分钟5000-100000元计

设备停运，仪表失灵，手术中断……

—— 间接经济损失无法估量

电源污染

瞬态尖峰、电源浪涌、高压脉冲

造成服务器、路由器、磁盘阵列 等设备硬件损坏

谐波污染、线间噪声、频率漂移

造成 络传输误码率大增，数据传输速度低下

UPS的四大功能

不停电功能——解决电 停电问题

交流稳压功能——能解决 压剧烈波动问题

净化功能——解决电 与电源污染问题

管理功能——解决交流动力维护问题

UPS系统结构

监控平台也是UPS的最重要组成部分之一

UPS种类

按工作原理不同，UPS分为：

离线式（后备式UPS、互动式UPS）

在线式UPS

按供电体系不同，UPS分为：

单进单出UPS

三进单出UPS

三进三出UPS

按输出功率不同，UPS分为：

微型 <6kVA

小型 6-20kVA

中型 20-100KVA

大型 >100kVA

按电池位置不同，UPS分为

电池内置式UPS（标准机型）

电池外置式UPS（长延时机型）

按多机运行方式不同，UPS分为：

串联热备份UPS（用于中小功率机器）

交替串联热备份UPS（中小UPS)

直接并联UPS (用于中大功率）

按变压器特点不同，UPS分为：

高频UPS（高频机）

工频UPS（工频机）

按输出波形不同，UPS分为：

方波输出UPS

阶梯波（准正弦波）UPS

正弦波输出UPS

UPS主要技术参数

输入特性：

1、输入电压范围 输入电压范围宽可减小电池放电机会，延长电池寿命。

2、输入功率因数 功率因数低，输入无功功率大，谐波电流污染电 ，影响干扰其它设备。

3、主电源频率允许范围。

4、输入电流谐波分量。（PFC、6/12脉冲变压器）

输出特性：

1、静态稳定度。大型为1%，中小型为2%。

2、输出瞬态特性。大型5%，中小型8%。

3、输出过载能力。（如：过载125% 5MIN;150% 10S)

4、输出功率因数。 （0.8、0.9、1）

5、输出电压谐波失真度。典型3%以内。

2UPS相关配置及计算

UPS系统基本由以下部分组成：

UPS主机

必选功能件(如BCB BOX等)

蓄电池

配套电池柜/架, 电池开关等

功能选件( 如防雷, 监控,谐波治理，上出线等)

需要进行的计算：

UPS主机容量计算与选择

?UPS后备电池的容量计算与选择

UPS容量计算与选择

首先获得负载的总功耗,并统一单位到KVA

例如:一般个人计算机负载约200VA，小型服务器负载约1500VA，大中型服务器负载约3000VA

电流I(A安培)及 功耗W（瓦特）与VA的转换关系

VA= I*220

VA= W/0.8(计算时通常考虑20KVA以下为0.7，20KVA以上为0.8)

考虑到UPS运行在60-80%的区间是最佳运行状态,一般建议在计算时将上面的结果除以0.8再一次放大

然后在产品手册中选取最靠近的功率产品

采用恒功率模式计算方式

W/cell ＝ PL/(N×6×η)

3UPS配电系统基础

空气开关的类型

按照壳体大小和分断能力分类：

1 空气断路器ACB Air Circuit Break（800-6300A）

常用容量：800/1000/1250/1600/2000…

2 塑壳断路器MCCB Moulded Case Circuit Break（ 100-2000A ）

常用容量：100/125/160/200/250/320/400/500/630/800…

3 小型断路器MCB Miniature Circuit Break（4-125A）

常用容量：10/16/25/32/40/50/63/80/100/125

空气开关的类型

按照极数(pole)分类：

单极/1P（L）

双极/2P（L/N）

三极/3P（L1/L2/L3）

四极/4P（L1/L2/L3+N）

按照极数(pole)分类：

配电用

电动机用

UPS开关容量的选择

单相UPS的额定电流计算:

单相6KVA，额定输出工作电流6KVA/220V=27.3A

输入电流

考虑最低工作电压160V

考虑充电容量预留15％（小UPS）

考虑效率90％

则输入最大电流：6KVA×1.15/（160×0.9）=47.9A

选取开关为50A或63A

三相UPS的额定电流计算

额定输出工作电流

Hipulse U 120KVA为三相的总容量

每相额定容量为1/3，即120/3=40KVA

每相的额定工作电流：40KVA/220V＝181.8A

速算方法：120K/(3*220)，即为120×（1K/660）=120*1.5。

1.5为实际工作电流速算系数，工作电流=1.5×UPS容量

例子：120KVA UPS，额定输出电流120×1.5＝180A

中型UPS考虑输入最低工作电压，大型UPS可以不考虑最低工作电压

考虑充电容量预留25％（中大UPS）

考虑效率90％

则输入容量速算系数：1.5×1.25/(0.9)＝2.08，近似2.0（因为25％的充电余量非常大）

2为开关容量速算系数（大UPS），开关容量=2×UPS容量

例子：120KVA输入电流：120×2＝240A，选用250A开关

UL33及高频机UPS，输入电压范围非常宽，必须考虑满载最低工作电压（额定电源的75％）,

所以60KVA UPS的输入开关：60×2/0.75＝160A，选160A

2.5为开关容量速算系数，开关容量=2.5×UPS容量

4UPS供电方案介绍

集中供电方式：

优点：可以实现 络设备资源的等电位控制，减小传输误码率。

缺点：初期投资大，单机故障影响大。

分散供电方式：

优点：方案布置灵活，故障影响小。

缺点：如整个设备不能保持同地线，易引发干扰。

单机供电

UPS解决方案中最简单的一种

每一分散地点交流供电系统容量多为6KVA以下

各点交流负载独立地由一台UPS提供动力保护

市电通常就近采用插座输入

主从机串联“热备份”

适合于中小型 络、服务器群、办公、仪表等应用场合

由UPS主机、UPS从机、电池系统、配电系统组成

配电设计和工程施工简单

优点：

两台甚至多台UPS基本处于相对独立、互不干扰的运行状态。

对于UPS同步跟踪性能要求较低。

采用不同型号、不同容量UPS构成串联热备份方式。

缺点：

从机长期处于空载运行状态、效率低。

从机电池组长期处于浮充状态，得到定期带载放电维护机会少，会影响电池寿命。

从机必须有良好的带阶跃负载能力。

长期运行，主机逆变器=静态旁路转换功能良好是关键

无扩容功能。

相对于“并联”冗余系统平均无故障时间偏低。

模块并联供电

全部交流负载集中供电，由1台模块化并联UPS供电

模块化UPS包括：机架、可并联功率模块、可并联电池模块、充电模块等

适合于中小型 络、服务器群、办公、仪表等应用场合

由机架、UPS功率模块、电池模块、配电系统组成

功率模块配置为N+1冗余，减少了MTTR

共用输入、输出、并联的电池系统、控制系统

N+1直接并联冗余

适合于中大型 络、数据中心、大楼集中供电、工业厂矿等应用场合

由直接并机的N+1台UPS、电池模块、配电系统组成

系统N+1冗余，可靠性高于单机UPS

易于扩容，维护便捷

是应用最为广泛的方案

优点：

完善的锁相同步技术保证多台UPS直接并联时可均分负载电流。

良好的扩容性能（N+1）

避免了“串联”热备份方式的缺点。

缺点：

对设备本身同步锁相技术要求高

对设备制造技术要求高——输出阻抗接近。

对逆变器输出电压调节性能要求高——分相调节

UPS必须同型号、同容量。

多台并联时，旁路也需增加“均流电感”

双母线

解决单母线运行方式存在的单点“瓶颈”问题。进一步提高系统可靠性。系统配置复杂，投资大，安装调试要求高。