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UPS不间断电源电源简介使用和维护

UPS不间断电源电源,是一款自带储电功能的电力装置,是一款当市电供电中断时,UPS不间断电源电源能立即将机内电池的电能进行转换供电力设备正常运作的一款电力设备。
一、UPS不间断电源是什么?它有哪些功能?
UPS不间断电源( Uninterruptible Power System ),即不间断电源,是一种含有储能装置,以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时,UPS不间断电源 将市电稳压后供应给负载使用,此时的UPS不间断电源就是一台交流市电稳压器,同时它还向机内电池充电;当市电中断( 事故停电 )时, UPS不间断电源 立即将机内电池的电能,通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电,使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。
UPS不间断电源作为保护性的电源设备,它的性能参数具有重要意义,应是我们选购时的考虑重点。市电电压输入范围宽,则表明对市电的利用能力强(减少电池放电)。输出电压、频率范围小,则表明对市电调整能力强,输出稳定。波形畸变率用以衡量输出电压波形的稳定性,而电压稳定度则说明当UPS不间断电源突然由零负载加到满负载时,输出电压的稳定性。
还有UPS不间断电源效率、功率因数、转换时间等都是表征UPS不间断电源性能的重要参数,决定了对负载的保护能力和对市电的利用率。性能越好,保护能力也越强,总的来说,离线式UPS不间断电源对负载的保护最差,在线互动式略优之,在线式则几乎可以解决所有的常见电力问题。当然成本也随着性能的增强而上升。因此用户在选购UPS不间断电源时,应根据负载对电力的要求程度及负载的重要性不同,而选取不同类型的UPS不间断电源。
UPS不间断电源一般在什么情况下使用?
UPS不间断电源不但直接用于计算机上,凡配有计算机的设备(如医学上的CT、供应站的仪表等)、雷达站、军事通讯系统、程控电话系统、外科手术室等,均使用UPS不间断电源代替发电机作后备供电使用。
二、UPS不间断电源的分类?
    从其发展历史来说,UPS不间断电源经历了两个阶段:旋转式UPS不间断电源和静态变换式UPS不间断电源。
从技术上讲,静态式UPS不间断电源分为三类:离线式(OFF LINE)、在线式(ON INE)和在线互动式(ON LINE INTERACTIVE)。一般来说,这种UPS不间断电源主要有两种工作状态,分别工作于不同的市电环境下。当市电正常时,(指UPS不间断电源可以接受、认可的电压幅值、频率和波形比负载接受的范围要大),由市电通过UPS不间断电源给负载供电。UPS不间断电源对市电进行滤波、稳压和稳频调整后,提供给负载更加稳定和洁净的电源。同时,UPS不间断电源通过充电器把电能转变为化学能储存在电池中。当UPS不间断电源侦测到市电异常时,切换到电池供电,通过逆变器(INVERTER)把化学能转变为交流电能,供给负载,以保证对负载的不间断电力供应。这种UPS不间断电源还有一种旁路(BYPASS)工作状态,它在刚开机或机器故障时,可以把输入经高频滤波后直接输出,保障对负载的供电。
1、在线式和后备式
从工作原理上分山特UPS不间断电源可分为后备式(OFF LINE )和在线式(ON LINE )两种。从备用时间上则可分为标准型和长效型两种。
从原理上看,在线式UPS不间断电源同后备式UPS不间断电源的主要区别在于,后备式UPS不间断电源在有市电时仅对市电进行稳压,逆变器不工作,处于等待状态,当市电异常时,后备式UPS不间断电源会迅速切换到逆变状态,将电池电能逆变成为交流电对负载继续供电,因此后备式UPS不间断电源在由市电转逆工作时会有一段转换时间,一般小于10ms,而在线式UPS不间断电源开机后逆变器始终处于工作状态,因此在市电异常转电池放电时没有中断时间,即0中断。
2、在线互动式
UPS不间断电源除了以上两种类型外,还有一种称为在线互动式(Line-Interactive),如山特的Inter系列。所谓在线互动式UPS不间断电源,是指在输入市电正常时,UPS不间断电源的逆变器处于反向工作给电池组充电,在市电异常时逆变器立刻投入逆变工作,将电池组电压转换为交流电输出,因此在线互动式UPS不间断电源也有转换时间。
    同后备式UPS不间断电源相比,在线互动UPS不间断电源的保护功能较强,逆变器输出电压波形较好,一般为正弦波,而其最大的优点是具有较强的软件功能,如山特Inter系列UPS不间断电源随机带有监控软件,可以方便的上网进行UPS不间断电源的远程控制和智能化管理。
3、标准型和长效型
除了以上三类,根据后备时间,UPS不间断电源还可分为标准机和长效机。标准机用内置电池,后备供电时间较短,一般在5-15分钟。长效机则可根据用户需要,增大电池容量配置,延长后备时间。但这要求更大的充电器来满足电池充电电流和充电时间性的需要,因此厂商在设计时会放大充电器容量或加装并联的充电器。
从备用时间来分,UPS不间断电源可分为长效型和标准型两种。一般来说,标准机机内带有电池组,在停电后可维持较短时间的供电(一般不超过25分钟);长效机机内不带电池,但增加了充电器,用户可以根据自身需要配接多组电池以延长供电时间。
三、UPS不间断电源的使用
    1.UPS不间断电源的供电方式
     UPS不间断电源的供电方式可分为集中供电方式和分散供电方式两种。
     集中供电方式是指由一台UPS不间断电源向整个线路中各个负载装置集中供电
     分散供电方式是指多台UPS不间断电源电源对多路负载装置分散供电。
                        这两种供电方式都有各自的优缺点具体如下:
   
集中供电方式/TD>  便于管理  布线要求高  可靠性低  成本高
分散供电方式 不便管理 布线要求低 可靠性高 成本低 
   
2.负载的选择
    并非所有的电器设备都需要使用UPS不间断电源,同样,UPS不间断电源也并非适用所有电器设备。用户在选择UPS不间断电源的负载时,主要应考虑大小、负载装置的特性、负载装置的重要程度以及不良电力对负载的影响程度。
1)负载装置的特性
      交流负载的供电方式一般分为单相和三相两种。小功率负载,功率从几百VA到100KVA,一般采用单相供电方式,选用单相输出的UPS不间断电源;而大功率的负载,功率从几十KVA到1000KVA,多采用三相供电方式,因此需选用三相输出的UPS不间断电源。
      负载类型一般可分为电阻性、电感性、电容性等线性负载与内含整流电路的非线性负载(又称整流性负载)。电脑及其外围设备多为非线性负载。UPS不间断电源 适用于电阻性负载及带容性的整流性负载。
    感性、容性负载等非线性负载启动都有冲击电流,电脑等整流性负载即使是在正常运行时,其峰值因数也有2~3,即电流的峰值为其有效值的2~3倍,因此在选用UPS不间断电源时应考虑到这一特性,应给UPS不间断电源留一定的余量。对于某些功率因数较低的感性负载如空调机等,因其启动电流相当大,可达其额定值的5~7倍,并且频繁启动,因此一般中小型UPS不间断电源不适用,除非留有足够的余量。
2)不良电力对负载的影响
参见第一部分
3)负载大小与UPS不间断电源容量计算
一般电器负载都会标称其额定功率或额定电流及功率因数等参数,但由于不同类型的负载差异较大,而总功率不能够差异较大,故总功率不能够简单的相加而应该求其矢量和。好在一般情况下,用户负载大多为电脑设备,其功率因数在0.65~0.7之间,因此可以将各个负载的额定功率累加求出总功率,而个别其他类型的负载如打印机等,可以按启动大小将其额定功率乘以一系数再计算进去。根据负载总容量的UPS不间断电源,  一般可以按以下公式选择:
UPS不间断电源容量>= 负载容量÷0.8
即负载容量应为UPS不间断电源额定容量的80%以下。选择80%负载主要是考虑到负载启动的冲击电流以及用户今后扩容的需要。

3.放电时间的配置
      停电后UPS不间断电源是依靠电池储能供电给负载的,标准性UPS不间断电源本身机内自带电池,在停电后一般可继续供电几分钟至几十分钟,而长效型UPS不间断电源配有外置电池组,可以满足用户长时间停电时继续供电的需要,一般长效型UPS不间断电源满载配置时间可达数小时以上。   一般长效型UPS不间断电源备用时间主要受电池成本、安装空间大小以及电池回充时间等因素的限制。一般在电力环境较差,停电较为频繁的地区采用UPS不间断电源与发电机配合供电的方式,见原理图。当停电时,UPS不间断电源先由电池供电一段时间,如停电时间较长,可以启动备用发电机对UPS不间断电源继续供电,当市电恢复时再切换到市电供电。
电池供电时间计算
      电池供电时间主要受负载大小、电池容量、环境温度、电池放电截止电压等因素影响。一般计算UPS不间断电源电池供电时间,可以计算出电池放电电流,然后根据电池放电曲线查出其放电时间。电池放电电流可以按以下经验公式计算:       
    放电电流=UPS不间断电源容量(VA)×功率因数/电池放电平均电压×效率
    如要计算实际负载放电时间,只需将UPS不间断电源容量换为实际负载容量即可。
4.UPS不间断电源的安装
      UPS不间断电源安装质量好坏直接影响到UPS不间断电源系统今后的长期运行,尤其是大中型UPS不间断电源,因此大中型UPS不间断电源在规划到安装过程中都应该规范。   一般来讲,UPS不间断电源在安装时主要考虑以下几方面因素:
      电网情况、负载容量及特性、使用环境、接地情况、配线及开关容量等。
1) 电网情况
      主要包括电网电压波动范围、停电频率等以确定UPS不间断电源备用时间的配备。如有必要可以在UPS不间断电源前极增设其他保护措施。
2) 使用环境
温度:要求为0℃~40℃
湿度:要求为10%~90%
落尘:UPS不间断电源周围环境要保持清洁,这样可以减少有害灰尘对UPS不间断电源内部线路的腐蚀结构:UPS不间断电源长延时配置时,电池可能较重,此时应考虑地板承重问题空间大小:应保证UPS不间断电源进行维护时,工程人员有一定的施展空间
3)接地情况
      在电脑系统中为了确保电脑系统稳定可靠工作,防止寄生电容耦合*,保护设备及人身安全,因此必须要有良好的接地系统。在接地系统中以接地电阻来表示接地好坏,一般接地电阻小于5Ω较为理想。
4)配电要求
山特UPS不间断电源的配电可以参照以下表格中数据        
1 开关容量 熔断器容量
(可不装) 电池配线 输入配线 输出配线
R相 S相 T相
C6KVAS >32A 32A 专用线 6mm2 1 1 6mm2
C10KVAS 47A 47A 专用线 10mm2 1 1 10mm2
3C10KVAS 47A 47A 6mm2 10mm2 6mm2 6mm2 10mm2
3C15KVAS 74A 74A 10mm2 16mm2 10mm2 10mm2 16mm2
3C20KVAS 98A 98A 16mm2 25mm2 16mm2 16mm2 25mm2
      
5.UPS不间断电源的使用
1)正常的开机顺序
      由于一般负载在启动瞬间存在冲击电流,而UPS不间断电源内部功率元件都有一定的安全工作区范围,尽管我们在选用器件时都留有一定的余量,但是过大的冲击电流还是会缩短元器件的使用寿命,甚至造成元器件损坏。因此 ,在使用时应尽量减小冲击电流带来的损害。
一般UPS不间断电源在旁路工作时,抗冲击能力较强,我们可以利用这一特点在开机时采用以下方式进行:先送市电给UPS不间断电源,使其处于旁路工作,再逐个打开负载,先开冲击电流较大的负载,再开冲击电流较小的负载,然后UPS不间断电源面板开机,使其处于逆变工作状态。开机时千万不能将所有负载同时开启,也不可带载开机。
2)关机顺序
    关机顺序如下:先逐个关闭负载,再将UPS不间断电源面板关机,使UPS不间断电源处于旁路工作而充电器继续对电池组充电。如果需要UPS不间断电源输出,将UPS不间断电源完全关闭,则再将输入市电断开即可。
3)后备式UPS不间断电源的使用
后备式UPS不间断电源一般在市电状态下没有负载检测功能,只靠输入保险丝起保护。如用户使用时不注意这点,在市电时很容易带载过大,虽然市电状态下,UPS不间断电源还可能继续工作,但一旦市电异常转电池逆变工作时,UPS不间断电源就会因过载保护而关机,严重时会造成UPS不间断电源损坏,以上情况都会造成输出中断,给用户带来一定的损失。因此在使用后备式UPS不间断电源时应特别注意不要带载过量。
4)长效型UPS不间断电源的使用
    长效型UPS不间断电源由于采用外接电池组以延长供电时间,外接电池的好坏直接影响到UPS不间断电源的放电时间。因此在使用长效型UPS不间断电源时应特别注意电池的使用和保养。关于电池使用保养问题的详细说明请参阅以后内容。
  由于长效型UPS不间断电源外置电池与UPS不间断电源主机是分开的,相互间由电池连线连接,一般正常使用时不会有什么问题,但是当用户在装机或移机时,就会需要进行重新连线,在连线时应注意以下几个问题:
①电池连接时电压极性要正确;
②电池与主机之间的连线先不要连接,等UPS不间断电源市电输入产生充电电压后再连接。即UPS不间断电源先上市电     再接电池(后备长效机以及C系列6KVAS以上机器则应该先接电池,否则无法开机)。
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 四、为什么要用UPS不间断电源?
    有一个常见的错误概念,认为我们使用的市电,除了偶尔发生的断电事故,是连续而且恒定的,其实不然。市电系统作为公共电网,上面连接了成千上万各种各样的负载,其中一些较大的感性、容性、开关电源等负载不仅从电网中获得电能,还会反过来对电网本身造成影响,恶化电网或局部电网的供电品质,造成市电电压波形畸变或频率漂移。另外意外的自然和人为事故,如地震、雷击、输变电系统断路或短路,都会危害电力的正常供应,从而影响负载的正常工作。根据电力专家的测试,电网中经常发生并且对电脑和精密仪器产生*或破坏的问题主要有以下几种:
1、电涌(power surges):指输出电压有效值高于额定值110%,而且持续时间达一个或数个周期。电涌主要是由于在电网上连接的大型电气设备关机时,电网因突然卸载而产生的高压。
2、高压尖脉冲(high voltage spikes):指峰值达6000v,持续时间从万分之一秒至二分之一周期(10ms)的电压。这主要由于雷击、电弧放电、静态放电或大型电气设备的开关操作而产生。
3、暂态过电压(switching transients):指峰值电压高达 20000V,但持续时间界于百万分之一秒至万分之一秒的脉冲电压。其主要原因及可能造成的破坏类似于高压尖脉冲,只是在解决方法上会有区别。
4、电压下陷(power sags):指市电电压有效值介于额定值的80%至85%之间的低压状态,并且持续时间达一个到数个周期。大型设备开机,大型电动机启动,或大型电力变压器接入都可能造成这种问题。
5、电线噪声(electrical line noise):系指射频*(RFI)和电磁*(EFI)以及其它各种高频*。马达的运行、继电器的动作、马达控制器的工作、广播发射、微波辐射、以及电气风暴等,都会引起线噪声*。
6、频率偏移(frequency variation):系指市电频率的变化超过3Hz以上。这主要由应急发电机的不稳定运行,或由频率不稳定的电源供电所致。
7、持续低电压(brownout)指市电电压有效值低于额定值,并且持续较长时间。其产生原因包
括:大型设备启动和应用、主电力线切换、启动大型电动机、线路过载。
8、市电中断(power fai1):指市电中断并且持续至少两个周期到数小时的情况。其产生原因 有:线路上的断路器跳闸、市电供应中断、电网故障。

UPS不间断电源电源简介使用和维护
五、目前我国的电力状况?
目前,我国仅有少数地区刚刚解决了电力紧张的问题,大部分地区和大城市还面临着电力供应紧张的迫切问题,供电质量更是不能得到保证。但即使是在早已实现电气化的美国和其它西方国家,电网的质量也远非可靠。由于电网本身的质量有问题与各种偶然因素的作用,电压浪涌,电磁噪声,持续电压偏高,持续低压等电网不良现象在发达国家也是常事,甚至还可能发生短时间停电。来自电网的不良\因素还有,电源电压瞬时或长时间的下陷、浪涌和中断;电源频率的漂移和不稳;电源输入波形畸变;各种尖峰*和噪音…等。这一切对于高精度的敏感仪器和不能中断的设备来说是非常严重的。例如:计算机在工作时停电或者是有一个比较大的电压低落,就可能造成内存上的信息被冲掉及硬盘数据丢失的后果。在医院里,电子医疗设备如果因为停电而停止工作,对病人的影响是致命的。事实上,在造成数据丢失的各种因素中,电源故障以45.3%的机率居首位,其它几种主要的因素分别是:暴风雨9.4%、火灾8.2%、硬软件故障8.2%、洪水6.7%、地震5.5%。


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