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UPS电源 UPS逆变器系统结构配置与选择及故障处理措施 KIA 98858vip威尼斯

2018-05-11    本站    阅读次数:9841

摘要

UPS逆变器

ups逆变器工作原理

UPS逆变器逆变电源和UPS供电系统在功能和原理上大致相同,它们都能实现以下两方面的功能: 1.提供一种能够调节电压变化、消除各种电气干扰、提供高质量电源供应的途径;2.在交流市电出现故障时,能够保证必要的后备供电能力。二者最大的区别就是UPS需要配置蓄电池组,后备时间较短,而逆变电源无需配置蓄电池,可直接利用通信机房的各等级电压直流屏,其容量较大,可以长时间地保证网络运行的不间断。


具体来讲,UPS供电系统由UPS机头和蓄电池组两部分构成,以交流市电作为电源输入,当交流市电出现故障时,UPS机头将蓄电池组储存的直流转换为交流进行供电; 而逆变电源供电系统只需要在网络设备机房安装一台逆变电源即可,逆变电源具有交流和直流两路输入,交流输入为交流市电,而直流输入从支流屏引入。当交流市电处于正常工作时,经过整流器整流为直流,再经逆变器变换为稳频稳压的交流向负载供电。当交流市电或整流器发生故障时,直流直接经过逆变器变换为交流向负载供电。逆变电源进行交直流供电转换的时候没有延迟,可以最大限度地保证网络供电质量。另外,对于网络管理部门来讲,使用逆变电源的另一优势就是不用像UPS供电系统一样需要对蓄电池进行定期维护,同时,直流屏的可靠性要比蓄电池组高。


如果担心逆变电源设备本身故障会对计算机网络的正常运行造成影响,可以配置两台逆变电源,将两台逆变电源设置为互备的运行方式,当其中任何一台逆变电源出现设备故障停机时,另一台逆变电源会立刻接管负载的供电工作,设备之间的切换没有延迟。管理员可以不需要中断计算机网络的电源供应就可对出现故障的设备进行维修或更换,这样就更进一步提高了网络供电系统的可靠性。


上文中也提到,逆变电源的应用需要企业具备直流系统,因此逆变电源的应用范围不像UPS那样广泛。但是电力、通信等相关行业都具备自己的直流系统,在这些领域,逆变电源可以出色地为计算机网络系统提供高质量的电源供应。例如,笔者所在的供电企业,在进行计算机网络扩充的时候,新增的网络节点位于一座综合建筑物内,该建筑物由室内变电站和办公区域构成,由于变电站都具有直流系统,因此在设计该网络节点供电方式的时候,选择了机架式的逆变电源,交流市电作为交流输入,从变电站的直流屏引入直流。机架式逆变电源在此次网络扩充中的应用,不仅为网络设备提供了高质量、高可靠性的电源供应,同时减轻了网络管理人员的维护工作量,同时由于采用了机架式设备,便于强电的布线,而且节省了网络机房的空间。该网络节点投入运行几年来,网络设备一直正常运行,这其中逆变电源功不可没。


在早期的电信机房中,通常采用将220V交流电源经过整流,为48V电池组充电,由电池组直接给程控交换机供电。随着计算机网络和通信网络在电信机房的应用,需要为其提供高质量的220V的交流电源。由于有现有的48V电池组,所以通常采用电池组+逆变器的方法,将48V直流变换为220V交流电源为网络供电。


1.UPS(不间断供电系统)最重要的作用就是不间断供电,当市电网符合输入范围时,经过AC/DC,DC/AC双重变换,向负载供电,当市电网超限时,由电池向负载供电,当UPS故障或过载时由旁路电源向负载供电。维护时还可以通过手动维修旁路开关对UPS进行在线维护。而电池组+逆变器的供电方式,当电池组出现故障需要更换时,必须使系统间断,这会对系统造成巨大的损失。UPS的不间断作用是电池组+逆变器无法替代的。


2.UPS的作用是实现双路电源的不间断相互切换,提供一定时间的后备时间,稳压,稳频,隔离干扰等。它能够将瞬间间断,谐波干扰,电压波动,频率波动,浪涌等电网干扰阻挡在负载之前。由于UPS自身逆变器的输入直流总线和外接电池组均与用户原有的48V通信电源无任何直接的电气连接,所以不会对程控机产生任何传导干扰。另外,UPS为防止对外的辐射干扰,通常采用钢板式框架结构,在UPS内衬2mm厚不锈钢板的外部设计的流线型塑料外壳,在保持了优美外形的同时,消除了对其它设备的辐射干扰。在它的输入输出端采用了RFI滤波器,使得向负载提供的是经过净化的交流电源。

UPS逆变器

3.因为逆变器是固定的48V供电,电池电压较低,当输出功率要求较大时,对功率模块的生产工艺要求愈高,因此大功率逆变器难以实现。目前,我们最大的逆变器为30KVA。而UPS本身的自带电池组直流电压可高至几百伏,因此单机功率可以很大,单机可以做到800KVA,且还可以通过并机方式进一步扩大容量。如HPC系列,可以8台直接并联或通过公共旁路柜并联。


4.为适应现代通讯网络飞速发展的需求,要求UPS或逆变器必须拥有极强的网络管理功能。我们向用户提供了RS232接口,其完善的网络管理软件可适应不同的操作系统,可对16台UPS同时进行监控,可监测多达170多种参数。其特有的UPS2000远程监控软件可以使您的UPS天天都处于专业工程师的监控之中,确保您高枕无忧。


5.有人曾提出UPS的缺点是当输入电压偏高或偏低时,即转为电池放电,而我国电网状况通常较差,会引起电池频繁放电,缩短电池寿命。使用48V逆变器则不用考虑此问题。事实上,我们在设计上均充分考虑了此问题,采用先进的DSP控制技术,具有超宽的输入电压范围,在+25%的范围内仍可满载输出,极大地减少了电池放电次数。其先进的智能电池管理功能,使其充电器具有极小的交流纹波,充电电压自动温度补偿,放电终止电压随放电时间自动补偿,自动电池检测,电池寿命计算等功能,极大地保护了电池,可使电池寿命延长30%。


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系统结构及原理

监控平台也是UPS的最重要组成部分之一。


UPS的基本原理后备式UPS运行原理有市电时,市电通过开关后直接供给负载,逆变器不工作;另外,市电通过充电器给电池充电。

停电后,启动逆变器,把电池储存的能量通过逆变器和开关供给负载。

功率等级0.25-2KVA左右


互动式UPS运行原理在线互动UPS与后备式比,主要区别在于:逆变器与充电器合二为一;输出通过变压器的抽头跳变,实现分段稳压。

功率等级0.7-20kVA左右


在线式UPS运行原理不管电网电压是否正常,负载所用的交流电压都要经过逆变电路,即逆变电路始终处于工作状态。

功率等级0.7-1500kVA左右


Delta变换UPS运行原理Delta变换器和补偿变压器实现稳压功能,主变换器是双向变换器。不能稳定频率。

功率等级10-480kVA左右


UPS配置与选择

UPS分类和选择工作方式:后备式、互动式、在线式;

容量:小功率(1~10kVA);中功率(20~60kVA);大功率(80~1000kVA)

适用环境:商业级、工业级、电厂专用、车载或船用

输出变压器:高频机,工频机

配电部分:线缆及开关


容量及机型选择

用户负载量,冗余度

负载性质:IT类、电感性负载、使用环境-谐波、变压器

机房配电设计:进线方式

机型成本及竞争优势。

用户负载量;UPS输出冗余度(70~80%)

负载峰值因素(3:1)不能超过逆变器过载能力

负载视在功率(KVA)不能超过UPS额定功率*功率因素折算系数

三相负载不平衡度<30%。


工业级UPS恶劣的电气和物理环境:供电线路电压/频率波动、浪涌冲击、峰值下陷、高频干扰,环境温湿度不稳、粉尘、腐蚀等。

结构:输入输出双隔离、钢板机箱、高IP防护等级。

适用领域:钢铁、化工、电力、汽车、造纸、煤炭、石油、隧道

负载类型:重载机械、生产线设备、DCS系统等。

UPS工作损耗、通风量、空调配置

满载损耗(KW)=kVACos×(6~7.5%)

UPS容量

40KVA

80KVA

100KVA

160KVA

200KVA

300KVA

400KVA

600KVA

800KVA

通风量立方米/h

2200

2400

2590

3500

3700

3900

4400

7500

9300

输出功率折算-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

1500

2000

2300

3000

UPS输出功率折算

100%

85%

79%

75%

69%

电池计算和配置

精确计算:恒功率计算法

1、截止电压确定:

1.67V/cell<放电30分钟;1.75V/cell放电30~60分钟;

1.83V/cell>放电60分钟


2、计算每个Cell电池恒功率数据:


3、根据厂家恒功率放电数据表选择满足计算结果的电池规格。

配电部分:线缆及开关


输入开关容量及线缆规格:

三相电工速算法:输入电流(A)=1.8XKVA,开关系数X1.2

单相电工速算法:输入电流(A)=5XKVA,开关系数X1.2


输出开关容量及线缆规格:

三相电工速算法:输出电流(A)=1.5XKVA,开关系数X1.2

单相电工速算法:输出电流(A)=4XKVA,开关系数X1.2

电池开关容量及线缆规格:放电电流(A)=kVA?Cos/U电池电压开关系数(X1.2)

电缆长度与压降:如70mm线阻0.26?/km

零线及地线规格:零线=1~1.5倍相线,地线=相线

配电部分:电缆及开关规格

电缆额定电流简单算法

电缆规格

1/1.5/2.5

4/6

10/16

25/35/50

70/95/120

150/185

240

300

额定电流

×8A

×6A

×4A

×3A

×2.5A

×2A

×1.5A

×1.2A

空开规格:R10、R16、R20、R25、R32、R40、R50、R63、R80、R100、R125、R160、R200、R250、R320、R400、R630、R800、R1250。


隔离变压器高频机加装380V/380V输出隔离变压器:容量KVA=UPSKVA

选用△/Y0型隔离变压器,输出中性点接地,Y/Y型变压器旁路反灌会造成DC电压过高危险。

UPS加装380V/220V输出隔离变压器:输出容量损失20~30%对逆变器有干扰反馈,选用效率高,干扰小变压器。

旁路隔离变压器:实现零线电气隔离。


UPS基础维护UPS维护的一般要求

1、UPS主机现场应放置操作指南,指导现场操作。

2、UPS的各项参数设置信息应全面记录、妥善归档保存并及时更新。

3、检查各种自动、告警和保护功能是否正常。

4、定期进行UPS各项功能测试。

5、定期检查主机、电池及配电部分引线及端子的接触情况,检查馈电母线、电缆及软连接头等各连接部位的连接是否可靠,并测量压降和温升。

6、经常检查设备的工作和故障指示是否正常。

7、定期查看UPS内部的元器件的外观,发现异常及时处理。

8、定期检查UPS各主要模块和风扇电机的运行温度有无异常。

9、保持机器清洁,定期清洁散热风口、风扇及滤网。

10、定期进行UPS电池组带载测试。

11、各地应根据当地市电频率的变化情况,选择合适的跟踪速率。当输入频率波动频繁且速率较高,超出UPS跟踪范围时,严禁进行逆变/旁路切换操作。在油机供电时,尤其应注意避免该情况的发生。

12、UPS应使用开放式电池架,以利于蓄电池的运行及维护。


UPS常见故障处理

1、市电有电时,UPS出现市电断电告警。

可能原因:

1)、市电输入空开跳闸。

2)、输入交流线接触不良。

3)、市电输入电压过高、过低或频率异常。

4)、UPS输入空开或开关损坏或保险丝熔断。

5)、UPS内部市电检测电路故障。

处理方法:

1)、检查输入空开。

2)、检查输入线路。

3)、如市电异常可不处理或启动发电机供电。

4)、更换损坏的空开、开关或保险丝。

5)、检查UPS市电检测回路。


2、试电正常时,UPS输出正常

市电断电后,负载也跟着断电。

可能原因:

1)、由于市电经常低压,电池处于欠压状态。

2)、UPS充电器损坏,电池无法充电。

3)、电池老化、损坏。

4)、负载过载,UPS旁路输出。

5)、负载未接到UPS输出。

6)、长延时机型的电池组未连接或接触不良。

7)、UPS逆变器未启动(UPS面板控制开关未打开),负载由市电旁路供电。

8)、逆变器损坏,UPS旁路输出。

处理方法:

1)A、在市电电压正常时对电池充足电。

B、启动发电机对电池充电。

C、在UPS输入端加稳压器。

2)、检查充电器。

3)、更换电池。

4)、减少负载。

5)、将负载接到UPS的输出。

6)、检查电池组是否接对、接好。

7)、启动逆变器对负载供电(打开面板控制开关)。

8)、检查逆变器。


3、UPS无法启动可能原因

1)、电池长期放置不用,电压低。

2)、输入交流、直流电源线未连接好。

3)、UPS内部开机电路故障。

4)、UPS内部电源电路故障或电源短路。

5)、UPS内部功率器件损坏。

处理方法:

1)、将电池充足电。

2)、检查输入交流、直流线是否接触良好。

3)、检查UPS开机电路。

4)、检查UPS电源电路。

5)、检查UPS内部整流、升压、逆变等部分的器件是否损坏。

6)、UPS在正常使用时突然出现蜂鸣器长鸣告警。

可能原因:

1)、用户有大负载或大冲击负载启动。

2)、输出端突然短路。

3)、UPS内部逆变回路故障。

4)、UPS保护、检测电路误动作。

处理方法:

1)、A、负载投入时按先大后小的顺序。

B、增大UPS的功率容量。

2)、检查UPS的输出是否短路。

3)、检查UPS逆变器。

4)、检查UPS内部控制电路。

5)、UPS工作正常但负载设备异常。


可能原因:

1)、UPS输出零地电压过高。

2)、UPS地线与负载设备地线没接在同一点上。

3)、负载设备受到异常干扰。

处理方法:

1)、检查UPS接地,必要时可在UPS的输出端零地间并一个1-3kΩ电阻。

2)、将UPS地与负载地接到同一个点上。

3)、重新启动负载设备。


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