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2、一章不间断电源1.1 电力环境目前,我国仅有少数局部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。市电无法提供 敏感电子设备需要的干净、稳定的电源,用户最终为设备的健康和安全运行负责。 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,再加上自然灾害的破坏,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 可能发生长时间停电。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.
3、4%、火灾8.2%、硬软件故 障8.2%、洪水6.7%、地震5.5%。可以想象如果未使用不间断电源系统,那么当市电发生异常,将造成计算机掉 电、死机,甚至造成硬件故障;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。硬件的故障可花钱消灾,但是万一丢失重要数据资料而没 有备份,花多少钱可能都不能弥补,所以为您的设备添购不断电系统,就如同买保 险一样,有备无患。UPS系统并不是只有当停电时才有动作的,前面所提到的市电 异常,包含了市电电压过低、过高、突波、噪声等,均是足以影响设备正常运作的 电源品质问题,而配备不断电系统能一次性解决几乎所有的电源问题。由此可见UPS 的重要性
4、。1.2 UPS电源作用1、停电保护:交流输入中断时UPS立即将电池直流电源(DC)转换成交流电(AC) 继续供电。后备供电时间长短由电池容量、负载大小等因数决定。2、高低电压保护:市电电压过高或过低时UPS内稳压器(AVR)将做适当的调整,使 UPS输出的电压保持在可使用的范围,若电压过低或过高超过可使用范围,UPS将 电池直流电源转换成交流电继续供电,以保护用户设备。3、波形失真处理:由于电力经由输配电线路传送至客户端,各种机器设备的使用往 往造成市电电压波形的失真,因为波形失真将产生谐波干扰设备,且会使电力系统 变压器温度升高,一般要求失真率5%, 一般UPS设计失真率3%。4、频率稳定
5、:市电频率分为50Hz60Hz两种,所谓频率就是每一秒变动的周期,50Hz 就是每秒50周次,中国是50Hz。发电机运转时受到客户端用电量的突然变化造成转 速的变动将使转换出来的电力频率飘移不定,经UPS转换后的电力可提供稳定的频 率。5、电压稳定:市电电压易受电力输送线路品质的影响,离变电所较近的用户电压较 高约240260V,离变电所较远的用户电压较低约180200V,电压太高或太低会使 用户设备缩短寿命,严重时会烧毁设备,使用在线式UPS可提供稳定的电源电压, 可延长设备寿命及保护设备。6、抑制差模噪声:差模噪声产生在火线与零线之间(零地电压N-G)。7、抑制共模噪声:共模噪声产生在火线
6、/零线与地线之间。8、突波保护:一般UPS会加装突波吸收器或尖端放电设计吸收突波,以保护用户设 备。9、瞬时响应保护:市电受干扰时有时会造成电压凸出或下陷或瞬间中断,使用在线 式UPS可提供稳定的电压,使电压变动在较小范围内,可延长设备寿命及保护设备。 10、监控电源:配合UPS的智能型通讯接口及监控软件可显示UPS电压、频率、负 载、电池、温度等实时状态信息,在市电中断后显示倒计时关机时间,并在电池耗 尽前安全自动关闭系统及UPS电源。1.3 UPS分类UPS作为计算机的重要外设,在保护计算机数据、保证电网电压和频率的稳定, 改进电网质量,防止瞬时停电和事故停电对用户造成的危害等是非常重要的
7、。UPS已从60年代的旋转发电机发展至今天的智能化静止式,并且还在继续发展。 目前,UPS一般均指静止式UPS,按其工作方式分类可分为后备式、在线互动式及 在线式三大类。1.3.1 后备式(OFF LINE)UPS在市电正常时直接由市电向负载供电(部分机型有稳压功能),逆变器此时 不工作,当市电超出其工作范围或停电时,通过转换开关转为电池逆变供电。其特 点是:结构简单,体积小,成本低,但输入电压范围窄,输出电压稳定精度差,有 切换时间,且输出波形一般为方波。在线互动式UPS将充电回路与逆变器整合为双向转换回路,市电输入正常时, UPS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
8、逆变工作, 将电池组能量转换为交流电输出,其特点是:有较宽的输入电压范围,噪音低,体 积小等特点,逆变器输出电压波形较好,一般为正弦波,但同样存在切换时间。1.3.2 在线式(ON LINE)UPS在市电正常时,由市电进行整流提供直流电压给逆变器工作,由逆变器向 负载提供交流电,在市电异常时,逆变器由电池提供能量,因逆变器始终处于工作 状态,故输出不会中断。其特点是,有极宽的输入电压范围,无切换时间且输出电 压稳定精度高,特别适合对电源要求较高的场合,但是成本较高。目前,功率大于 3KVA的UPS几乎都是在线式UPS (纯在线)。1.3.3 标准机和长效机除了以上三类,根据备用时间,UPS还可
9、分为标准机和长效机(长机)。标准机 用内置电池,后备供电时间较短,一般在515分钟。长效机(长机)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。标准型UPS受散热条件及充电电路的设计电 流较小条件的限制,不可作为长效型UPS使用。X.3.4输入输出分类UPS按输入/输出方式可分为三类:单相输入/单相输出(AC220Vin220Vout) 三相输入/单相输出(AC380Vin220Vout)三相输入/三相输出(AC380Vin380Vout) 采用三相供电方式,每一相都承当一部分
10、负载电流,因而中、大功率UPS多采用三 相输入/单相输出或三相输入/三相输出的供电方式。一般IoKVA以下UPS采用单进单出(AC220Vin220Vout), 10-50KVAUPS采用三 进单出(AC380Vin220Vbut)或者三进三出(AC380Vin380Vout) ,60KVA以上UPS 均采用三进三出(AC380Vin380VouD。1.4 UPS监控智能型UPS是当今UPS的一大发展趋势,随着UPS在网络系统上的应用,网 络管理者强调整个网络系统为保护对象,希望整个网络系统在供电系统出现故障时, 仍然可以继续工作而不中断,因此UPS内部配置微处理器使之智能化是UPS的新 趋势
11、,UPS内部硬件与软件的结合,大幅度提高了 UPS的功能,可以监控UPS的 运行工作状态,如:UPS输出电压频率,电网电压频率、电池状态以及故障记录等。 还可以通过软件对电池进行检测、自动放电充电,以及遥控开关机等。网络管理者就可以根据信息资料分析供电质量,依据实际情况采取相应的措施。 当UPS检测出供电电网中断时,UPS自动切换到电池供电,在电池供电能力不足时 立即通知服务器做关机的准备工作并在电池耗尽前自行关机。1.5 UPS工作原理UPS主要分为两大类三种形式:一类是后备式,另一类是在线式,还有一种介 于两者之间的在线互动式。以下是这三种形式的原理图。1.5.1 后备式UPS工作原理图1
12、.5.2 在线互动式UPS工作原理图市电正常市电故障1.5.3 在线式UPS工作原理图市电正常电池工作旁路工作1.6 UPS安装UPS安装质量好坏直接影响到UPS系统今后的长期运行,尤其是大中型UPS,因 此大中型UPS在规划到安装过程中都应该规范。一般来讲,UPS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。1.6.1 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备用时间的配备。如有必 要可以在UPS前极增设其他保护措施,UPS前端不得配备漏电保护器。UPS安装前 确认市电线缆及断路器规格是否满足UPS安装的要求且是否到位。1.6.2 使用环境温度:要求为0C40C湿度:要求为10%90%落尘:UPS周围环境要保持清洁,这样可以减少有害灰尘/湿气对UPS内部线路 的腐蚀结构:UPS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进行维护时,工程人员有一定的施展空间。一半UPS后面与前面距离不得少于30Cm,左右空间不得少于60Cmo1.6.3 接地情况在电脑系统中为了确保电脑系统稳定可靠工作,防止寄生电容耦合干扰,保护 设备及人身安全,因此必须要有良好的接地系统。1.6.4 配电要求线缆的线径必须考虑额定电流及使用环境温度,具体规格请查阅UPS说明书或 相关资料。第二章电气基础