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TUhjnbcbe - 2023/2/27 18:33:00

一、UPS定义

UPS,就是不间断电源。通常是弱电机房工程子系统之一,是将蓄电池与主机设备相连接,主要用于给设备提供稳定、不间断的电力供应。

当市电输入正常时,UPS将市电稳压后供应给负载使用,此时的UPS就是一台交流式电稳压器,同时它还向机内电池充电;当市电中断(事故停电)时,UPS立即将电池的直流电能,通过逆变器切换转换的方法向负载继续供应V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设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护。

二、UPS的作用

市电电网提供的电力供应,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-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

造成网络传输误码率大增,数据传输速度低下

UPS的四大功能:

1.交流稳压功能-不需要增加交流稳压器;

2.具有瞬间电网断网的保护功能,尤其是在线式UPS不存在逆变转换时间;

3.具有后备直流供电功能,可以保障用电设备在断电期间的电源供给,维持设备的正常工作;

4.净化功能-具有一定的滤波功能,能够滤除一些电网干扰信号,起着净化电源的作用。

UPS系统的基本要求

1.必须是在线式。

2.必须保证没有任何干扰信号的漏放,确保不对电视设备的技术指标产生任何不良影响。

3.必须有较高的可靠性和稳定性。

4.配备一定的后备蓄电池组,延长有效供电时间。

三、UPS的结构

变电站内UPS系统一般由电力UPS主机、旁路稳压柜、输出馈线柜等三部分组成(小功率时也可三合一)。结构示意图如图所示,简单说说几个比较重要的部分的用处。

整流器:

有两个主要功能:

第一,将交流电(AC)变成直流电(DC),经滤波后供给逆变器;

第二,给蓄电池提供充电电压,起到一个充电器的作用。

逆变器:

将直流电(DC)转化为交流电(AC),供给负载使用。

蓄电池:

UPS用来作为储存电能的装置,使其在市电失电时,可以将直流电逆变后,为负载提供不间断电源。其容量大小决定了其维持放电(供电)的时间。

静态开关:

又称静止开关,是用两个可控硅(SCR)反向并联组成的一种交流开关,其闭合和断开由逻辑控制器控制。

隔离变压器、稳压器:

在输入或输出部分将交流与直流隔离,稳压器除了隔离之外还有稳定电压的作用。

四、UPS的四种运行模式

UPS有4种运行模式,将UPS系统结构简化后示意图如下:

1.正常操作模式

在正常交流电源供应下,整流器将交流电转换为直流电,将市电中的“电源污染”消除,并同时对蓄电池充电。再供给逆变器将直流电转换为交流电,提供更稳定的电源给负载。

2.停电模式

当交流电源发生异常或整流器、电抗器故障时,蓄电池组提供直流电给逆变器,使交流输出不会有中断,进而达到保护负载的作用。

3.备用电源模式

当逆变器发生异常状况如逆变器保险丝熔断、短路等故障时,逆变器会自动切断以防止损坏,若此时旁路交流电源正常时,静态开关会将电源供应转为由旁路备用电源输出给负载使用。

4.维护旁路模式

当UPS要进行维修或更换电池而且负载供电又不能中断时,可以先切断逆变器开关然后激活维修旁路开关,再将整流器和旁路开关切断。交流电源经由维护旁路开关继续供应交流电给负载,此时,维护人员可以安全地对UPS进行维护。

五、UPS分类

根据电路结构的不同,UPS分为三种类型,即:后备式UPS、互动UPS和在线UPS。

1.后备式UPS

工作原理:市电正常时,转换开关接通旁路,市电经旁路向用电设备供电,充电器对蓄电池补充充电;当市电异常时,逆变器工作,蓄电池对逆变器供电,转换开关接通逆变器,由逆变器向用电设备供电。

特点:电路简单,价格低廉,频率不可调,对市电的要求较高,逆变器输出多为方波或准正弦波,存在切换时间,一般用于小容量的场合。

2.互动UPS

工作原理:在市电正常时,输出功率以市电为主,双向变换器工作在整流状态对蓄电池组补充充电;市电异常时,由双向变换器提供全部的输出功率。

特点:电路简单,价格低廉,逆变器可以双向工作,充电能力强,切换过程需要时间,频率不可调,对市电的要求较高。

3.在线式UPS

工作原理:无论市电是否正常,均由逆变器经相应的静态开关向负载供电。市电正常时,整流器向逆变器供给直流电,并对蓄电池组补充充电;当市电异常时,蓄电池组放电向逆变器供给直流电。

特点:正常情况下,负荷由逆变器全部提供,电源输出质量高,切换时间为0,可靠性高,但两次转换存在损耗,效率较低。

六、UPS冗余方式

在通信机房常见冗余方式有以下几种:

1.主从串联热备份

正常情况下主机带载,从机空载,负荷不均分;主从机之间互换较困难,从机电池长期空载,设备老化不一致;从机需要有带阶跃性负载的能力,否则会出现主机切从机,从机切旁路情况;该方法目前基本不再使用。

2.并联冗余

并联冗余采用N+1方式,N为主用,1为备用,当N=1时,就构成1+1方式,两台机器各带50%负荷,过载能力强,可靠性高,扩容较为方便,该方法应用普遍。

3,系统冗余

常见的是双总线系统,系统内部设备独立,配电系统独立,是目前业内公认的最可靠及可行的工作方式,冗余方式发挥作用前提是负载设备配备双电源模块,且两个电源模块式负载分担模式工作,该方法也被普遍采用。

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