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UPS电源简介
UPS电源简介

产品详细

        UPS电源(Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply),即不间断电源,是将蓄电池(多为铅酸免维护蓄电池)与主机相连接,通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。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如电磁阀、压力变送器等提供稳定、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 设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护。


       特点

      UPS是针对中国电网环境和网络监控及网络系统、医疗系统等对电源的可靠性要求,克服中、大型计算机网络系统集中供电所造成的供电电网环境日益恶劣的问题,以全新的数字技术研制出的第三代工频纯在线式智能型UPS。直流电源,是维持电路中形成稳恒电流的装置。如干电池、蓄电池、直流发电机等。

UPS和直流电源是企业重要的供电保障设备,传统的维护管理包括:①日常巡检外观,定期更换电池、滤波电容、风机等易损件,大修时做电池活化等;②改造或采用换代设备,使用高级工具测试电池性能。这种管理方式企业投入成本高,维护人员工作量大,不易实时掌握设备运行状态和关键数据,设备事故预防能力低。实施在线维护管理可避免传统方式的不足之处,获得良好效益。


      UPS的中文意思为“不间断电源”,是英语“Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply”的缩写,它可以保障计算机系统在停电之后继续工作一段时间以使用户能够紧急存盘,使用户不致因停电而影响工作或丢失数据。

 

      组成

      UPS电源系统由五部分组成:主路、旁路、电池等电源输入电路,进行AC/DC变换的整流器(REC),进行DC/AC变换的逆变器(INV),逆变和旁路输出切换电路以及蓄能电池。其系统的稳压功能通常是由整流器完成的,整流器件采用可控硅或高频开关整流器,本身具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能,从而当外电发生变化时(该变化应满足系统要求),输出幅度基本不变的整流电压。净化功能由储能电池来完成,由于整流器对瞬时脉冲干扰不能消除,整流后的电压仍存在干扰脉冲。储能电池除可存储直流直能的功能外,对整流器来说就像接了一只大容器电容器,其等效电容量的大小,与储能电池容量大小成正比。由于电容两端的电压是不能突变的,即利用了电容器对脉冲的平滑特性消除了脉冲干扰,起到了净化功能。

       对干扰的屏蔽。频率的稳定则由变换器来完成,频率稳定度取决于变换器的振荡频率的稳定程度。为方便UPS电源系统的日常操作与维护,设计了系统工作开关,主机自检故障后的自动旁路开关,检修旁路开关等开关控制。

在电网电压工作正常时,给负载供电如图1-1所示,而且,同时给储能电池充电;当突发停电时,UPS电源开始工作,由储能电池供给负载所需电源,维持正常的生产(如粗黑→所示);当由于生产需要,负载严重过载时,由电网电压经整流直接给负载供电。

UPS电源简介

      工作过程

      市电正常为380/220VAC时,直流主回路有直流电压,供给DC-AC交流逆变器,输出稳定的220V或380V交流电压,同时市电经整流后对电池充电。当任何时候市电欠压或突然掉电,则由电池组通过隔离二极管开关向直流回路馈送电能。从电网供电到电池供电没有切换时间。当电池能量即将耗尽时,不间断电源发出声光报警,并在电池放电下限点停止逆变器工作,长鸣告警。不间断电源还有过载保护功能,当发生超载(150%负载)时,跳到旁路状态,并在负载正常时自动返回。当发生严重超载(超过200%额定负载)时,不间断电源立即停止逆变器输出并跳到旁路状态,此时前面输入空气开关也可能跳闸。消除故障后,只要合上开关,重新开机即开始恢复工作。


     不间断电源的发展

     飞轮式不间断电源

     在使用电池的时代之前,不间断电源曾经使用飞轮和内燃机为负载提供电能供应,这种不间断电源被称为飞轮式或旋转式不间断电源。飞轮式不间断电源由整流器、直流电动机、飞轮、柴油机(或汽油机)及发电机等组成。在电网供电的情况下,由整流器提供的直流电驱动电动机带动飞轮旋转,并且带发电机为负载供电。由于飞轮的惯性作用,发电机转速可以保持均衡,此时不间断电源起过滤电网干扰的作用。当电网断电后,飞轮继续带动发电机的转子旋转,同时启动柴油机带动发电机发电,替代原有电网为负载供电。


      由于飞轮式不间断电源使用内燃机提供电力,会产生较大的噪音同时体积也较大,因此目前一般仅被用于应急情况和一些自然状况恶劣的场合,通常情况下不间断电源会使用蓄电池来提供电力。


      电池式不间断电源

      自二十世纪六十年代美国通用电气公司研究生产不间断电源以来,不间断电源一直在被改进,但是其基本原理没有重大变化。

现代的不间断电源由电池组、逆变器和控制电路组成,一端连接电网另一端连接电器负载。在电网电压正常的情况下,不间断电源利用电网电源为自身充电,在电网出现异常的时候,不间断电源将存储于电池中的电能释放,供负载使用。它按工作方式通常分为在线式和后备式(亦称为离线式)两种;按输出波形可分为正弦型、近似正弦型(用阶梯方波来拟合正弦波)等。


      UPS优点

     不间断电源的主要优点,在于它的不间断供电能力。在市电交流输入正常时,UPS把交流电整流成直流电,然后再把直流电逆变成稳定无杂质的交流电,给后级负载使用。一旦市电交流输入异常,比如欠压了或者停电了又或者频率异常了,那么UPS会启用备用能源-蓄电池,UPS的整流电路会关断,相应的,会把蓄电池的直流电逆变成稳定无杂质的交流电,继续给后级负载使用。这就是UPS不间断供电能力的由来。


      UPS

      当然,UPS的不间断供电时间不是无限的,这个时间受制于蓄电池自身储存能量的大小。如果发生交流停电,那么在UPS的蓄电池供电的宝贵时间内,您需要做的就是赶紧恢复交流电,比如启用备用交流电回路、启用油机发电,实在不行,就只能紧急存盘,保存劳动成果,等待交流电恢复正常后再继续。 


     应用

     不间断电源现已广泛应用于:矿山、航天、工业、通讯、国防、医院、计算机业务终端、网络服务器、网络设备、数据存储设备、应急照明系统、铁路、航运、交通、电厂、变电站、核电站、消防安全报警系统、无线通讯系统、程控交换机、移动通讯、太阳能储存能量转换设备、控制设备及其紧急保护系统、个人计算机等领域。 


    选购

    根据设备的情况、用电环境以及想达到的电源保护目的,可以选择适合的UPS;例如对内置开关电源的小功率设备一般可选用后备式UPS,在用电环境较恶劣的地方应选用在线互动式或在线式UPS,而对不允许有间断时间或时刻要求正弦波交流电的设备,就只能选用在线式UPS。

 

    首先要确定您的设备是多大功率的,一般来讲普通PC机或工控机的功率在200W左右,苹果机在300W左右,服务器在300W与600W之间,其他设备的功率数值可以参考该设备的说明书。


    其次应了解UPS的额定功率有两种表示方法:视在功率(单位VA)与实际输出功率(单位W),由于无功功率的存在所以造成了这种差别,两者的换算关系为:视在功率*功率因数=实际输出功率。后备式、在线互动式的功率因数在0.5与0.7之间,在线式的功率因数一般是0.8。


    给设备配UPS时应以UPS的实际输出功率为匹配的依据,有些经销商有意或无意会混淆(VA)与(W)的区别,这点要提请用户注意。


    根据使用环境选择可以分为工业级UPS和商业级UPS,工业级UPS适应于环境比较恶劣的的地方,商业级UPS对环境的要求比较高。


    UPS通常分为工频机和高频机两种。工频机由可控硅SCR整流器,IGBT逆变器,旁路和工频升压隔离变压器组成。因其整流器和变压器工作频率均为工频50Hz,顾名思义叫工频UPS。


    高频机通常由IGBT高频整流器,电池变换器,逆变器和旁路组成,IGBT可以通过控制加在其门极的驱动来控制IGBT的开通与关断,IGBT整流器开关频率通常在几K到几十KHz,甚至高达上百KHz,相对于50Hz工频, 称之为高频UPS。


    随着电力电子技术的发展和高频功率器件不断问世。中小功率段的UPS产品正逐步高频化,高频UPS有功率密度大、体积小、重量轻的特点。但在高频UPS功率段向中大功率过渡推进的过程中。高频拓扑UPS在使用过程中暴露出一些固有缺点,并影响到UPS的安全使用和运行。


     采购要点

     一、稳定性

  因为UPS是起保障作用的,因此它自身的稳定性更为重中之重。所以,当用户选购UPS产品的时候,不管是中小型企业用户还是其他,首先必须考虑UPS产品的质量,产品的质量是用户选用产品的第一要则,通过质量可以决定你会选择什么品牌的产品,因为我们说品牌之所以称为品牌,是因为它被很多人验证过、认可了,这是第一。


     二、后备时间

  后备时间是很多用户在购买UPS产品的时候会关注比较多的一个指标。从学术角度讲,UPS就是停电后继续为用户供电,首先这是一个物理学,停电供电只是它的功能之一,功能之二则是保证用户能够有一个干净的电源,保护用户的设备。


     三、确定UPS的类型

  根据负载对输出稳定度、切换时间、输出波形要求来确定是选择在线式、在线互动式、后备式以及正弦波、方波等类型的UPS。

 

    在线式UPS的输出稳定度、瞬间响应能力比另外两种强,对非线性负载的适应能力也较强。对一些较精密的设备、较重要的设备要采用在线式UPS。在一些市电波动范围比较大的地区,避免使用互动式和后备式。如果要使用发电机配短延时UPS,推荐用在线式UPS。


    四、服务能力

    每个用户的网络特点、电力环境都不相同,电源保护要求也随之变化。用户在使用UPS时可能遇到种种问题也不尽相同,用户希望自己购置的是完全适合实际需求的产品和服务,而且关心设备投资的周期、长期回报率及投资风险。而现实是,绝大多数用户缺乏这方面的专业人员,所以,优质的服务体系和主动的服务态度也成为用户选购UPS时必须考虑的一个重要因素。


    五、附件功能

  为了提高系统的可靠性,建议采用UPS热备份系统,可以系统串联热备份或并联热备份。小容量的UPS(1 ~2KVA)还可以选用冗余开关。可以选用远程监控面板,实现在远端监视和控制UPS工作。可以选用监控软件,实现计算机和UPS之间的智能化管理。可以选用网络适配器,实现UPS的网络化管理(基于SNMP)。在某些多雨多雷地区,可以配用防雷器。还要考虑是否能够对网络的使用和对外设进行保护。因为外设越来越来齐全(如打印机、扫描仪),这部分设备也同样需要保护。是否具备电缆线浪涌保护和数据浪涌保护?在无人值班时能否进行自动的系统关机?另外,因为用户商用的桌面的UPS多放在自己的身边,所以在产品的设计风格、制造工艺方面也是需要考虑的。


    区别

    UPS的"集中式"与"分散式"配备方式有什么区别 

    如果需要配UPS的设备较多,您可以采用"集中式"或"分散式"两种配备方式;所谓"集中式",就是用一台较大功率的UPS负载所有设备,如果设备之间距离较远,还需要单独铺设电线,大型数据中心、控制中心常采用这种方式,虽然便于管理,但成本较高。


    "分散式"配备方式是现 在比较流行的一种配备方式,就是根据设备的需要分别配备适合的UPS,譬如对一个局域网的电源保护,可以采取给服务器配备在线式UPS,各个节点分别配备后备式UPS的方案,这样配备的成本较低并且可靠性高。

这两种供电方式的优缺点如下:


   (1)集中供电方式 便于管理 布线要求高 可靠性低 成本高。

   (2)分散供电方式 不便管理 布线要求低 可靠性高 成本低。


    注意事项

    1)UPS的使用环境应注意通风良好,利于散热,并保持环境的清洁。

    2)切勿带感性负载,如点钞机、日光灯、空调等,以免造成损坏。

    3)UPS的输出负载控制在60%左右为最佳,可靠性最高。

    4)UPS带载过轻(如1000VA的UPS带100VA负载)有可能造成电池的深度放电,会降低电池的使用寿命,应尽量避免。

    5)适当的放电,有助于电池的激活,如长期不停市电,每隔三个月应人为断掉市电用UPS带负载放电一次,这样可以延长电池的使用寿命。

    6)对于多数小型UPS,上班再开UPS,开机时要避免带载启动,下班时应关闭UPS;对于网络机房的UPS,由于多数网络是24小时工作的,所以UPS也必须全天候运行。

    7)UPS放电后应及时充电,避免电池因过度自放电而损坏。


    使用技巧

    不间断电源-如何延长UPS的供电时间?

    延长不间断电源系统的供电时间有两种方法:

    1.外接大容量电池组:可根据所需供电时间外接相应容量的电池组,但须注意此种方法会造成电池组充电时间的相对增加,另外也会增加占地面积与维护成本,故需认真评估。


    2.选购容量较大的不间断电源系统:此方法不仅可减少维护成本,若遇到负载设备扩充,较大容量的不断电系统仍可立即运作。


    UPS电源系统开、关机

    第一次开机

    (1)按以下顺序合闸:储能电池开关→自动旁路开关→输出开关依次置于“ON"

    (2)按UPS启动面板“开”键,UPS电源系统将徐徐启动,“逆变”指示灯亮,延时1分钟后,“旁路”灯熄灭,UPS转为逆变供电,完成开机。

    经空载运行约10分钟后,按照负载功率由大到小的开机顺序启动负载。


    日常开机

    只需按UPS面板“开”键,约20分钟后,即可开启电脑或其它仪器使用。通常等UPS启动进入稳定工作后,方可打开负载设备电源开关(注:手动维护开关在UPS正常运行时,呈“OFF"状态)。


    关机

    先将电脑或其它仪器关闭,让UPS空载运行10分钟,待机内热量排出后,再按面板“关”键。

UPS电源简介

    发展特点

   (1)高效率、高可靠性

    由于IT 设备不断增多、用电量加剧、机房面积紧张、低耗节能需求等客观因素的存在,高效率、高可靠性的UPS 技术倍受关注。为提高UPS 运行效率,高性能电力电子器件不断被研发成功并投入实际应用,如IGBT、MOSFET、GTR、智能功率模块IPM、MOS 控制晶闸管MCT 等,变流技术也需要随着电力电子器件而更新。此外,业界正逐步推广UPS 内部多模块冗余并联运行、甚至多台UPS 组成的系统冗余运行技术,在并联运行中,当单一模块或单机发生故障时,其功能则自动转由冗余单元承担,大大提高了UPS 供电系统的可靠性。


   (2)大功率化、模块化

    由于IT 行业迅猛发展,数据中心的数据量也在以爆炸式的速度持续增长,随之而来功率消耗增大。UPS 一方面朝着更大功率的方向发展,另一方面为应对不间断电源容量分期扩充的需求,产品模块化已是不可阻挡的趋势。更个性化的用户需求、更庞大的数据中心规模及更高的维护成本使得UPS 已不再是单纯的不间断供电设备,针对不同行业领域的全套电源供应与管理解决方案才将倍受市场青睐。


    行业内针对模块化UPS 解决方案基本形成了两个方向:一是单机冗余化,即通过多模块冗余并联构成大功率单相或者三相UPS,其可用性指标得到了质的飞跃;二是全模块化结构,即一个模块是一台完整的UPS,通过冗余并联直接构成中等功率UPS,在兼顾可用性指标的同时还具有良好的性价比。


   (3)高频化

    相比传统的工频UPS,高频UPS 采用功率因数校正和高频软开关技术,省去了工频电能转换环节,因此运行效率更高、对电网的谐波污染及无功消耗极小,完全能够满足国内外相关电力行业的标准要求。此外,高频电能变换装置在减小磁性部件体积和重量、降低制造成本、遏制运行噪音、节能环保等方面效果显著,因此越来越受到用户认可。


   (4)数字化、智能化、网络化

    数字化技术的优势在当今信息社会中愈加明显。在UPS 产品的研发和制造过程中采用全数字化技术可有效缩小产品体积、降低生产成本、提高产品的可靠性及针对用户需求的匹配性;而数字化控制技术则会在UPS 系统运行过程中准确及时地进行信号采样、处理、控制(包括电压电流环等)、通信等工作,并将各环节的控制参数优化统一后发送给UPS 综合控制单元,从而使UPS 系统的运行更具效率,实现更简单、更稳定的通信与均流,并获取优良的电磁兼容指标。智能化主要贯穿于UPS 系统的控制、检测与通信过程中,完全由计算机管理。计算机及其外设能自主应付一些可预见的问题,进行自动处理和调整,发出预警、告警信息等。通信设施所处环境日趋复杂,增大了维护难度,对电源设备的网络化监控管理提出了新的要求。网络化技术可通过对UPS 配置与计算机互连的软硬件接口,实现计算机网络系统及数据资料的双重保护、网络远程事件记录和监测控制、故障告警、参数自动测试分析等功能,使维护人员更为轻松、安全、高效地通过互联网进行数据查询、控制等维护工作。


   (5)绿色、节能、环保

    在世界能源格局变化加剧,国际油价剧烈震荡,全球能源供应紧张的形势下,节能环保已成为UPS 厂商进行产品技术创新的指导原则。对UPS 而言,输入功率因数的高低表明其吸收电网有功功率的能力及对电网影响的程度。降低电源的输入谐波,不但能改善UPS 对电网的负载特性,减少给电网带来的严重污染,也能降低对其他网络设备的谐波干扰。已有许多UPS 厂商推出的产品功率因数接近1,可最大限度地减少无功功率的消耗。 


    行业利害因素

    1、有利因素

    (1)市场需求不断扩大

    UPS 广泛应用于信息、通信、电力、金融、政府、制造业、交通运输、医疗卫生、公共安全等众多领域。随着信息产业在国民经济中的地位越来越重要,我国将进一步加大在各行业特别是信息、通信、电力、金融、政府、制造业、交通运输、医疗卫生、公共安全等领域的信息化建设投资,下游领域信息化建设步伐的加快,必然带动市场对UPS 的需求。


    (2)国际产业转移的发展机遇

    近年来,发达国家和地区加速向我国进行制造业转移,国际著名厂商如伊顿、施耐德、艾默生、西门子等均在我国投资设厂。前瞻性较强的本土企业将充分把握住国际产业转移的大好机遇,学习世界前沿技术和管理理念、引进高端人才和先进设备、扩大生产规模、提升产品质量、降低成本、积累经验,逐步提高国际市场份额。


    (3)工业化、信息化建设促进技术更新

    我国正处于工业化、信息化建设的关键时期,众多行业领域对UPS 的巨大需求量促使厂商们在高效、节能、环保等方面进行技术创新,不断推出新产品,在满足不同行业需求、促进国民经济发展的同时,也推动了电力电子技术的进步,激发了UPS 行业内的良性竞争。


   (4)产业政策扶持

    电力电子装置制造业属于国家重点扶持的高新技术产业,近 年来,国家颁布了一系列发展政策和发展规划以鼓励本行业的发展,具体情况请参阅本章节“二、本公司所处行业的基本情况——(一)行业主管部门、监管体制与主要法律法规及政策”。


    2、不利因素

   (1)技术基础薄弱

UPS制造商只有掌握核心技术,并具备自主研发及创新能力,才能取得发展的主动权。目前国内多数中小规模厂家普遍缺乏大功率电源控制技术、电路保护技术、系统集成技术等核心技术,部件和整机的制造工艺水平距离标准化大批量生产的要求较远,在设计能力、工艺技术及新材料应用研究等方面也与国际先进水平差距较大。此外,国内厂商对于信息化建设的投入大都停留在基础硬件方面,软件投入相对不足,对现有网络和信息资源的利用不够,导致产品竞争力不强,企业发展受到限制。


   (2)原材料价格波动,少数电力电子器件依赖进口

    近年来,国际市场的铜、铅、钢材等基础原材料价格波动较大。尽管可与下游客户协商调整价格,进行成本转移,但总体而言,原材料价格的波动将为UPS厂商带来一定的成本控制压力。此外,生产高端UPS 产品所必需的部分电力电子器件主要依赖进口,生产成本偏高、外币汇率波动等因素也会在一定程度上阻碍本土厂商的发展。 



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