1、华中科技大学文华学院毕业设计答辩,UPS电源原理与应用08电子一班雷鹏,目录,1.为什么要使用ups2.Ups基本结构与原理3.Ups整流单元电路4.Ups逆变单元电路5.Ups静态旁路单元电路6.Ups其他相关电路7.Ups相关工业产品简介,一，电源中断给用户造成各种经济损失!1，数据丢失，通信中断，商机延误. 直接损失以每分钟5000-100000元计大约15%的用户因计算机故障损失超过千万元；大约 20%的用户损失超过百万元；而33%的用户损失超过十万元。 在每次计算机故障之后，大约要花费4个小时的时间去恢复系统运行。最近的一次调查表明，世界前500名企业中，平均每年会遭遇9次计算机故障
2、。,1.为什么需要UPS ？,2，设备停运，仪表失灵，手术中断. 间接经济损失无法估量每小时的电源故障，带来的经济损失都是巨大的：移动电话 41万元机票订票系统 90万元信用卡交易 2,580万元在线经纪人的业务 6,480万元,1.为什么需要UPS ？,二，电源污染严重影响网络安全和运行效率!,1.为什么需要UPS ？,电源中断、电压波动、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,1.为什么需要UPS ？-市电的缺陷,-信息网络时代对UPS产品提出的新要求,高可靠！,低污染！,易维护！,网络监控
3、！,1.为什么需要UPS ？,1、 不停电功能 解决电网停电问题2、 交流稳压功能 解决网压剧烈波动问题3、 净化功能 解决电网与电源污染问题4、 管理功能 解决交流动力维护问题,-UPS的四大功能,1.为什么需要UPS ？,UPS Uninterruptible Power System 利用电池化学能作为后备能量，在市电断电等电网故障时，不间断地为用户设备提供（交流）电能的一种能量转换装置。,用户设备,蓄电池,市电或燃油发电机,UPS主机,1.为什么需要UPS ？-UPS系统结构,1.为什么需要UPS ？-UPS的基本组成,UPS的三种工作方式 正常市电方式 电池逆变方式 旁路工作方式,1
4、.为什么需要UPS ？-UPS系统结构,监控平台也是UPS的最重要组成部分之一,1.为什么需要UPS ？-UPS系统结构,1.为什么需要UPS ？-常见UPS产品种类,按输出功率不同，UPS分为： 小功率（60kVA）按供电体系不同，UPS分为： 单相输入单相输出UPS 三相输入单相输出UPS 三相输入三相输出UPS按有无隔离变压器，UPS分为：高频UPS（无内置隔离变压器） 工频UPS（有内置隔离变压器）,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： 简单串联热备份UPS交替串联热备份UPS并联冗余UPS 按工作原
5、理不同，UPS分为： 后备式UPS 互动式UPS 在线式UPS,1.为什么需要UPS ？-常见UPS产品种类,市电正常时，它向负载提供的是抽头变压器稍加稳压处理的“低质量”交流电，逆变器不工作，蓄电池由独立的充电器充电。当市电超出规定范围时，负载由继电器转为电池逆变供电。,自动电压调节,输出电压,输入电压,充电器,逆变器,电池,1.为什么需要UPS ？常见UPS产品种类-后备式UPS的基本原理,互动式有一个双向变换器，当需要进行变压器抽头调整时，首先启动双向变换器处于逆变工作状态，再进行抽头换接。待抽头换接完毕后，停止双向变换器的逆变工作状态，进入电池充电整流状态。,1.为什么需要UPS ？常
6、见UPS产品种类-互动式UPS的基本原理,不管电网电压是否正常，输出交流电压都要经过逆变器，即逆变器始终处于工作状态。,1.为什么需要UPS ？常见UPS产品种类-在线式UPS的基本原理,1.为什么需要UPS ？常见UPS产品种类-不同UPS的比较,-UPS技术的发展第一代UPS（90年前）： SCR整流SCR逆变第二代UPS（9095年)： SCR整流GTR逆变第三代UPS（9505年）： SCR整流IGBT逆变第四代UPS（05年后）： IGBT整流IGBT逆变,1.为什么需要UPS ？,2.整流器单元电路,-整流器的电路组成：,/ =,+,-,+,-,Q1,主交流输入,微处理器控制的整流
7、器控制电路板,2.整流器单元电路,整流器的电路组成：,2.整流器单元电路,整流器的电压调整：快速调整环节；慢速调整环节。,2.整流器单元电路,整流器的阈值检测电路：UB：电池电压极限监测。当整流器的调整作用失效时，过高的直流电压会损坏后续的逆变器功率器件和电池组。因此当UB600VDC时，强迫整流器停止运行。IB：充电电流极限监测。过大的充电电流会损坏电池组，并可能产生整流器的过载。通常设置极限充电电流为额定充电电流的 2倍，例如密封铅酸电池为0.2C10。,FM1：电源1的频率极限监测。通常设计为50Hz10%，以保证整流后的平均电压在423V463V范围内(逆变器的最佳运行电压)。UM1：
8、电源1输入电压的下限监测。通常设计为额定电压的-10%，以保证31只34只12V电池的充电。当选择为额定电压的-15%时，电池只数应少于31只，否则不易充满电池。由于电源1停止瞬间电压变化率较大，因此对停止整流器应做出快速反应，所以 UM1与上述三个阈值的处理方式略有不同。ACIA：串行信号接口适配器。用Soft tuner由数字总线传送到 EEPROM存贮器中进行阈值设定，以便6809微处理器与上述四个参数进行比较。,2.整流器单元电路,整流器的运行条件（逻辑状态信号）：输入开关Q1闭合；电池开关QF1闭合；输入保险FU1,2,3正常；电池室(柜)环境温度正常；整流器模块温度正常(散热器无过
9、热)；控制电源ALEZ板正常(No ALEZ fault)；没有紧急关机的命令(No emergency shut-down)；没有整流器停止命令：用软件停止(Soft tuner);联接到发电机时的手动斜坡停止(Gradual stop on generator set);故障记忆停止(Memorizedfault)；自诊断故障停止(Auto-test stop)。整流器启动前的充分条件：指前述的四个阈值条件。当所有这些条件都满足时，整流器自动启动(不需要操作任何按键)。反之当这些条件缺少时整流器将自动停止。,3.逆变器单元电路,逆变器的电路组成：,+,-,i,与输出电流自适应的自由频率脉宽
10、调制(PWM)原理有利于：UPS带非线性负载、降低UPS带载时的输出电压失真度、提高UPS的动态特性。,输出电压的再生,3.逆变器单元电路,逆变器脉宽调制工作原理,3.逆变器单元电路,单相逆变器的工作原理：,3.逆变器单元电路,逆变器脉宽调制工作原理：,自由频率的脉宽调制(Free-Frequency-PWM),1. 高效率；2. 快速的动态响应；3. 超强的过载能力；4. 100%的非线性负载能力。,3.逆变器单元电路,逆变器的运行条件：内部处理总线输入：电池电压OK；允许逆变器启动；同步调整命令已发出；逆变器电压跟踪电源2电压；同步调整信号正常；没有切换故障。逻辑状态信号输入：输出保险正常
11、；没有紧急停止命令；控制电源正常(OK)；逆变器支路的保险正常；CROZ时钟正常；逆变器模块温度检测正常；变压器T5温度检测正常。,3.逆变器单元电路,逆变器的运行条件：没有逆变器的“停止”命令：用软件停止(Softtuner )；用操作面板按键停止(ICOZ1)；用操作面板“强迫”按键停止(ICOZ2)；用外部控制器停止(GTCZ)。没有逆变器的故障记忆：慢速电压调整正常；快速电压调整正常；无逆变支路过载(Thermal - overload)；CROZ板参数设置及校准已完成；没有“复位”命令；内部处理总线输出：逆变器运行正常，输出电压不超限；逆变器没有屏蔽限流(Limi twith mas
12、k )。,4.静态旁路单元电路,静态旁路的电路组成：静态开关电路为负载由逆变器向市电的切换提供了一条电气通路。它通常是由无触点、无机械动作的电子开关制成，主要的功率器件由 正反向并联的可控硅SCR组成。,4.静态旁路单元电路,静态旁路的切换条件 (Transfer Conditions )逆变器与旁路电源2之间进行不间断切换的条件是电压幅值、频率、相位必须一致。电源2是市电电压，受当地供电情况及负载特性的影响，幅值、频率相位(波形)时时刻刻都在变化。为了保证在随机的任意时刻，逆变器与电源2之间的切换总能成功，逆变器产生的正弦波就应与电源2同步，即每时每刻都随着电源2的变化而变化。但如果电源2变
13、化的范围过大，逆变器提供的电源质量和精度就较差，不能被负载所接受，因此根据一般计算机类负载的要求，将这种 变化范围定义在：电压幅值：10%额定电压(380V，400V，415V)；频率幅度： 0.5% 4%额定频率(50Hz或60Hz)(可按用户要求设 定)；相位差： 3。当电源2电压满足上述条件时，就可以实现逆变器和电源2之间的不间断切换 (即重迭切换)；当电源2不满足上述条件时，则逆变器和电源2之间的切换是有间断的或禁止切换。因此上述的三个条件就称之为切换条件。,4.静态旁路单元电路,静态旁路的切换时序 (Transfer Sequence )电压幅值、频率、相位满足切换条件时：,4.静态
14、旁路单元电路,静态旁路的切换时序 (Transfer Sequence )电压幅值、频率、相位不满足切换条件时：,5.电池单元电路,电池单元的电路组成：,两极断路器串联的目的：提高直流分断电压(2Px250Vdc),5.电池单元电路,电池监测：复合参数监测,6.其它相关电路,1、UPS过载（短路）的检测：过载检测：在逆变器的输出端（负载侧）进行采样；短路检测：在逆变器支路的末端（变压器之前）进行采样，当负载电流超过1.65In有效值时，以2.33In峰值进行限流，持续1秒钟。,6.其它相关电路,2、UPS并联的电路组成：以单相UPS逆变器为例。,6.其它相关电路,UPS并联的等效电路：R1和R
15、1、R2和R2为电流互感器（电流源）的负载分压电阻，其阻值全部相等，根据电路分析可以得到： 公式(1)：ITH(I1+I2)/2公式(2)：IEXI1-ITH ITH -I2 (I1-I2)/2式中： ITH为理论平均电流 IEX为两个电流源之间的不平衡电流或交换电流。,UPS并联的工作原理：当由于某种原因使得两个逆变器电流分配不均匀，且I1大于I2时，将有IEXI1-I2从逆变器1流向逆变器2，这时逆变器1通过调整电路将减少电流IEX，逆变器2通过调整电路将增加IEX电流，从而使得I1逐渐等于I2，两个逆变器电流分配即趋于动态平衡。,6.其它相关电路,UPS并联的电路组成：交换电流或不平衡电
16、流以环流的形式出现，对逆变器的影响最终表现为对正弦波输出的幅值及相位的影响，因此调整环节就分成为幅值调整及相位调整两部分。调整是将交换电流Iex分离为有功部分 ( Active)和无功部分(Reactive)，有功部分即 Iexcos用于相位的调整，无功部分即Iexsin用于幅值A的调整， 角表示理论平均电流ITH与时间(周期)t的夹角。当I1向理论平均 电流ITH移动IEX时，I2也向理论平均电流ITH移动-IEXI2-ITH，用矢量表示这种移动关系更为明显 ( 如下图所示 )。,7.Ups相关工业产品简介艾默生UPS产品系列：小功率UH11系列,纯在线式UPS全面提供交流稳压、稳频和净化功
17、能第三代DSP全数字控制，保证系统控制更加快速、精确、稳定，全面提升UPS可靠性、供电质量和产品一致性。两级防雷设计，双重安全保护独有的交替式双机热备份控制方案超宽的输入电压/频率范围全 方 位 智 能 化 电 池 管 理大屏幕显示，全中文界面，显示清晰，一目了然，操作简便理想的输入功率因数和极低输入电流谐波全面监控解决方案,7.Ups相关工业产品简介艾默生UPS产品系列：小功率UH11系列,7.Ups相关工业产品简介艾默生UPS产品系列：中小功率UH31系列,中小功率UPS UH31三进单出系列:10/15/20KVA,艾默生中小功率UH31三进单出系列UPS包括10/15/20KVA长延时
18、机型，共3种产品规格,7.Ups相关工业产品简介艾默生UPS产品系列：中小功率UH31系列,7.Ups相关工业产品简介艾默生UPS产品系列：中大功率UL33系列,艾默生中大功率UL33三进三出系列UPS包括20/30/40/60KVA长延时机型，共4种产品规格,中大功率UL33系列三进三出UPS单机容量20/30/40/60KVA,7.Ups相关工业产品简介艾默生UPS产品系列：中大功率UL33系列,UL33系列技术特点功率电路高频PWM整流器，采用IGBT作为整流器开关元件，三相输入电流完全可控，输入功率因数接近为1，输入电流基本为正弦波，波形畸变小于3%，对电网没有污染高频IGBT逆变器，
19、波形畸变率低，输出采用变压器隔离，有效地抑制了共模干扰，提供真正隔离的纯净电源UL33系列技术特点分散式并联采用全数字无主从分散式并联控制技术,无需并联控制器和集中旁路可以实现至少4台UPS并联，无需任何附件均流精度高，环流小于2A，典型值小于1A并联系统负载适应能力强，在任何负载情况下都具有很高的均流精度UL33系列技术特点双DSP控制技术UL33系列技术特点模块化结构整流器和逆变器硬件完全互换输出变压器隔离,7.Ups相关工业产品简介艾默生UPS产品系列：中大功率UL33系列,输出隔离变压器的作用电气隔离，给用户提供真正的隔离电源消除逆变器输出电压中的直流分量电压变换，一般在UPS中做升压
20、用提供合适的输出滤波电感，变压器的漏抗可以作为逆变器的输出滤波电感谐波消除逆变器中点生成三相负载重新分配，提高逆变器的单相过载能力提高UPS的负载适应能力,7.Ups相关工业产品简介艾默生UPS产品系列：中大功率UL33系列,7.Ups相关工业产品简介艾默生UPS产品系列：大功率Hipulse系列,大功率Hipulse系列三进三出UPS单机容量80/120/160/200/300/400/500/600/800KVA,艾默生大功率Hipulse三进三出系列UPS包括单机容量80/120/160/200/300/400/500/600/800KVA长延时机型，共9种产品规格,7.Ups相关工业产
21、品简介艾默生UPS产品系列：大功率Hipulse系列,经典的6脉冲和12脉冲整流器，视客户要求灵活配置第四代IGBT技术组成的高性能的逆变器高效率的ECOMODE先进的电池管理技术全面符合欧美安规要求的设计多频（50/60HZ),多制式电压（380V/400V/415V)全球一体化方案全面的监控解决方案灵活的并机方案，出色的并机性能基于LBS的超大规模UPS配电解决方案丰富的选件满足客户个性化的需求,产品特性,7.Ups相关工业产品简介艾默生UPS产品系列：大功率Hipulse系列,HIPULSE 族谱,7.Ups相关工业产品简介艾默生UPS产品系列：大功率Hipulse系列,Rectifie
22、r logic board,Inverter logic board,UPS logic board,Parallel logic board,Parallel Conn. board,AS400 board,HVI board,Operator Control MIMIC Operator logic boardDC-DC boardAC-DC boardRectifier Driver BoardStatic switch driver boardIGBT driver PCB,7.Ups相关工业产品简介艾默生UPS产品系列：大功率Hipulse系列,7.Ups相关工业产品简介艾默生UPS
23、产品系列：大功率Hipulse系列,load,整流器 特点：可控硅工频整流，6脉冲12脉冲,7.Ups相关工业产品简介艾默生UPS产品系列：大功率Hipulse系列,逆变器 特点：PWM 中频2.4KHZ 经典逆变技术,HIPULSE 超大型UPS逆变实现方案 全桥方案,7.Ups相关工业产品简介艾默生UPS产品系列：大功率Hipulse系列c,RECTIFIER,I/ PCHOKE,STATICSWITCH,INVERTER,O/PTXRCAP,HVI,ULB,OLB,PLB,AS400,RLB,ILB,RECDRV,IGBTDRV,INPUTVOLTAGE,INPUTC.T.,DCCT,INVERTERDCCT,OUTPUTVOLTAGE,OUTPUTCT,Q1,Q2,Q3,BYPASS FUSES,INPUT FUSES,BYPASS CT,OUTPUTSUPPLY,MIMIC,BatteryBreakerBox,BYPASS VOLTAGE,MANTENANCE BYPASS,DCF/B.,INVERTER F/B,ST/ SWDRV,Q4,板件连接流程,.,7.Ups相关工业产品简介艾默生UPS产品系列：大功率Hipulse系列c,UPS“双总线输出”冗余供电系统,
