UPS种类、功能、原理
一、什么是UPS
UPS－Uninterrupted 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。
二、为什么用UPS
UPS的四大功能
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的主要功能:
实现电网与用电器之间的隔离；
实现两路电源的不间断切换；
提供高质量电源；
电压变换和频率变换功能；
停电后提供后备时间。
三、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。
四、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
1.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
2.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
3.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
4.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
五、四种UPS的比较
UPS供电系统
一个完备的UPS供电系统，是由前端配电（市电，发电机，配电柜），UPS主机、电池、后端配电组成，附加后台监控或网络监控软/硬件等单元。
UPS监控系统组成
UPS网络监控系统＝智能UPS＋网络＋监控软件
网络监控软件含以下三部分：
SNMP卡
监控台软件
安全关机程序
UPS监控组网
六、UPS品质选择与配置选择
UPS品质选择
UPS－负载：输出/整机指标
输出电压标准及精度（220/380VAC±1％）
输出频率标准及精度（50HZ±0.01％）
输出功率因素（0.7－1)
输出过载/抗短路能力(125％额定电流，10min 150％额定电流，60s )
三相不平衡能力(100%不平衡负载,电压不均衡＜±5%）
动态响应(100％负载，瞬态电压波动<5%,恢复时间：≤20ms)
效率(90－94%)
噪音(50－75db）
环境指标(温度0～40℃），湿度，海拔<1000米）。
UPS整机指标－效率计算
UPS各部件效率：
SCR整流器99％；IGBT整流器98％、IGBT逆变器效率96％、变压器效率98％,滤波器99％
传统UPS的效率：
SCR整流（99％）×IGBT逆变（96％）×输出TX（98％）=93％
12脉冲传统UPS的效率:
输入移相TX（98％）×双SCR整流（98％）×IGBT逆变（96％）×输出TX（98％）=90％
新型UPS效率计算：
IGBT整流（98％）×IGBT逆变（96％）=94％
UPS －电池：电池管理（微信公众号：通信电源人）带您一起再学习一下吧
充电保护（过压及过流充电保护，温度补偿）
放电保护（关机截止电压设定及调整，自动脱扣）
电池智能化管理（检测和报警）
后备时间计算和显间：10％～25％额达容量充电能力
充电时间计算：T＝AH/I充电×（充电效率80％ ）
UPS配置与选择示：额定负载后备时间T
75％额定负载1.6T; 50％额定负载2.5T; 33％额定负载4T
充电能力及充电时
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（20～60K）；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。
容量及机型选择
电池计算及配置
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
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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）＝kVA Cos×（6～7.5％）空调制冷量
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米
1500米
2000米
2300米
3000米
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0.26Ώ/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
X8A
X6A
X4A
X3A
X2.5A
X2A
X1.5A
X1.2A
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＝UPS KVA
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。
七、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。
八、UPS维护项目及周期表
1 UPS日检项目：
主要内容有：检查控制面板，确认所有指示正常，所有指示参数正常，面板上没有报警；检查有无明显的高温、有无异常噪声；确信通风栅无阻塞；调出测量的参数，观察有无与正常值不符等。
2 UPS周检项目：
周检的主要内容有：测量并记录电池充电电压、电池充电电流、 UPS 三相输出电压、UPS 输出线电流。如果测量值与以前明显不同，应记录下新增负荷的大小、种类和位置等。
UPS月、季、年维护项目：
UPS电源的电池管理
电池是UPS的重要组成部分，在UPS的诸多故障中，有很大比例是由于电池问题引起的，电池性能的好坏直接影响到系统的可靠性。为了保证电池的服务寿命，除了维持正常温度和日常的维护外，电池的自动管理是至关重要的因素。
UPS电源对电池自动管理包括自动均浮充转换控制、电池预告警关机、定期自动维护、手动电池自检等多项可提高电池使用寿命的先进功能，同时还具备电池故障检测、电池放电后备时间预测及电池特征曲线管理。
自动均、浮充转换
电池充电过程能自动根据电池电流实现均充、浮充自动转换，设定的均充转浮充判据为：I≤0.01C。
2 电池浮充电压温度补偿：（以2V电池为例）
电池在浮充状态下，浮充电压可以根据温度进行补偿，温度补偿以20℃为中心点，在10℃-40℃内全补偿，计算公式：
温度T>40 ，T=40 ；若T<10，T=10
电池平均单体电压应调节为：V=V0+(20-T)×0.003
其中，V0为电池厂家给定的在20℃下的单体浮充电压，可以根据不同电池在初次上电时进行设置，默认为2.23V。对均充电压不补偿，默认的单体均充电压为2.35V。
3 均充限时：
如果连续12小时处于均充状态，控制系统将强制转浮充状态，此设置的条件是均充时间达到设定值时，自动转为转浮充状态。
4 放电管理：
设置电池放电的截止电压为每单体电池1.8V，实际截止电压会随电池老化程度不同而在此值附近向下浮动，截止电压为每单体电池1.8V的选取，已经考虑到了大功率放电情况下电池容量的衰减。
UPS电池自动测试
UPS蓄电池的容量测试可人工测试或利用UPS的电池自动测试功能实现。人工测试的方法可参考直流供电系统中蓄电池的容量测试方法进行。下面对UPS的自动测试功能进行介绍。
该测试只有在以下情况下才能进行：
逆变器在运行；
逆变器不超载；
备用电源（旁路供电）存在并且符合要求；
逆变器与旁路电源同步；
电池必须充足电。
UPS电池自动测试功能根据以下三点设置：
时间间距（测试周期可设定为10天―150天）
电池自动测试的日期和时间
电池有问题时默认的报警方式
启动电池测试时，整流器电压将下降到电池组额定电压以下，而在逆变器关机电压以上，如果电池在规定负载和规定时间内可以按要求放电，UPS就给出一个肯定的信号，表明电池是好的；如果电池在规定负载和规定时间内不能按要求放电，UPS就给出一个否定的信号，表明电池需要更换。但这时由于整流/充电器电压大于逆变器关机电压值，故整流/充电器电压仍然向逆变器供电，使输出电压并不间断。（微信公众号：通信电源人）带您一起再学习一下吧
九、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 市电正常时，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。
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。
6 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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