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UPS相关基础知识


良好的开端是成功的一半

UPS相关基础知识

竹子
? 象征气节,宁折不弯,挺直脊梁 ? 象征华而不实,外强中干 ? 竹子开花节节高! 寓意科普一天比一天好 !

UPS定义
? UPS的中文意思为“不间断电源”,是英语 “Uninterruptible Power Supply”的缩写,它可以保障计算 机系统在市电不正常的时候——断电、高低压等,继续工 作一段时间以使用户能够紧急存盘,使您不致因市电不正 常而影响工作或丢失数据。

? 它在计算机系统和网络应用中,主要起到两个作用:一是 应急使用,防止突然断电而影响正常工作,给计算机造成 损害;二是消除市电上的电涌、瞬间高电压、瞬间低电压 、电线噪声和频率偏移等“电源污染”,改善电源质量, 为计算机系统提供高质量的电源。

理想的市电供电

造成电源故障的原因

“这么长的距离” 从 发电厂-最终用户
电力输送过程中对供电质量 的的影响:
? ? ? ? ? ? ?
电站停机 高压电网 闪电 台风、洪水及人为破坏 变压器开关 配电柜开关 ……..

造成电源故障的原因
电源的质量同样受到用电设备的影响...
UPS

电磁干扰

Motors

现实环境中的供电质量

电源故障所造成的影响
? 突然断电的影响-用电设备停止运行 ? 对计算机等相关设备造成的影响:
? 操作系统由于无法及时关闭打开的系统文件,保存系统内核配 置到特殊的文件系统将会造成系统启动区文件损坏,系统配置 文件损坏,系统崩溃,导致下次系统无法正常启动。解决方法: 重新恢复配置文件,重新修复启动引导文件,重新安装(或紧急 恢复)操作系统内核系统 ? 应用系统及数据库系统无法及时将内存缓冲区内的数据真正物 理记录到磁盘等介质上,关闭打开的数据文件将会导致数据丢 失,文件损坏,应用程序及数据库系统无法正常使用。解决方 法:重新安装(配置)应用系统和数据库系统,丢失的数据将无 法弥补

电源故障所造成的影响
? 突然断电的影响-用电设备停止运行 ? 对计算机等相关设备造成的影响:
? 磁盘阵列等设备造成磁盘盘片划痕导致出现坏区(或坏道),降 低磁盘容量甚至磁盘报废,存储的数据损坏。解决方法:更换 损坏的磁盘,损坏的数据将无法恢复(除非配有容错机制或有数 据备份) ? 网络连接设备寄存器中的数据将全部丢失,网络传送的数据将 出现无法预料的结构。解决方法:重新发送所有的网络数据

电源故障所造成的影响
? 供电质量问题所造成的影响- ? 对用电设备硬件造成的影响:
? 设备部分部件损坏 ? 设备出现误操作 ? 设备工作异常,仪表、仪器精度降低

? 对网络系统造成的影响
? 网络设备硬件的损坏或老化速度加快
? 数据传送误码率增加,网络流量增加。网络速率越高,误码率 越大

? 计算机设备死机

UPS的作用- 提高用电设备的供电质量
市电

?系统中断
? 数据丢失或被破坏 ? 硬件损坏

市电

UPS

? 供电无中断
? 数据安全 ? 硬件被保护

UPS的核心作用
? 1.保证负载的不间断供电 – 安全、稳定性 ? 2.提供干净洁净的电源 – 高效、节能性

现代UPS的分类、结构及工作原理
? 后备式UPS系统(Offline) ? 在线互动式UPS系统(Line-Interactive) ? 在线双变换式UPS系统(Online)

后备式UPS系统
? 正常工作时
浪涌电压吸收器 市电供电 转换开关 负载 滤波器

电池充电器

电池 (充电中)
+
-

逆变器 DC AC

AC/DC

后备式UPS系统
? 电池工作时
浪涌电压吸收器 市电供电 转换开关 负载 滤波器

电池充电器

电池 (放电中)
+
-

逆变器 DC AC

AC/DC

后备式UPS的主要特点
? 功率范围: 500~1000VA ? 工作特点:对市电进行简单的升降压及滤波处理后直接供给负载,当输入电源
不符合要求时才由电池供电。在绝大多数时间内负载使用的是市电或经简单处理 过的市电供电。

? 优点: ? 成本低、部件少、体积小。 ? 缺点: ? 市电/电池供电转换时间:< 7ms ? 稳压效果低、相对延时时间短、 ? 功率范围小( 500~1000VA ) ? 输出公因小 一般为0.6 ? 主要应用对象:单台计算机系统的断电保护

在线互动式UPS系统
? 正常工作时
浪涌电压吸收器 滤波器

市电供电

整流器
AC DC 逆变器 DC AC

负载

电池

在线互动式UPS系统
? 电池工作时
浪涌电压吸收器 滤波器

市电供电

整流器
AC DC 逆变器 DC 电池 AC

负载

线路交互式UPS的主要特点
? 功率范围: 0.7~20KVA,一般为0.7~6KVA ? 工作特点:对市电进行滤波及一次或二次调压处理后直接供给负载,当输
入电源不符合要求时才由电池逆变出高质量的的正弦波电源供电。在绝大多 数时间内负载使用的是经简单处理过的市电供电。

? 优点: ? 低成本、部件少、有滤波特性、输出电压较好、 ? 功率范围相对较大( 0.7~20KVA )

? 缺点:
? 市电/电池供电转换时间相对较短:< 4 ms ? 输入频率影响大,暂态反应能量差

? 主要应用对象:中小型仪器仪表、单台或多台计算机及相关系统的断电保


双变换在线式UPS系统
转换开关

? 正常工作时

浪涌电压吸收器

滤波器

整流器

逆变器 DC

负载

AC
市电供电 DC

AC

+

-

双变换在线式UPS系统
转换开关

? 电池工作时

浪涌电压吸收器

滤波器

整流器

逆变器 DC

负载

AC
市电供电 DC

AC

+

-

双变换在线式UPS的主要特点
? 功率范围: 1~1100KVA ? 工作特点:市电经过整流转换为直流,由逆变器调制出稳定的正弦波。 ? 优点: ? 负载端与市电输入端处于优良的”电隔离“状态之中、输出波形 良好、输出质量高、无论负载突变或负载稳定时均呈现优异的带 载特性。 ? 零时间转换 ? 延长时间相对较长 ? 功率范围相对较大 ? 缺点:

? 效率低、成本高
? 主要应用对象:计算机及网络系统、精密仪器仪表、工业系统的断 电保护

不同类型UPS的对比
技术 后备式 参数 功率范围 电压特性 成本/ VA (kVA) 0.5 - 1 低 低 效率 非常高 逆变器 转换时间 总在运行 不 <7ms

在线互动式

1- 5

基于设计 高

中 高

非常高 低

不 是

<4ms
0

双变换在线式 1 - 1100

技术 后备式

参数 输出波形(市电工作) 受输入影响大 受输入影响大

输出稳定度

在线互动式

<± 10% <± 10% ± 1%~± 3%

双变换在线式

极好

劳逸结合一下:

UPS的基本构造和部件
整流器、直流母线、电池组、逆变器、静态开关、旁路开关、内置维修旁路开关 、外置维修旁路开关
External Maintenance Bypass Switch Internal Maintenance Bypass Switch Bypass Breaker Utility )

(

Static Switch

Rectifier DC Link

Inverter

Battery

UPS的基本配置方法
? 单机系统 ? 串联冗余系统 ? 并联冗余系统

单机系统保护

Utility
)

(

Battery

串联冗余系统
? 基本结构

( )

从机
)

(

主机

串联冗余系统
? 主机工作、从机备份

( )

从机
)

(

主机

串联冗余系统
? 主机故障,从机工作

( )

从机
)

(

主机

串联冗余系统结构的特点
? 结构简单,实现容易,无技术上的特殊要求 ? 不需要额外控制/通信部件,成本相对较低 ? 无机型和容量上的特殊要求,不同功率、不同型号的UPS 可组成冗余系统 ? 利用率低 ? 主机、从机老化不一直 ? 主机/从机切换时可能出现4~10ms的切换时间 ? 对从机逆变器的带“阶越性负载”的能力要求高 ? 可扩展能力差

并联冗余系统
? 基本结构
UPS1
( )

( )

UPS2

并联冗余系统
? 并联工作
UPS1
( )

( )

UPS2

并联冗余系统
? 并联工作(故障脱机)
UPS1
( )

( )

UPS2

N+X并联冗余系统
UPS1
) (

UPS2
) (

)

(

UPS3

并联冗余系统结构的特点
? 结构复杂 ? 需要额外的并机部件,成本增加 ? 对UPS型号和功率有特殊要求 ? 各UPS作用和功能相同,无主次之分,共同承担负载

? 对负载实现极为可靠的保护,保护等级高
? 可扩展能力强

维护保养的重要性
20%

- 假设MTTR为8小时(交通+维修) - 假设市电每年有10次中断

Failure rate / year

没有保养和维护,UPS的故障率只会增加。

10%

99,99 %

99,999 %

Availability

UPS的安装
? 空间布局 -- 预留检修,维护的空间
? UPS前面60CM,后面40CM

? 空间布局 -- 预留冷却空气流通空间
? UPS顶部60CM~100CM

? 走线方式 -- 上进线
? 简单,明了,维护方便,可以轻松实现平行布线,干扰少。

? 走线方式 -- 下进线
? 节省电缆

UPS的日常维护
? 5年内的日常维护
? 保持洁净度 -- 及时除尘,更换过滤网 ? 注意UPS间的通风和环境温度 -- 20°C最好 ? 注意电池的环境温度 -- 20°C最好 ? 温度每上升10°C,元器件老化加速一倍

UPS的日常维护
? 5年以上的定期维护
? 检查风扇 -- 声音,转速。 ? 电容 -- 容量 ? 电压 -- 输出电压是否稳定,是否有电压上升 ? 及时更换容量下降的电容

? 电池 -- 测量电池的均匀性
? 电池 -- 测量电池的内阻 ? 及时更换电池

尾声

? 没有成功的个人,只有成功的团队。
感谢大家对我的支持,谢谢!


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