不间断电源系统（精选12篇）
不间断电源系统 篇1
伊顿5P不间断电源系统 (UPS) , 该系统是其后备电源产品组合中的新晋成员。该系统具备行业领先的效能, 可满足网络机柜和小型数据中心的要求。5P通过与伊顿IntelligentPowerSoftwareSuiteTM的无缝集成支持入门级的虚拟化战略, 并通过将遥测和电源硬件管理功能相结合来提升设备保护水平, 功率较传统UPS提高28%。UPS前端内置的图形LCD显示屏可让IT和数据中心经理查看详细信息并通过按钮定制所有UPS设置。通过显示屏以及与伊顿电源管理软件的无缝集成, 用户可完全了解UPS电源使用情况、功效和负载, 从而更好地管理电力消耗和能源足迹。伊顿5PUPS型号从1500VA (1440瓦特) 至3000VA (2700瓦特) 不等。此外, 该装置还采用伊顿ABMR技术, 可将电池的使用寿命提升50%, 每个5PUPS及其电池都享受为期三年的行业领先保修。
摘要：伊顿5P不间断电源系统 (UPS) , 该系统是其后备电源产品组合中的新晋成员。该系统具备行业领先的效能, 可满足网络机柜和小型数据中心的要求。5P通过与伊顿Intelligent Power Software Suite TM的无缝集成支持入门级的虚拟化战略, 并通过将遥测和电源硬件管理功能相结合来提升设备保护水平, 功率较传统UPS提高28%。UPS前端内
不间断电源系统 篇2
山特UPS河南总代理 山特UPS河南总代理山特UPS郑州总代理松下蓄电池河南总代理爱克赛UPS河南总代理汤浅蓄电池河南总代理艾默生河南总代理SANTAK河南总代理UPS河南售后维修由于UPS电源要为数据中心提供不间断的电源服务，持续的工作对机器的耗损也很大，所以在应用的过程中，需要预防电气火灾的发生。机房数据中心在建设时，一般都会做好消防防范措施，也要对UPS不间断电源整套设备与IT设备进行可隔离措施，不过电气之间一旦发生火灾，还是会牵连了到的。我们应该采取相对的预防措施。
首先是蓄电池运输后验货问题
蓄电池是UPS电源的应用关键，在UPS电池安装过程中，接线柱紧固是一个繁琐的重复劳动。一些大型数据中心，容量大、要求后备时间长，电池数量就会是数以千计的，每节电池就有2个接线柱，这么多的工作只靠1～2名工人来完成，疏忽就会难免，如若现场有没有很好的对施工质量把控，就很有可能遗留一个或几个接线柱未紧固的隐患。因开机调试电池充放电电流都不会很大，此类隐患在UPS开机调试运行过程中并不能及时得以体现。在使用过程中随着负载量的增加UPS输出电流随即增大，如果再次出现市电中断UPS电池放电情况则极有可能引起电池起火。所以，在安装过程中应有专人对电池安装质量进行把控。蓄电池组跨接线接线端子压接问题，与电池接线柱一样，电池跨接线接线端子压接也是一个繁琐的重复劳动，在工作中随着体力下降、注意力下降等原因会出现个别接线端子压接不紧，或压接过度导致断芯情况。压接不紧的在安装过程中随着接线柱螺丝动作会渐渐脱出接线端子，导致虚接；断芯导线载流能力下降，两种情况在大电流放电下可能会使线缆、接线端子过热，发生线缆起火情况，还有可能造成接线柱温度升高，电池起火。所以，应对所有接线端子压接进行二次排查。
蓄电池接线柱安装问题，在电池安装过程中，接线柱紧固是一个繁琐的重复劳动。一些大型数据中心，容量大、要求后备时间长，电池数量就会是数以千计的，每节电池就有2个接线柱，这么多的工作只靠1～2名工人来完成，疏忽就会难免，如若现场有没有很好的对施工质量把控，就很有可能遗留一个或几个接线柱未紧固的隐患。因开机调试电池充放电电流都不会很大，此类隐患在UPS开机调试运行过程中并不能及时得以体现。在使用过程中随着负载量的增加UPS输出电流随即增大，如果再次出现市电中断UPS电池放电情况则极有可能引起电池起火。所以，在安装过程中应有专人对电池安装质量进行把控。
浅析机房UPS不间断的电源设计 篇3
【关键词】计算机 网络化 UPS选型 电源设计
【中图分类号】 TP303【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）02-0293-02
1、UPS的选型理念
对UPS进行选取，首先要掌握UPS的分类，目前市场一般按照其主电路结构的技术属性实施分类，并且广为用户认可，并以此作为标准，来判断UPS的优劣。第一类为后备式，主要有APC的BK500，山特的TG500；第二类为在线互动式，主要有APC的SmartUPS；第三类为在线双变换式，主要有MGE和EXIDE的大机；第四类为在线电压补偿式，主要有APC秀康DP300系列UPS。而具体描述UPS的技术性能指标有四大类：一是对电网的适应能力；二是满足负载要求的UPS常规输出指标；三是UPS的输出能力和可靠性；四是智能管理和通信功能。那么在这四大类指标中，比较和选择UPS应重点关注，一直是当前专家和行业大用户普遍认可的一些观点：
1.1 选择大功率UPS要慎重考虑UPS的输入功率因数和输入电流谐波
双逆变在线式UPS，其AC/DC逆变器多为整流滤波电路，它的输入功因数低，一般只在0.8左右，输入电流谐波大，达30%，加专门滤波措施后，也仅能降到10%。输入功率因数低，意味着输入无功功率大，输入谐波电流则干扰破坏电网，特别是三相大功率UPS这两项指标危害很大，形成所谓的电力公害，这会1）使由同一电网供电的变压器、电动机、电容器等产生附加谐波损耗、过热、加速老化；2）引起异步电动机转矩降低，振动加剧噪声增大；3）引起继电器和自动装置误动作，其次谐波对通讯线路、测量仪器产生辐射干扰，影响电能计量的精度等。所以，UPS的输入功率因数和输入谐波电流应被视为重要性能指标之一，应该把输入功率因数>0.95，输入电流谐波<5%作为判定UPS性能指标是否合格的标准之一。
欧美发达国家早已立例，严格限制用电设备对电网的污染。我国有关部门亦正制订相关法规，施行日期亦不会遥远，因此用户在购买UPS不间断电源时，若不考虑此因素，将会留下日后治理的诸多麻烦，造成经济上的重大损失，同时也会因为治理而产生系统效率降低，可靠性下降等副作用。作为UPS，相应有三类解决方案。
第一，对于带有整流滤波输入的传统双变换UPS，无论是采用相控或不控整流，从市电吸取能量的方式均不是连续的正弦波，而是以脉动的断续方式向电网吸取电流，使得这类UPS具有谐波电流，功率因数低、效率低，对电网造成较大的污染，若采用12脉冲整流及输入滤波器，虽然可以将输入功率因数改善到0.95，谐波电流小于5%，但系统的总效率降低到90%左右，且成本增加，可靠性下降。
第二，输入整流器采用高频化整流技术，输入功率因数≈1，输入总谐波电流<5%，对电网无污染。但电路复杂，AC-AC总效率一般为92%左右。
第三，采用双逆变电压补偿在线式的UPS，其输入端是一个四象限高频逆变器，从市电吸取的电流是连续的正弦波，且与输入电压同相位，因此其输入功率因数≈1，输入谐波电流≤ 3%，对电网无污染。 AC-AC总效率高达96%。
由上可见，目前只有采用双逆变电压补偿在线式UPS，才能在获得输入功率因数≈1，输入谐波电流<3%的同时，保持UPS系统AC-AC总效率达96%或以上。双逆变电压补偿在线式UPS为APC公司专利技术。APC Silcon 20K系列大型UPS，即属此类。
1.2 要考虑UPS的输出能力与可靠性。
输出功率因数、输出电流波峰系数、输出过载能力、输出不平衡负载的能力等指标，直接反映了UPS的输出能力，对这些指标的限制，说明了UPS输出能力的局限性和脆弱的一面，尽管在配置UPS容量时尽可以使负载满足UPS的要求，甚至留出很大的余量，但这些指标却直接反映了UPS的可靠性。过载能力强，允许输出电流波峰系数高的，对负载功率因数限制小的，在同样电网环境和负载条件运行，其可靠性必然高，这是毋容置疑的道理。
1.3 要考虑效率与可靠性
UPS的工作效率高时，意味着节省电能，这是绿色电源的标志之一。但还应该注意到效率与可靠性是密切相关的，效率高意味着电路技术先进，元器件选用得好，意味着功器件功率损耗小，功率强度小，温度低，这必然会增强元器件乃至整机的寿命和可靠性。
根据***镇政府的实际情况和未来网络设备扩容的需要，我们建议为网络中心机房选配一台APC秀康SL20KW ，它的延迟时间有2小时，充分保证网络中心机房设备的电源供给。
2、APC秀康SL20KW系列UPS的性能优势
秀康SL20KW系列 UPS有绿色电源之称，DELTA逆变器技术把电压补偿原理成功地运用到UPS主电路中，使Silcon UPS的指标在很多方面超过其它同类产品，就目前情况下，有的指标是其它方案的UPS无论如何也达不到的。
下面的八个指标体现了Silcon UPS的优越性：
2.1 输入功率因数等于1对于一般UPS而言，要提高输入功率因数，就必须加输入功率因数校正电路，成本很高。
但是，Silcon UPS却轻易实现了输入功率因数为1，它借助于DELTA逆变器对输入电流进行调制，使UPS的输入端对电网来说相当一个纯线性电阻，输入电流和电压完全同相。在整个负载电流范围内，输入功率因数都很高，这是其它校正技术难以实现的。
输入功率因数高的好处有两点：一是减少了无功电流对电网的污染；二是使输入无功功率为零，可降低电网功率容量，可用1.2（考虑效率和传输损耗）的电网容量和油机的功率容量向UPS配电，而一般功率因数低的UPS则需要1.5倍的电网功率容量或2.5-3倍的油机功率容量向UPS配电。同时还降低其它供电设备诸如开关、传输线、熔断器、变压器等的功率容量，降低设备投资成本。
2.2 对电网无高次谐波干扰
一般UPS的输入电压电流都有很大失真，输入端的可控整流电路可使电流谐波失真高达30%以上，既使增加外部滤波装置也仅能降至10%，而Silcon UPS的输入电流电压不仅同相，而且是纯正的正弦波，谐波电流可降至3%以下，这是其它UPS很难做到的。
效率高本身就意味着节省能源，降低能源成本，以100KVA的UPS为例，与一般双逆变器UPS相比，使用Silcon可把电能损耗降低7%，即7KW，如果常年连续运行，每年节约24（小时）x 365（天）x7KW=61320KWH。
2.3 UPS主机功率器件的寿命长，可靠性高
UPS主要器件的寿命可靠性是与它承担的功率（功率强度）有直接关系的，一个大功率半导体器件的寿命和可靠性直接与它承担的电压、电流、功耗和壳温有关，以功耗而言，在其额定功率范围内，实际使用功率如增大一倍，其平均寿命就降低20-30%（非线性关系）。
在市电存在的情况下，Silcon UPS主逆变器只承担了20%的负载功率，这与一般UPS（承担100%的负载功率）相差相当悬殊。功率器件的寿命和可靠性的提高是显而易见的。
在UPS选用的过程中，应当结合机房的具体条件来选用，例如机房系统规模、系统的形式、常规性的UPS单元容量等。在安装过程中，还要求有经验的操作人员进行，充分结合以往工程经验，以及主要供货商的产品规格对自己的机房进行选用、安装。同时安全性、稳定性是安装过程中最需要考虑的因素，充分保证工作连续性。
参考文献
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单相UPS不间断电源系统设计 篇4
随着计算机技术、网络技术、通信技术的发展, 国民经济、国防军工、政府部门的各个领域要保障计算机信息网络系统的安全、可靠运行, 就离不开UPS不间断电源, 这已成为信息业界乃至各行各业的共识。不间断电源 (UPS) 的作用在于当市电正常供电时, 市电经滤波回路后, 分为两个回路同时动作, 其一是经由充电回路对电池组充电, 另一个则是经整流回路, 作为逆变器的输入, 再经过逆变器的转换提供电力给计算机使用。一旦市电发生异常, 储存于电池中的直流电就会转换为交流电, 此时逆变器的输入改由电池组来供应, 逆变器持续提供电力, 供给计算机继续使用, 达到不断电的功能。这种电源由于输入与输出完全间隔, 与市电无直接连通且经稳压, 具有较好的稳压性与抗干扰性, 因此在比较重要的实验室里设单相UPS电源, 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, 不致因停电而影响工作或丢失数据。
目前, UPS电源种类繁多, 按不同分类方式可分为以下几类。
(1) 若按功率等级可分为微型 (<3k VA) 、小型 (3k VA~10k VA) 、中型 (10k VA~100k VA) 和大型 (>100k VA) 几类。
(2) 若按输出相数可分为单相UPS (单进单出、三进单出) 和三相UPS (三进三出) 两大类。
(3) 若按输出波形的不同主要可分为方波和正弦波两类。
(4) 若按工作原理可分成动态式和静态式两类。静态式又分为后备式、在线式与在线互动式三大类。
2 系统设计介绍
为了给负载提供高质量的电源, 设计采用三相输入单相输出在线式UPS电源, 包括主电路设计、控制电路设计和保护电路设计。
其中主电路由整流器、充电器、蓄电池、逆变器及滤波器等部分组成, 整流器与充电器 (包括蓄电池) 为UPS提供在线工作的能量输入, 逆变器为UPS提供在线工作的高质量的稳压稳频的交流电输出;控制电路部分由整流器控制电路、逆变器控制和驱动电路构成, 用来控制主电源各装置的正常运行;保护电路由过压、欠压、过载与短路保护环节构成, 保障电源系统安全稳定运行。
基本框图如图1所示。
2.1 主电路设计
(1) 整流器
整流器是不间断电源装置的重要组成部分, 它具有两个主要功能:第一, 将市电发出的交流电变成直流电, 经滤波后供给负载, 或供给逆变器;第二, 给蓄电池提供充电电压, 它同时又起到一个充电器的作用。
常用的电路有混合桥式整流电路、全桥式整流电路。三相可控桥式整流电路由于原理简单、结构简单、效率高、控制技术成熟、易于保持市电电网平衡、输出电压高、脉动小且可以自动调整, 被广泛应用。鉴于这些优点, 采用三相桥式全控整流电路。为了达到平波作用、提高功率因数、对急剧变化的电压能起缓冲作用, 整流电路输出端使用直流滤波器。
(2) 逆变器
逆变器是不间断交流电源装置的核心部分, 它处于整流器和负载之间, 把整流器 (蓄电池) 输出的直流电逆变成220V/50Hz交流电, 供负载使用。
由于使用不同种类功能器件和采用不同的电路结构形式, 就出现了许多不同种类的逆变电路, 总的来说可分为单相逆变电路和三相逆变电路。由于380V市电经过三相整流电路整流、直流滤波电路滤波后的直流电逆变为220V/50Hz的交流电, 所以采用单相全桥逆变电路。同时为了消除和消弱逆变器输出电压中的低次谐波, 改善电源装置输出电压波形, 减小输出电压波形的畸变因数、抑制过电流, 使其具有续流效应, 有助于向负载进行不间断的供电的作用, 逆变电路输出端使用交流滤波器。
(3) 蓄电池
蓄电池是UPS的心脏, 没有蓄电池的UPS只能称作稳压稳频电源 (CVCF) 。蓄电池尽管在UPS中使用得比较广泛, 但在使用中若不加注意, 就会使蓄电池过早地失效。同时在为一些设备选配UPS电源时, 还必须选配合适的UPS容量。鉴于以上两点, 设计选用PBG200AH 12V的蓄电池一组20节。
(4) 充电器
蓄电池常用的充电电路有恒压充电和分级式充电两种, 在线式不间断电源一般采用分级充电电路, 即在充电初期采用恒流充电, 当蓄电池端电压达到其浮充电压后, 再采用恒压充电, 由芯片UC3842进行控制。其本质就是个具有限流稳压功能的开关电源, 只要将额定电压, 浮充电压, 恒流充电电流设置恰当, 就能使蓄电池的充电过程基本上沿着理想的充电曲线进行, 从而延长蓄电池的使用寿命。
2.2 控制电路设计
(1) 整流器控制电路
整流器部分选择TOP3 1200V/50A BTW69-1200型号的晶闸管, 其触发电路选用KJ系列集成芯片, 主要是由三块晶闸管移相触发专用芯片KJ004、一块六路双脉冲形成专用芯片KJ041构成。原理简介如下。
芯片KJ004可分为同步、锯齿波形成、移相脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。以第一个芯片来说明原理, 每相同步电压分别加入三块KJ004的同步电压输入端 (8端口) , 通过调节滑动变阻器分别输入一个移相电压, 使得三个芯片电压相位相差60o。经过KJ004后, 这时会从它的1端口输出一个脉冲给KJ041。这样经过芯片KJ041在其输出端会形成两个脉冲, 分别导通VT6和VT1, 即在给VT1发脉冲的同时也给VT6补发一个脉冲。这样第一个芯片就完成了工作, 过60o后第二个芯片开始工作, 它给VT2一个脉冲的同时也给VT1一个脉冲。过60o第三个芯片开始工作, 它给VT3发脉冲时给VT2补发脉冲。对于VT1, 过180o后, 其15端口输出脉冲, 这时给VT4发脉冲, 同时也给VT3补发一个脉冲。这样, 按照60o的顺序, 接着两个芯片的15端口分别输出脉冲, 最后经由VT1到VT6组成的功放放大后输出驱动电流。如此, 触发电路就会使三相整流桥VT1-VT6依次导通, 从而来控制晶闸管导通。其中为了保证主电路和触发电路频率一致, 利用一个同步变压器, 将其一次侧接入主电路供电的电网, 由其二次侧提供同步电压信号, 这样, 由同步电压决定的触发脉冲频率与主电路晶闸管频率始终是一致的。其中主电路整流变压器为Dy11联接, 同步变压器为Dy5y11联接, 见图2。
(2) 逆变器控制电路
控制电路的主要功能就是将输出电压的微小变化量转变成脉冲宽度或频率可变的波形, 从而实现调整输出电压的目的。随着开关电源的发展, 集成化的控制电路有脉宽调制型 (PWM) 和脉频调制型 (PMF) , 大多数是脉宽调制型, 又由于需要逆变器的输出端输出的是正弦波, 因此采用SPWM控制技术。逆变器部分选择英飞凌20A/1200V H20R1203型号的MOSFET, 其控制电路中所用到的元器件主要有ICL8038、运算放大器LF353、比较器LM311。首先由ICL8038产生正弦波和三角波, 得到的正弦波可以通过LF353运算放大器构成的反相电路进行反向, 得到方向相反的正弦波, 正弦波与三角波信号通过LM311比较芯片产生SPWM脉冲, 将输出电压的微小变化量转变成脉冲宽度或频率可变的正弦波形。
(3) 逆变器驱动电路
驱动电路又称为激励电路, 主要功能是将脉宽控制电路所输出的宽度可变的脉冲进行功率放大后, 作为高压开关功率晶体管的输入信号, 保证功率开关电路有效可靠地工作。IR2110用于驱动全桥逆变器以控制MOSFET的通断, 在IR2110的外围电路使用二极管和齐纳二极管防止MOSFET的同时导通而击穿。4个MOSFET管两两串联后并联成桥式逆变主电路, U为输入直流电压、输出交流电压, MOSFET的驱动采用芯片IR2110驱动, 2个IR2110芯片分别驱动桥式逆变主电路的2个桥臂。工作时, 两个IR2110 (1) 和IR2110 (2) 的输入SPWM脉冲是相反的, 两个IR2110分别驱动不同桥臂的MOSFET管, IR2110 (1) 的高电平端驱动Q1、IR2110 (1) 的低电平端驱动Q2, IR2110 (2) 的高电平端驱动Q3、IR2110 (2) 的低电平端驱动Q4。由于输入的两个SPWM脉冲是相反的, 2个桥臂上的MOSFET管会交叉导通, 即Q1、Q4同时导通或者Q2、Q3同时导通, 两种情况依次循环导通, 从而完成供电, 见图3。
2.3 保护电路设计
一个完整的UPS电源系统应该具有过载保护、过电压保护、欠电压保护、短路保护和过热保护等措施。在重要场合的不间断电源, 除了上述的保护措施外还应有对蓄电池温度异常和防止电解液面过低的保护。有了这些保护, 就能够避免或者减轻设备受到意外的损坏, 延长它的使用寿命。但仅有这些保护措施还是不够的, 还应该建立报警显示系统。当电源装置发生故障时, 应由报警显示系统及时发现情况、分析原因、排除故障。否则, 必将影响设备运转, 也会影响到生产的正常进行。设计不间断电源主要用于实验室计算机, 因此按一般情况处理, 保护电路的设计采用继电器式保护方式。
摘要：本文介绍了单项UPS电源的重要性, 并从主电路设计、控制电路设计和保护电路设计三个方面对单相UPS不间断电源系统设计进行了分析。
关键词：单项UPS电源,逆变器,持续提供电力,稳压性,抗干扰性
参考文献
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UPS不间断电源工作原理及应用 篇5
国电新疆艾比湖流域开发有限公司—刘晓伟
摘要：本文介绍了UPS电源系统的基本组成，原理及特点，并对如何对其全面、完善维护做了详细的阐述。
关键字：UPS 储能电池、工作原理、维护
一、引言
保证任何情况下的正常供电，是水电行业的重要基础。为此,除工业电网正常供电外，还需配备UPS供电系统。UPS电源是保障供电稳定和连续性的重要设备，因其主要机智能化程度高，储能器材采用免维护蓄电池，使得在运行中往往忽略了对该系统的维护与检修。其实维护的好坏，对电源的寿命和故障率有很大影响，虽说各企业配臵的UPS供电系统设备型号及系统容量有所不同，但其原理和主要功能基本相同。在UPS电源类型选择上各站都选择了在线式，这时因为在线式UPS电源系统具有对各类供电的零时间切换，自身供电时间的长短可选，并具有稳压、稳频、净化的特点。当UPS电源系统本身出现故障时有自动旁路功能，当需要检修时可采用手动旁路，使检修、供电互不影响。
二、UPS电源系统
UPS电源系统由4部分组成：整流、储能、变换和开关控制。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。储能电池除可存储直流直能的功能外，对整流器来说就象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。
UPS电源系统主要分两大部分，主机和储能电池。额定输出功率的大小取决于主机部分，并与负载属那种性质有关，因为UPS电源对不同性能的负载驱动能力不同，通常负载功率应满足UPS电源70％的额定功率。储能电池容量的选取当负载功率确定后主要取决其后备时间的长短，这个时间因各企业情况不同而不同，主要由备用电源的接入时间来定，通常在几分钟或几个小时不等。UPS电源系统在检测到电网电压中断后，可自行启动供电，且随着储能电池慢慢放电，储能电池的容量随着时间会逐渐降低，考虑到寿命终止时储能电池容量下降到50％并留有一定的余量。
2.1电源工作原理
2.1.1 AC-DC变换：将电网来的交流电经自耦变压器降压、全波整流、滤波变为直流电压，供给逆变电路。AC-DC输入有软启动电路，可避免开机时对电网的冲击。
2.1.2 DC-AC逆变电路：采用大功率IGBT模块全桥逆变电路，具有很大的功率富余量，在输出动态范围内输出阻抗特别小，具有快速响应特性。由于采用高频调制限流技术，及快速短路保护技术，使逆变器无论是供电电压瞬变还是负载冲击或短路，均可安全可靠地工作。
2.1.3 控制驱动：控制驱动是完成整机功能控制的核心，它除了提供检测、保护、同步以及各种开关和显示驱动信号外，还完成SPWM正弦脉宽调制的控制，由于采用静态和动态双重电压反馈。极大地改善了逆变器的动态特性和稳定性。
2.3电源工作过程
当市电正常380V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交流电压，同时市电对电流充电。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。
三、UPS电源系统的维护
(1)UPS电源在正常使用情况下，主机的维护工作很少，主要是防尘和定期除尘。特别是气候干燥的地区，空气中的灰粒较多，机内的风机会将灰尘带入机内沉积、当遇空气潮湿时会引起主机控制紊乱造成主机工作失常，并发生不准确告警，大量灰尘也会造成器件散热不好。一般每季度应彻底清洁一次。其次就是在除尘时，检查各连接件和插接件有无松动和接触不牢的情况。
(2)虽说储能电池组目前都采用了免维护电池，但这只是免除了以往的测比、配比、定时添加蒸馏水的工作。但外因工作状态对电池的影响并没有改变，不正常工作状态对电池造成的影响没有变，这部分的维护检修工作仍是非常重要的，UPS电源系统的大量维修检修工作主要在电池部分。
a.储能电池的工作全部是在浮充状态，在这种情况下至少应每年进行一次放电。放电前应先对电池组进行均衡充电，以达全组电池的均衡。要清楚放电前电池组已存在的落后电池。放电过程中如有一只达到放电终止电压时，应停止放电，继续放电先消除落后电池后再放。
b.核对性放电，不是首先追求放出容量的百分之多少，而是要关注发现和处理落后电池，经对落后电池处理后再作核对性放电实验。这样可防止事故，以免放电中落后电池恶化为反极电池。
c.日常维护中需经常检查的项目有：清洁并检测电池两端电压、温度；连接处有无松动，腐蚀现象、检测连接条压降；电池外观是否完好，有无壳变形和渗漏；极柱、安全阀周围是否有酸雾逸出；主机设备是否正常。
d.免维护电池要维护，不是什么无稽之谈，应从广义的维护立场出发，做到运行、日常管理的周到、细致和规范性，保证设备（包括主机设备）保持良好的运行状况，从而延长使用年限；保证直流母线经常保持合格的电压和电池的放电容量；保证电池运行和人员的安全可靠。这就是电池维护的目的，也是电池运行规程中包括的内容和进行规则。
(3)当UPS电池系统出现故障时，应先查明原因，分清是负载还是UPS电源系统；是主机还是电池组。虽说UPS主机有故障自检功能，但它对面而不对点，对更换配件很方便，但要维修故障点，仍需做大量的分析、检测工作。另外如自检部分发生故障，显示的故障内容则可能有误。
(4)对主机出现击穿，断保险或烧毁器件的故障，一定要查明原因并排除故障后才能重新启动，否则会接连发生相同的故障。
(5)当电池组中发现电压反极、压降大、压差大和酸雾泄漏现象的电池时，应及时采用相应的方法恢复和修复，对不能恢复和修复的要更换，但不能把不同容量、不同性能、不同厂家的电池联在一起，否则可能会对整组电池带来不利影响。对寿命已过期的电池组要及时更换，以免影响到主机。
四、结束语
不间断电源系统 篇6
关键词：反激 绕组 充电 切换 稳压
中图分类号：TD6 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）010-032-02
各类矿山在线安全监测系统经常处于高温、多尘、高湿、高寒、雷电等极端恶劣条件中，同时，矿山环境又存在频繁停电、供电线路屡遭破坏的实际问题。因此，在线安全监测系统的可靠性问题—特别是供电的可靠性问题—已经成为业界关注的焦点问题之一。大多数矿山在线安全监测系统在紧急事故中因供电中断导致的系统瘫痪，极大地限制了其应用范围，也为矿山安全生产埋下了隐患。基于这种现状，矿山行业迫切需要一种能够提供具备高可靠性，可以在外部失电情况下为用电设备提供稳定电源供给，保证系统或者局部关键设备能稳定持续工作的不间断直流电源。
为解决上述问题，本文提出一种高可靠性的不间断直流供电装置。目前，常用不间断直流供电技术有两种，一种是电池常在线型，电池在不停的充电同时也在为后端用电设备不停的提供能量；另一种是电池后备型，正常情况下，市电通过转换为用电设备提供能量，当市电故障时，电池才投入使用。文中提出的装置属于第二种类型，在市电正常的情况下通过市电转换为稳定的输出电压；当市电故障时电池投入使用，经过转换提供稳定的输出。正常情况下电池一直处于充电管理过程中，采用这种方式可以极大的保证电池的使用寿命，延长设备使用年限。
1 不间断直流电源实现方法
1.1 不间断直流电源基本架构
文中提出的不间断电源装置采用反激开关电源设计，分为初级变换、输出稳压两级结构。初级变换采用反激隔离变换实现电池充电和初级电压变换，输出稳压级是一组DCDC变换单元，实现二次输出稳压变换。
初级变换单元采用反激变换器的形式，实现输入输出隔离，副边输出两组绕组S1和S2，其中S2绕组的输出提供给电池充电，S2绕组的输出采用闭环控制，实现对电池的恒流恒压充电控制；S1绕组的输出开环无稳压调节，直接连接到后级的输出级稳压DC-DC线路输入端。电池的输出经过一个整流MOS管连接到DC-DC线路的输入端。
1.2 S2绕组设计
变压器S2绕组的输出经过整流后向后级电池进行充电，对S2绕组整流后输出的电压及电流进行检测，通过一级放大后反馈到变压器原边控制器的输入参考电压端，进而调整控制器的开关占空比实现输出的稳流稳压控制。
在电池欠电严重的情况下，先实现恒流控制，快速的给电池提供能量；当电池电压升到一定数值以后实现输出恒压控制，减缓电池充电速度。
图2为电池恒流恒压充电反馈检测控制线路图。其中，恒流与恒压数值的可以通过调整取样电阻进行修改，在使用过程中根据不同电池的充电性能进行相应调整。
1.3 S1绕组设计
变压器副边S1绕组的输出是开环状态，经过整流后，输出一个波动的直流电压，当电池电量充满时，S1绕组的整流输出要大于电池的电压，保证在任何状态下S1绕组的输出始终大于电池电压。
1.4 切换电路设计
S1绕组的整流输出直接连接到DCDC稳压线路，电池的输出经过一个反接的N沟道整流MOS管连接到DCDC稳压线路输入端。
在输入交流电压存在时，初级反激变换器S1绕组的输出电压始终大于电池的充电输出电压，由于MOS管内部二极管的反向截止作用，S1绕组的整流输出向DCDC稳压线路单元提供能量，电池处于热备份充电管理状态。
在输入交流电压消失后，S1的绕组输出电压开始下降直至消失，当电池的电压大于S1绕组输出的时候，MOS管的反向二极管开始导通，电池开始给DCDC稳压线路提供能量，保证输出电压的稳定。
S1的输出监测及MOS控制线路是一组辅助功能单元，实现在S1无输出的情况下，控制MOS管开通；当S1输出恢复时，关断MOS管。
S1绕组的整流输出与电池之间通过MOS内部的反向二极管特性实现切换，当S1输出确定已经消失的情况下通过控制线路开通MOS管，屏蔽二极管导通状态，减少器件功率消耗。
1.5 输出DCDC稳压线路
输出DCDC稳压线路实现输出的最终稳压。线路支持宽范围电压输入，保证在S1整流输出供电或电池供电的状态下最终输出电压的稳定。
1.6 保护线路
该不间断直流电源的各类保护线路通过嵌入式MCU进行监测和控制，主要实现电池及输出的过压、过流、欠压等检测控制和多状态配合保护。
2 测试及性能分析
2.1 试验测试方法
不间断直流电源的测试主要是针对电池的充电和输入掉电电池切换，交流正常输入情况下，将一组欠电电池接入，通过示波器或萬用表监测电池的充电状态、输出电压状态；当电池充满电后切掉交流输入，监测输出电压的变化。
2.2 电池充电测试
该电源所用的电池为标称电压12V的锂电池，容量2300mAh，在充电过程中对电池电压进行监测，绘制电池充电电压图表。
从图4中可以看出，在电池充电起始阶段，电池电压上升比较快，这个阶段电池一直处于恒流充电状态，当电池充电到接近75%能量，既电压充到接近10.5V的时候，转为恒压充电状态，从这时开始电池电压缓慢稳步上升，在充电电压达到12V的时候转为浮充状态。
2.3 电池切换输出电压测试
在电池充好电以后，切掉输入交流输入，在设备输出带80%负载的情况下监测输出电压状态。
在进行电池切换的过程中输出电压并无明显的波动，说明该电源产品实现了交流输入与电池之间的无抖动切换，保证设备在电池切换过程中输出电压无跌落，供电稳定。
3 总结
实验表明，本文设计的不间断直流电源能够在正常输入交流供电的情况下，对电池的进行良好充电，并在供电故障状态下，实现输出电压的无抖动切换。同时，电池在输入正常情况下处于热备份状态，当输入消失后才投入工作，有效的增加了电池的使用寿命，保证了设备的可靠供电，为各类设备和在线监测系统在恶劣矿山环境下的稳定运行提供了有效保障。
参考文献：
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UPS不间断电源浅谈 篇7
关键词：UPS,储能电池,逆变器,整流器,静态开关
0 引言
对于商业和工业工艺装置而言, 连续的优质电源供应是非常关键的。电源中断甚至微小的扰动都将打断工艺链条, 最终造成系统停止运行。因此, UPS系统的关键功能就是保护那些不能承受轻微电压扰动或冲动的装置 (也称为用户或负载) 的电源供应。公用工程提供的未经滤波的电源可能会含有谐频、低谷、峰值或其他噪音。在电源链条中引入一个或多个UPS系统可以有效地消除这些类似的扰动。更为重要的是, 在断电条件下, UPS可以紧急填补电源缺口。当遇到这种情况时, 系统将自动地切换为大的电池组, 汲取所需的电源, 直到主干线电源恢复为止。
1 UPS电源系统
不同的应用要求下, 负载可以分为直流负载和交流负债两大类。为此, UPS电源又有三种主要的类型:经过双转换 (AC电流转换为DC电流, 再将DC电流转换为更加纯净的AC电流) 的AC UPS, 实现将AC电流转换为DC电流的DC整流器/充电器, 和实现将DC电流转换为AC电流的AC逆变器。UPS出现的形态不一样, 但其原理和主要功能基本相同。UPS电源系统主要有5部分组成:整流系统、储能 (电池组) /净化系统、逆变系统、静态开关控制和旁路系统。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定电压。储能净化功能由储能电池组来完成, 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电能的功能外, 对整流器来说就像接了一只大容器, 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, 也称对干扰的屏蔽。频率的稳定则由变换器来完成, 频率稳定度取决于逆变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, 设计了系统静态开关, 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。
2 UPS电源工作原理
一般的UPS主要有以下几种工作模式:正常工作模式、电池工作模式、旁路工作模式和充电器工作模式。
2.1 正常工作模式
在正常情况下, UPS系统给负载供电, 如图一实箭头所示。UPS系统从电网获取电能, 经过隔离自藕变压器降压或者升压、全波整流、电容/电感滤波, 输出直流电压供给逆变电路, 同时给储能电池组充电。逆变电路由大功率IGBT模块组成, 实现直流电到交流电的转换。逆变电路产生的交流电经过静态开关控制输出, 供给负载。当电网电压超出正常工作范围, 或者突然停电时, 整流器关闭, 储能电池组给逆变电路供电, 见电池工作模式, 如图二所示。当负载严重过载, 逆变电路获得的直流电源不足以维持逆变器的正常工作时, 系统转去旁路工作模式, 如图三所示。
2.2 电池工作模式
当市电电网不再稳定超出正常工作范围, 或者电网失电时, 整流器不再工作, 此时电池组立即接替整流器给逆变电路提供电源, 如图二所示。
储能电池组的容量取决于负载功率的大小, 原则上负载功率越大, 要求储能电池的容量越大。当负载功率确定后, 电池容量主要取决于其后备时间的长短, 这个时间因各企业情况不同而不同, 主要由备用电源的接入时间来定, 通常在几十分钟或几个小时, 乃至于几十个小时不等。从整流器供电到电池组供电没有切换时间, 当电池组能量即将耗尽时, UPS系统发出报警信号, 并在电池放电下限点停止逆变器工作。如果在电池组能量耗尽之前, 电网电压恢复供电, 则系统自动转回正常整流器工作模式, 供给逆变器, 同时给电池组进行充电。反之, 如果此时旁路电源正常, 则系统自动切换到旁路系统, 否则系统就将停止工作。
2.3 旁路工作模式
当逆变器由于整流器不能正常供电、或者储能电池组能量不足而无法工作, 或者由于负载严重过载, 而不能给负载提供足够的能量时, 系统自动转去旁路工作模式, 如图三所示。当负载恢复正常, 或者
系统恢复正常供电条件时, 系统自动会从旁路工作模式切换回正常工作模式。
2.4 充电器工作模式
当UPS系统工作在充电器工作模式时, 整流器仅仅对储能电池组充电, 系统不对负载供电, 如图四所示。
3 UPS电源系统的功能完善
为了完善UPS电源系统的功能, 一些先进的技术应用到了UPS上。
3.1 多机并行工作
传统的UPS电源系统多为单机系统, 也就是说当UPS系统出现故障时, 负载只能通过旁路供电。对于某些要求严格的用电设备, 显然这种方案是不能完全解决实际需要的, 于是并机系统应运而生了。并机系统从外形上看就是有两台单机系统同时工作, 两台单机之间互有联系。正常工作时, 两台系统同时工作并各自承担50%的负载。当一台系统出现故障而不能正常工作时, 另一台系统自动承担全部的负载, 反之亦然。这种冗余的设计方式无疑大大提高了系统的稳定性, 确保了关键负载的正常工作。并机系统的技术现在已经非常成熟, 最多8台并机运行的设计方案时常可以看到, 当然, UPS电源系统的价格相应要贵许多。
3.2 远程控制
IT技术的发展, 成就了UPS系统的远程控制。对于某些特定场合, 人类是不可能全天候呆在设备机房的, 比如海上钻井平台。此时, 需要我们可以远程控制设备, 监测数据参数。智能控制模块和通信模块的面世也就显得尤为重要。
参考文献
[1]美国GUTOR公司提供.PEW1000系列UPS用户说明书.
矿用直流不间断电源的设计 篇8
随着工业以太网在井下的迅速发展与应用, 为保证交换机正常工作, 对供电电源质量的要求越来越高, 因此, 煤矿井下交换机用不间断电源 (UPS) 的地位愈显突出。UPS按其输出形式可分为交流UPS和直流UPS, 交流UPS需要逆变器将电池电压逆变为交流电输出, 直流UPS则可直接供给负载, 不需要再经过逆变。鉴此, 笔者设计了一种煤矿井下交换机用直流UPS。该电源在现有直流UPS的基础上增加了人机对话功能:通过液晶显示能准确、实时显示电池的供电状态、电池电压、充电电流、UPS输出电压、UPS输出电流的大小等。
1 直流UPS的硬件设计
1.1 基本设计思路
设计的煤矿井下交换机用直流UPS可在矿用交流电供电时使交换机正常工作, 并通过以电源管理芯片MAX731为核心的充电电路给镍镉电池充电。当矿用交流电断电时, MSP430F147单片机控制的切换开关自动切换, 使后备电源利用镍镉电池给交换机供电。该UPS总体结构如图1所示[1,2]。
正常工作情况下, AC/DC模块完成交流与直流的转换, 输出24 V直流电压, 供交换机工作;同时127 V交流输入通过桥式整流电路, 经稳压后给镍镉电池组供电。MSP430F147通过内部集成的AD转换模块, 实时采集整个工作过程, 当监测到有127 V交流输入时, MSP430F147控制切换开关关闭, 24 V电源由AC/DC模块供给;当监测到无127 V交流输入时, MSP430F147控制切换开关导通, 24 V电源由镍镉电池供电。同时, MSP430F147将采集到的电池电压、充电电流、UPS输出电压、UPS输出电流, 通过控制液晶显示模块OCMJ2×10C显示出来。
在设计时把整个UPS系统分为UPS模块和MSP430F147模块2个部分来进行单独设计, 最后通过接口跳线完成系统的统一。这样不仅简化了设计难度, 而且方便了调试。在UPS模块中主要完成电池的充放电管理、电源的切换及过放管理电路的设计, 其中电源的切换、过放保护的控制由MSP430F147的输出端提供。MSP430F147模块的功能:实时监测127 V交流电是通电状态还是断开状态;实时将采集到的24 V电压信号通过液晶屏显示出来;通过控制图1所示的切换开关的闭合或断开, 提供给负载不间断供电。
1.2 硬件电路设计
煤矿井下交换机用直流UPS硬件电路包括整流稳压电路、充放电管理电路、切换电路、过放保护电路4个部分, 主要满足当矿用交流电供电时, 交流电一部分经整流稳压后在电池管理芯片的控制下对电池充电, 另一部分通过AC/DC模块转换为24 V直流电源给交换机及MSP430F147供电;当矿用交流电断电后, 在200 ms内经过MSP430F147检测并自动控制晶闸管控制位, 使晶闸管导通完成切换, 启动后备电源镍镉电池给交换机供电, 从而完成UPS功能[3]。
1.2.1 整流稳压电路
整流稳压电路如图2所示, 经J1接入矿用交流电, 从整流桥输出的脉动电压经过电解电容C1滤除高次谐波分量后, 接入三端可调稳压管LM317T, 输出电压为
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这样通过适当调节调整电阻R7的值可以使输出电压达到24 V左右。
图2中, 在LM317T输入端接C1可进一步滤除纹波, 输出端接C7能消除自激振荡, 确保电路电压稳定;C6与R6并联组成滤波电路, 减小输出的纹波电压;二极管D5的作用是防止输出端与地短路时, C7上的电压损坏稳压器。
另外, TSET1端与MSP430F147的P1.3、P1.4脚相连, 用来监测供电状态。P1.3脚设置为中断模式 (下降沿有效) , 用来判断矿用交流电是否掉电, 如果掉电则立即启动电池供电系统;P1.4脚用来判断供电状态, 如果为高电平则采用矿用交流电供电, 如果是低电平则采用电池供电。
1.2.2 充放电管理电路
充放电管理电路如图3所示。
(1) 电池数量的设定:
MAX713提供可编程引脚PGM0和PGM1, 通过对这2个引脚采取不同的电压连接方式即可设置充电电池数量 (1～16节) 。由于采用24 V镍镉电池, 按照每节2 V计算, 可知所用电池数量为12节, 因此, PGM0连接BATT-、PGM1连接REF。
(2) 充电速率及时间的设定:
通过设置PGM2和PGM3引脚的编程电压可设定电池的充电速率和充电时间。MAX713最大允许快速充电时间为264 min, 因此, 其最小充电速率将不能低于充电电池容量的四分之一。快速充电电流可按以下公式计算:
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由于本设计中采用最大充电时间为264 min, 可以算出快速充电速率。设置PGM2、PGM3都与镍镉电池负极相连, 可使最大充电时间为264 min。
为了更好地测量电池电压及充电电流, 在电池的输出端串联了一个1 Ω电阻。图3中TEST4与MSP430F147的电压采集端P6.6相连。
1.2.3 切换电路
晶闸管在工作过程中, 阳极A和阴极K分别与电源和负载连接, 组成晶闸管主电路, 晶闸管的门极G与MSP430F147的控制引脚相连, 组成晶闸管控制电路。
如图4所示, P0与MSP430F147的P2.1引脚相连, 在矿用交流电供电时, 矿用交流电经AC/DC模块直接作为UPS输出 (即为DC24 V) , 当检测到矿用交流电断电时, MSP430F147立即置P2.0、P2.1引脚为高电平, 导通晶闸管, 启动电池供电;当矿用交流电再次通电后, 在交流电的作用下, AC/DC模块的24 V电压使晶闸管的阳、阴极压降接近于零, 晶闸管关断, 从而切断电池供电。
1.2.4 过放保护电路
矿用交流电故障时, 晶闸管导通, 由电池对外供电。为保证电池的正常使用, 放电时必须保证电池电压高于放电终止电压。放电终止电压是指蓄电池放电时允许的最低电压。如果电压低于放电终止电压, 则蓄电池继续放电, 电池两端电压会迅速下降, 形成深度放电, 这样, 极板上形成的生成物在正常充电时就不易再恢复, 从而影响电池的寿命[4]。本设计采用的镍镉电池的放电终止电压一般规定为1 V。因此, 为保护电池, 避免形成深度放电, 设计了过放保护电路, 如图5所示。其中P1端与MSP430F147的P2.0引脚相连, MSP430F147实时检测电池电压, 当电池电压高于放电终止电压时, P1端置高电平, 三极管Q3导通, 继电器J2的1、2脚闭合, 电池处于充电状态;当电池电压低于放电终止电压时, P2.0引脚置低电平, 三极管Q3截止, 继电器J2的1、2脚断开, 从而使电池断开, 避免深度放电。
为了测量UPS输出电压及输出电流, 在输出端串联了一个0.1 Ω的电阻, TEST2、TEST3端分别与MSP430F147的电压采集端P6.3、P6.4相连。
1.3 微控制单元设计
微控制单元采用MSP430F147单片机, 它是一款16位单片机, 具有集成度高、外围设备丰富、功耗低等优点, 非常适合在手持设备、由电池供电的设备中使用。MSP430F147在休眠条件下的工作电流只有0.8 μA, 就是在2.2 V、1 MHz条件下工作电流也只有280 μA。
图6为MSP430F147控制框图。
微控制单元的主要功能:
(1) 通过外部中断来检测供电状态, 当矿用交流电断开时控制切换电路使电池供电。
(2) 完成对电压电流的采集, 当矿用交流电正常时, 采集电池电量和输出电流;当交流电断开时, 采集电池电量、充电电流。
(3) 控制液晶显示芯片, 输出采集数据。
(4) 通过对电池电量的采集, 判断电池电量, 当电池电量低于1 V时控制过放保护电路, 切断电池供电, 运行结束。
2 直流UPS的软件设计
煤矿井下交换机用直流UPS利用MSP430F147的P1.3引脚作为中断口来监测矿用交流电是否掉电。如果掉电, 则启动中断子程序来处理。该UPS软件包括中断模块 (电源切换模块) 、过放保护模块、电压采集模块、液晶显示模块4个模块。其中, 主程序流程、中断程序流程、过放保护程序流程分别如图7、图8、图9所示[5]。
3 测试结果分析
为验证该UPS的可行性, 笔者对其进行了测试。测试结果表明, 该UPS电源功能基本上能实现, 但是在稳定性和精确性上还存在着一定问题。存在的问题及解决方法如下: (1) 在最初的程序设计中采用的是循环检测P1.3端口的电平, 这样就造成了当矿用交流电掉电后, 不能迅速检测到P1.3端口电压的变化, 导致启动电池供电不是太及时。把P1.3端口改为中断模式, 这样就可以做到P1.3端口电压的实时监测; (2) 在UPS模块硬件电路设计中, 晶闸管的控制端没有加电阻R12, 使晶闸管的控制端存在着静电, 导致矿用交流电重新供电时, 不能很好地切断电池供电, 在晶闸管的控制端接一个下拉电阻可解决该问题[6,7]。
4 结语
煤矿井下交换机用直流UPS采用MAX713电源管理芯片对电池进行智能充电;采用MSP430F147单片机作为微处理器, 利用外部中断方式监测矿用交流电掉电或出现故障状态, 当发现矿用交流电不能正常供电时对电路进行切换, 启动电池供电, 从而确保交换机可持续工作。
摘要：设计了一种煤矿井下交换机用直流不间断电源。该不间断电源采用MAX713电源管理芯片对镍镉电池进行智能充电;采用MSP430F147单片机作为微处理器, 利用外部中断方式监测矿用交流电的工作状态, 当发现矿用交流电不能正常供电时对电路进行切换, 启动镍镉电池供电, 从而保证交换机持续工作。测试结果表明, 该不间断电源具有一定的实用性。
关键词：矿用交换机,直流不间断电源,镍镉电池,充电,MSP430F147,MAX713
参考文献
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不间断电源系统 篇9
1. UPS介绍
不间断电源UPS (Uninterruptible Power Supply) 不仅在输入电源中断时可立即供应电力, 在电源输入正常时, 也可对品质不良的电源进行稳压、稳频、抑制浪涌、滤除噪声、防雷击、净化电源、避免高频干扰等以提供使用者稳定纯净的电源, 在工业中应用广泛。但如果没有掌握UPS系统的选型、安装调试、使用维护的要点, 则会使UPS性能下降、寿命缩短, 甚至损坏。
UPS可分成离线式、在线式、在线交互式3种。离线式不断电系统, 又称后备式, 平常市电走旁边的一条路径 (俗称旁路) 直接供电给负载, 只有停电时, 才由蓄电池经逆变器转换为交流电源提供给负载电力。在线式UPS就是平常由逆变器输出给负载电力, 只有UPS故障、过载或过热时才会转为旁路输出给负载。在线交互式UPS平常由旁路输出给负载, 逆变器此时作为充电器。当断电时逆变器则将电池能量转为交流电输出给负载。
2. UPS系统工作原理
2.1 整流器将交流电转换为直流电压。
2.2 直流转换器为一功率因数校正的倍压式升压转换器, 校正交流输入电流与输入电压同步;并稳定地将电压提升至约400VDC输出。此控制电路, 使输入电流能同步输入电压, 并且使UPS能承受更宽范围的输入电压。
2.3 逆变器将直流电压转换成交流电压输出, 并且与输入市电同步, 本逆变器为一半桥电路。
2.4 静态旁路电路可选择旁路输出或逆变器输出作为UPS输出的开关, 逆变器关闭时以旁路输出。
2.5 充电器可接受市电做输入而转换, 适合对电池充电的直流电压, 使电池保持在充满状态。各机种内部充电器之最大充电电流约为2.6A。
2.6 控制电路是侦测各部分控制电路运作。
2.7 手动旁路开关是用来隔离UPS的整流器、充电器、逆变器和静态开关, 交流市电直接经手动旁路开关及输出断路器供电给负载, 以便对UPS做维修保养。
2.8 输出隔离变压器提供电气隔离和多重输出电压。当UPS开机时, 由输入交流电源经滤波器后分成2路输出, 其中1路输出送至交流变直流转换器 (AC/DC) , 转换成直流电后再送给半桥式直流变交流逆变器 (DC/AC) , 呈交流输出;另1路作为旁通路径。一般而言, 开机后UPS会进行内部自我诊断, 若一切正常, 旁通开关会选择逆变器输出, 此种输出称为在线式模式输出。当输入市电断电时, 整流器与充电器即不工作, 而直流转换器工作, 将蓄电池的电压转换至逆变器的输入端, 再转换为交流输出, 即电池模式输出。
3. UPS选型与安装调试要点
UPS装备及配件在出厂前都举行过严格的检查和试验, 装备抵达现场后, 用户应做以下几项安装前的准备事情。
3.1 大型UPS对场地、环境的要求
3.1.1 装备就位场地应该是“工业类型”的硬质洋灰型的
水平地面, 如果采用防静电活动地板, 则需要在考虑到地板的平均负荷量的基础上, 还要按照UPS的重量来设计制作供安装装备的托架。对于多数大型UPS来说, 其规范机型的电缆为下进下出型。UPS机柜的透风的进气口位于机柜的正面或者侧面, 发泄口在机柜的上部或者后面。为此, 在安装UPS时, 要求用户事先准备好电缆敷设地沟。地沟的深度为40cm摆布。当用户采用桥架电缆敷设时, 应选用电缆为上进上出型的机型。
3.1.2 UPS供电系统应安装在具有透风杰出、凉爽、湿度不高和具有无尘前提的清洁空气的运行环境中。
尽管一般的UPS所允许的温度范围为0℃~40℃之间。然而, 如果前提允许, 应将环境温度节制在35℃以下。UPS厂家推荐的事情温度为20℃~25℃。湿度节制在50%摆布为好。此外, 在UPS运行的房间里不应储存安放易燃、易爆或者具有腐蚀性的气体或者液体的物品。
3.1.3 严禁将UPS安装在具有金属导电性的尘埃的事情环境中, 不然会导致装备产生短路故障。
也不宜将UPS安放在靠近热源处。
3.1.4 不管所配的UPS蓄干电池组是否配有带温度补偿的充电器。
为了确保蓄干电池组的使用寿命, 应该将蓄干电池房的温度节制在20℃~25℃之间。
3.1.5 UPS的摆布侧必然要保有50mm的空间, 后面有100mm空间, 以保证UPS透风杰出。
UPS前面应有足够的操作空间。通过实践证明, UPS最好不要靠墙安装, UPS与墙之间要留有1m摆布的距离, 以便于UPS的维修。
3.2 大型UPS的安装技术参数
输出功率 (KVA) 30406080120200300400;交流输入电源380/400/415V, +10%, -15%;最大输入电流 (A) (满载+干电池浮充电流) 6280120150230390570765;标称输出电流 (A) 435787122183305456609;带定额负载时的功耗 (KW) 2.23.24.35.67.512.41722;透风量 (m3/h) 512800112018002600350055006160。基于这些缘故, 用户应按照自己所选用的UPS的标称输出功率 (KVA) 及差别蓄干电池组的临界放电电压值来估算有可能流过蓄干电池电力电缆的最大电流值。对于上述差别蓄干电池组的标称临界放电电压值为:
30×12V蓄干电池组为300V;
32×12V蓄干电池组为320V;
33×12V蓄干电池组为330V;
5×12V蓄干电池组为350V;
40×12V蓄干电池组为400V;
48×12V蓄干电池组为480V。
3.3 设备品牌及配线选择
在设备选择上, 应尽量选用专业厂家生产的产品, 这样不但设备技术指标有保证, 专业厂家的售后服务也很有保障。在选购UPS电源时主要考虑到设备的输入输出电压范围、输出频率范围、旁路逆变零切换、抗浪涌突波、高频干扰以及谐波失真等能力。在选择使用高频机型时, 对计算机及其它光电网络设备造成的影响也不可忽视。其次是合理地选择UPS电源连接配线, 因电池工作电流之大, 如选择线径太细, 容易发热氧化引发事故, 可选用容量足够的多股铜芯线或铝线。
4. UPS使用要点
4.1 UPS不宜带载开机和关机
没有延迟启动功能的UPS, 带载开机很容易在启动的瞬间, 烧毁逆变器的末级驱动元件。因为刚开启时, 控制电路的工作还未进入稳定状态, 启动瞬间会产生较大的浪涌电流, 对UPS的末级驱动元件而言, 更是如此。当负载中包含有电感性负载时, 带载关机也同样可能引起末级驱动元件的损坏。因此, 不能带载开机和关机。
4.2 示波器观察UPS注意要点
UPS逆变器正常运行时, 禁止用示波器观察控制电路波形。UPS的核心部件是逆变器, 逆变器运行时, 请不要用示波器或其他测试工具观察控制电路的波形。因为测试时, 尽管特别小心, 也很难避免表笔与临近点相碰, 更难防止因表笔接上后引起电路工作状态的变化。一旦电路工作异常, 就有导致末级驱动元件烧毁的危险。在维修中已发现过多次人为烧毁逆变器的现象。有的是属于维修经验不足, 有的是为了学习, 观察电路波形而引起的。
4.3 后备式UPS不能加大市电输入保险丝容量
后备式UPS在逆变器供电时, 一般都没有过载和短路自动保护功能, 但在市电时, 一般靠输入交流保险担当过载保护任务, 所以用户不可轻易地加大市电输入保险丝的容量;否则, 一旦UPS输出发生短路事故时, 有可能出现输入保险烧不断, 印制板上的印制线却被烧毁的危险。
5. 结语
不间断工作呼叫系统及其应用研究 篇10
人口老龄化是一场无声的革命,越来越多空巢家庭和家巢老人的出现,带来了许多社会问题。老年服务的社会化和科学化是现代社会的发展趋势,也是构建和谐社会的必然要求。本文所探讨的不间断远程呼叫系统,就是特别针对空巢老人设计的。
2 远程呼叫系统的基本要求
便捷性、实用性、高效性和针对性,符合这些基本要求的不间断工作远程呼叫系统,可以较好地实现服务空巢老人的目的。
本系统以单片机作为核心控制内核,实现呼叫器的不间断呼叫,提高呼叫系统的便捷性和可靠性;在信息传输模块,使用无线收发芯片进行传输,避免了传统的有线寻呼系统布线复杂和改建麻烦的问题,使整个系统电路简洁、性能稳定;在系统服务支撑模块,注重整合国内外老年人呼叫系统管理模式,规划出集政府、社区、医院、社会团体于一体的呼叫系统方案框架;在系统操作设计模块,运用人机工程学知识,考虑使用人员的特殊需求,设计出针对性强的友好操作方式。
3 不间断工作远程呼叫器研究方案
3.1 不间断工作远程呼叫系统总体框架
本研究旨在构建一种无线的不间断工作的家用呼叫系统,使用专用的射频模块,采用单片机进行控制。系统整体框架如图1所示:
系统主要由主叫系统、被叫系统以及无线通信网络三部分组成。其中,主叫系统主要由单片机控制系统和无线通信模块组成,是家庭用户终端;被叫系统主要由GSM无线通信模块和PC机组成,是社区监护端,用来接受呼叫请求;而GSM无线通信网络则按照规则来完成数据的收发任务,是连接主叫系统和被叫系统的枢纽。
以单片机为核心的呼叫器主要由5部分组成,即呼叫信号输入、信号处理、控制单元、呼叫器界面、呼叫信号输出。当需要帮助时,触动呼叫器用户界面上面的相应按钮,信号经CPU分析处理后,便可传输到呼叫信息处理中心提醒服务人员。
3.2 不间断工作原理
与常规的控制芯片相比,ATmega8单片机消耗电流量很低,在正常使用状态下,充电一次可以连续使用三个月左右的时间,基本上实现了不间断的工作。
ATmega8单片机有五种可以通过软件进行选择的省电模式。工作于空闲模式时CPU停止工作,而SRAM、T/C、SPI端口以及中断系统继续工作;掉电模式时晶体振荡器停止振荡,所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作;在省电模式下,异步定时器继续运行,允许用户保持一个时间基准,而其余功能模块处于休眠状态;ADC噪声抑制模式时终止CPU和其他的除了异步定时器与ADC以外的所有I/O模块的工作,以降低ADC转换时的开关噪声;Standby模式下只有晶体或谐振振荡器运行,其余功能模块处于休眠状态,使得器件只消耗极少的电流,同时具有快速启动能力。
3.3 呼叫系统人机工程学设计
人机工程学的设计方法集中体现于呼叫器的性价比、操作界面和使用方法上面,老年人使用的产品,其设计应该遵循功能合理、针对性强、价格便宜、简捷可靠的原则。本设计选用ATmega8单片机作为呼叫器的控制芯片、西门子的TC35i模块作为系统的无线通信模块,保证了呼叫器良好的性价比。呼叫请求信息(包括主叫方、被叫方以及呼叫短信)全部编写在单片机程序中,用户只要按下呼叫器上的按钮,就可将呼叫请求发送到社区监护中心,从而实现一键求助。
4 信息平台的构建
呼叫系统的软硬件之间的协调配合,需要呼叫信息系统的支持。具体包含原始数据的收集和存储,以及信息互通。
4.1 原始数据的收集和存储
原始数据主要有两类,一是社区管委会的居民信息管理,包括空巢老人的具体信息;二是社区医疗点的空巢老人的健康档案。中心数据库信息平台如图2所示。
4.2 各环节间的信息互通
“空巢老人”的求助信息需要简单、快捷、可靠地发送到信息中心处理平台,该部分主要由呼叫器和呼叫系统接收模块完成。同时,利用信息中心处理平台将求助信息进行自动分类,按求救内容自动通知相应的服务支撑系统以实现对呼叫者的救助,该部分主要由信息处理中心平台和呼叫系统的服务支撑系统完成。
5 呼叫服务支撑系统
呼叫服务的支撑系统,就是所谓空巢老人的立体关照体系。本文所规划的关照体系主要包含5个方面的功能,如图3所示。
“日常生活关照功能”就是呼叫邻里帮助。“志愿者服务功能”是要将志愿者组织起来,关照空巢老人的生活,并开展心理咨询、精神慰藉、临终关怀等较高层次服务。“4050”家政服务功能“是要使具有劳动能力的失业人员重新走上劳动岗位,形成用“4050”的服务员来服务“7080”老人的特色服务链。“社区医疗关照功能”是要充分发挥社区医疗的就近、便捷的特色,为老人提供及时的服务。“综合医院服务功能”是当老人突发疾病、出现危险时,开启绿色通道提供救治服务。以上5中基本功能都可借助于呼叫系统来实现。
6 结语
本文探讨了呼叫系统的基本要求和总体框架,分析了呼叫系统的不间断工作原理和中心信息平台的(下转第69页)(上接第108页)构成方式,提出了呼叫服务的支撑系统,即空巢老人立体关照体系的概念及架构。为老年人,特别是空巢老人的救助提出了一种解决思路。
参考文献
[1]田峰.基于GSM技术的超远程无线设备监控系统研究[D].山东:山东科技大学硕士学位论文,2004.
[2]唐明霞,王秋光.独居老人无线监护系统用户端的设计[J].哈尔滨理工大学学报,2006,11(6):49-52.
[3]王秀玲.人机工程学的应用与发展[J].机械设计与制造,2007(1):151-152.
[4]邵玉华,韩焕虎,单联德.呼叫中心知识库建设[J].电子与电脑,2005(5):95-98.
[5]Yong He,Haihong Yu,Zhengjun Qiu.Study on Farm Information Acquisition by Using Wireless Remote Methods and Treatment Systems.IEEE,2005.
不间断的音乐生活 篇11
如果你曾经了解过MP3这个市场，iriver这个牌子肯定多少有过耳闻，没错，iriver多少也能算曾经跟Creative、Acrhos等品牌齐名的，不过MP3这个市场一方面是来自iPod的压榨，另一边则是各种手机的蚕食，让这些专注MP3的品牌生存空间越来越狭小。
难道MP3只能被手机取代吗？看到了iriver最新的两款E300和E40，我找到了当初第一次看到MP3的兴奋——这才是实用的音乐!
身材更重要
iriver E300和E40的外形很小巧，其中E300为96×49×16mm，E40为95×46×9mm，这样的规格可以轻松带在身上任何一个角落，甚至除了耳机，都不会感觉到它的存在。也许有人会问，平时带着手机一样能听音乐，何必专门准备MP3呢7这关键要看具体的需求。不知道你是不是热爱运动，在健身房很少有人会带着手机，大多都是锁在柜子里，特别是现在的智能手机越来越大，让我们感觉带在身上都是一种负担的时候，对于追求运动的快乐是一种累赘，然而动感的旋律也是我们希望能够用来陪伴的音乐，这就是MP3的市场空间所在，E300、E40在外形上做到了小巧便携，只要一个简单的肩带就能把它佩戴在身上，让你把运动和音乐完美结合。
佩戴要舒适
我一向认为任何东西只要需要佩戴在身上，就应该注重舒适，服装鞋帽如此，背包配饰如此，对于耳机更是应该要求舒适。E300和E40配备的耳塞看上去并不起眼，不过相比很多耳塞来说，它的身材略小了一点点，这个几乎难以观察出来的缩小换来的就是塞在耳孔上的时候，不会像很多耳塞那样感觉到挤压。当然每个人的身材比例并不一样，不过我相信我的感觉还是有一定代表性的，如果你也觉得耳塞比较压迫耳孔的话，不妨考虑试试irver这一款。
源源不断的能量
不间断电源系统 篇12
关于数据中心的节能技术众多,本篇侧重于从数据中心不间断电源的角度来对数据中心节能做些探讨。
1 传统UPS和DPS)间的比较
传统UPS:传统UPS根据供电方式可分为在线式(ON-LINE)、后备式(或称离线式,OFF-LINE/BACK-UP)及在线交互式(LINE-INTERACTIVE)三类。UPS通常又分为工频机和高频机两种。
分布式电源系统DPS (Distributed Power System)是近两年出现的新兴技术,主要是小容量的UPS及配套蓄电池能设在机架中,可不需建设电力室,提高机柜利用率。系统具备高密度一体化的特性,集成电源模块、锂电电池储能模块、检测模块、监控模块,为机架负载提供了一体化供电综合解决方案。DPS产品和DPS配电系统架构分别如图1和图2所示。
DPS配电系统的工作原理:DPS分散供电针对每一个机架单独提供后备电源,同时采用磷酸铁锂电池直接作为服务器后备电源。正常情况下,市电直通,模块向服务器输出交流电;当电网断电时,DPS通过转换开关切换到电池状态,后备电池开始工作,给服务器供电。
1.1 DPS系统的特点
(1) DPS电源系统配置
DPS系统分为交流型和直流型,每架配置1台DPS系统,可根据数据机架功耗和备用电需求选择相应的DPS类型及容量。
(2)高密度一体化
1)电源电池一体化,单机架独立供备电系统。
2)标准3U高度,体积小、重量轻。
3)可实现快速安装部署,方便建设、扩容。
(3) DPS系统输入输出
DPS系统为双路相互独立的输入输出系统,可实现真正两路市电输入输出。两套独立的电源系统可为双电源负载提供两路独立稳定的电力供给,每一路均可以独立承担起全部负载容量。
在设备列头设置交流列头柜,列头柜由市电供电,列头柜输出2路220V交流电至DPS系统输入端,输出可有12V/48V/240V/336V等选择。
(4)占地面积
DPS系统安装在数据机柜中,无需单独设置电力室,提高了机房的容积率。
(5)承重
DPS设备一般最大容量为6kVA,重量不超过60kg,满足机柜托架安装要求,同时满足普通网络机房承重要求,可有效降低IDC机房土建中额外的承重建设要求及成本。
(6)负载分配
DPS系统负责单独机架,不存在功耗分配的问题。
(7)扩容性
DPS系统扩容比较灵活,可根据后期设备的交、直流供电类型以及设备功耗直接进行扩容配置。
(8)维护性
DPS系统具备在线更换功能,在保证负载设备供电不中断的情况下,可在短时间内完成单台设备的更换。
(9)主设备支持
DPS系统为常规供电方式,支持所有厂家的设备。
(10)集中监控
DPS设备具备多种监控方式,可在设备层、上位机、异地终端形成多层面的立体监控系统,可通过串口/SNMP形式输出全部监控数据。通过监控汇聚、传输网络,将监控信息在异地终端进行解析呈现,实现全部DPS系统的异地集中监控。
1.2 DPS分散式供电与传统在线式UPS节能能力分析
(1)传统的UPS系统采用N+1冗余方式配置,设备冗余量大,系统内部能量经两次转换,利用效率相对较低,系统自损功率约为系统功率的8%。而DPS系统由于采用后备式工作原理,其系统自损基本可以忽略不计,因此节约了大量电能。
(2)DPS系统自身散热较少,且不需要单独建设电力室,因此,节约了电力室空调的耗电及二氧化碳的排放。
(3)DPS产品重量较轻,不需要对机房承重提出单独要求,在大楼建设初期节约了钢筋及混凝土用量,间接做到节能减排。
(4)DPS分散式供电自低压室至交流分配屏到列头柜,缩短了电缆路径,节约了蓄电池至UPS间的电力电缆,减少了电力传输线路上电能的损耗。
(5)DPS系统采用磷酸铁锂电池,其转换效率约为95%,而传统的UPS系统采用的铅酸蓄电池转换效率约为80%。因此,磷酸铁锂电池更加节能。
(6)磷酸铁锂电池相对于传统的铅酸电池,无酸雾溢出,不会对环境造成污染,非常环保。
DPS系统采用磷酸铁锂电池作为储能介质,旨在IDC机房中发挥磷酸铁锂电池在节能减排方面的优势,为IDC电源及储能领域提供新的模式。磷酸铁锂电池在IDC备电场景应用中,节能优势主要表现为以下三点:
(1)配置容量少
IDC机房的电源后备时间多为20～60min,对于储能电池属于1C～3C放电,在此放电倍率下,传统铅酸电池的放电能力减弱,实际放电容量大幅降低,需要2倍以上于正常配置的容量才能满足IDC机房的备电需要。而磷酸铁锂电池因其优秀的倍率放电能力,在1C～3C场景下放电效率均高于0.9,无需明显扩容使用。以30min备电要求为例,铁锂电池配置容量是铅酸电池配置容量的48.7%。
(2)转换效率高
磷酸铁锂电池在能量转化效率方面高达95%,而传统铅酸电池的能量转化效率仅为80%,高于铅酸电池15%。在同样的备电时间下(30min),结合铁锂电池倍率放电能力的优势(配置容量为铅酸电池的48.7%),铁锂电池的充电耗能是铅酸电池的41.2%,在IDC应用场景下充电耗能方面节能减排优势更加明显。
(3)自放电率低
磷酸铁锂电池的月自放电率仅为2%,相比传统铅酸电池4%的月自放电率,节省了2%的能量自损耗。在IDC场景应用下,结合倍率放电及转换效率的优势,铁锂电池在长期浮充耗能方面仅为铅酸电池的25.6%,大幅减少长期运营耗能。
1.3 DPS分散式供电与传统在线式UPS供电整体优势分析
(1) DPS供电分散至每个机柜,若出现故障,影响范围较传统UPS系统减少很多,安全性更高。
(2) DPS产品重量较轻,对建筑结构没有特殊要求,适用于各类通信机房。
(3) DPS产品由于采用后备式工作方式,且仅进行一次逆变,相对于UPS系统,减少了系统自损功耗,节约了大量电能,长期使用,电费节约非常可观。
(4)DPS系统对温度要求不高,工作温度范围较宽,自身散热较少,减少了空调的配置数量,节约了投资,减少了空调耗电。
(5)磷酸铁锂电池相对于传统的铅酸蓄电池转换效率高,自放电率低,体积小,重量轻,无污染。
(6)DPS系统安装方便,建设周期较短。且可进行分批建设,根据用户服务器进场时间分批开启设备,减少系统空载时间。
1.4 DPS的不足及小结
虽然DPS系统在系统整体效率、安全性、节能、占地面积等方面有着多项优势,但由于该技术市场应用时间较短,设备安全性、可靠性还有待时间的进一步考验,其主要不足如下:
(1)由于DPS单个模块目前市场上最大仅6kVA,对于功耗较大的机柜区,无法满足其使用需求。
(2)DPS设备重量不超过60kg,如果用这样的方法给高密度机柜(>5KW)机柜供电,那么每个机柜都要增加近60kg,机房的承重提高。所以DPS不适合高热密度机房。
(3)由于DPS模块设在机柜中,对于维护人员的要求会非常高,且维护人员必须进入机房区域方可操作,对于维护和使用操作人员要求分开作业的客户不愿意这样混在一起。
(4)由于DPS模块及蓄电池均设在机柜内,会有大量的电缆,对于桥架的需求也较大。
(5)由于蓄电池也设在机柜内,一般后备时间仅15分钟,无法满足需要更长后备时间客户的需求。
目前,该技术仅在北京地区的电信运营商试用了1～2年,运行状况较为良好。但相信在不久的将来,随着国家对节能的制度更加完善,要求更加严格,客户对机柜利用率的要求等,该技术一定会有较好的应用。
2 UPS和240V直流供电系统之间的比较
2.1 高压直流240V的概述
高压直流供电系统是相对于传统通信用一48V低电压直流供电系统而言的,所以从本质上讲其实还是属于低压供电系统,只是在直流供电系统中属于较高电压等级。
240V标准的提出主要是因为该电压等级的产品目前在国内运营商尤其是电信系统中应用较为广泛。究其原因,首先是电信运营商对节能比较重视,第二,他们敢于尝试采用新技术来达到提高供电可靠性和节能目的,再则现在电信系统所采用的服务器等设备均支持240V直流供电。
2.2 高压直流240V与传统UPS的对比
传统UPS系统的工作原理如图3所示。传统UPS系统需先经过交流/直流变换,再经过直流/交流变换的两个过程。其存在的问题如下:
(1)为解决单个UPS电源可靠性不高的问题,一般采用多个UPS并联冗余方式供电,大大增加了用户的成本。
(2)系统中存在两个谐波源,对电网和系统本身形成干扰、降低输入功率因数和利用率等。
(3)蓄电池位于UPS输入端,当UPS电源本身出现故障时,蓄电池的作用无法发挥。
(4)UPS电源中交流到直流的逆变环节是系统中成本最高、可靠性最低、耗能也最高的环节。
(5)UPS系统的效率较低、维护复杂、占地面积大。
1)高耗能:单机效率一般在60～0%,1+1并机冗余系统约为50%。
2)可靠性低:冗余技术可以使其UPS设备本身的可靠性大为提高。但就整个UPS供电系统而言,有很多不可备份的系统单点故障点,比如同步并机板、静态开关、输出切换开关等,这些单点故障点都可能导致整个通信系统“掉电”瘫痪。
3)维护、扩容难度大:UPS扩容涉及到电源的频率、电压、相序、相位、波形等问题,不像直流电源系统扩容只关注电压一个参数,所以每一次UPS在线扩容都是一次巨大的风险操作,甚至可能因为UPS制造商产品更新换代使得UPS扩容不可能,使得UPS单台故障时没有设备替换。
高压直流240V系统结构如图4所示,其工作原理如图5所示。
从图4和图5可以看出,能源仅经过AC/DC一次变换,不存在谐波电路,系统的输出采用直流系统总输出屏加电源头柜的二级配电架构,且其备用电源为电池,能直接保护负载,其负载供电可靠性取决于电池可靠性。而传统UPS其整流器输出接蓄电池组,蓄电池不能直接保护负载,负载供电可靠性取决于UPS系统可靠性。
2.3 240V高压直流系统的特点
(1)可靠性高
采用直流供电,蓄电池可以作为电源直接并联在负载端,当停电时,蓄电池的电能可以直接供给负载,确保供电的不间断。
不存在相位、相序、频率需同步的问题,系统结构简单很多,可靠性大大提高。
交流UPS系统虽然可以用提高冗余度来提高安全系数,但是由于涉及到同步问题,每个模块之间必须相互通信来保持同步,所以还是存在并机板的单点故障问题。而直流模块没有这些问题,即使脱离控制模块,只要保持输出电压稳定,也能并联输出电能。
(2)工作效率提高
直流电源模块的效率一般都在92%以上,即使模块使用率在40%,效率也可以达到91%。
(3)扩容维护方便
采用模块化结构,支持热插拔,只要预留好机架位置,维护扩容是非常方便的,而不必像UPS故障只能等待厂家人员到达。
(4)不存在“零地”电压等不明问题的干扰
因为是直流输入没有零线,因此也就不存在“零地”电压,避免了一些不明的故障,维护部门也无需再费时费力去地解决“零地”电压的问题。
2.4 传统UPS与高压直流240V工作效率对比(图6)
2.5 结论
(1) 240V直流系统供电与UPS交流供电相比,克服了UPS逆变器故障、并机控制设备故障等中断供电的隐患,系统简单可靠,操作、维护、扩容、改造方便。
(2)高频开关电源效率比UPS效率高,直流供电系统配置冗余比UPS配置冗余低,所以240V直流供电系统能耗低,比UPS供电系统节电25%以上。
(3)通信用240V直流供电系统在工程建设、维护上优于UPS系统,建设成本可降低20%以上。
(4)虽然240V直流供电系统有着种种优点,由于240V直流供电系统仅在电信运营商应用较多且已形成自己的行业标准,但政企、金融等行业对240V直流系统的认知度较低,同时由于政企行业的普通服务器设备有些不支持240V直流供电,所以在这些行业还没有采用,他们还是采取传统的UPS系统。随着技术的发展,相信未来可以大范围推广选择240V直流供电系统作为不间断供电电源,以达到更加节能的目标。
3 传统UPS和模块化UPS的比较
二者之间的比较见表1。由于模块化UPS模块之间能实现相互冗余备份,其占地面积小,整机效率高,可根据用户所需实际负载进行配置,可实现更为节能的效果。
4 结束语