浅谈弱电机房UPS电源设计

2016-03-28  来自: 微信公众号数据中心运维管理 浏览次数:520

机房的电源系统是机房中重要的一步,电力保障是工作的基础

UPS供电系统设计(烟台UPS电源设计2147001)
       建筑智能化系统的有效工作有赖于正常供电,尤其是机房不应停电,因为机房是智能大厦的首脑机关。众所周知,一台电脑正在工作时突然断电,就可能造成数据丢失。所以机房的电源系统很重要。对于智能大厦的一般配电系统,允许正常停电或事故停电,但对中央机房而言是不允许的。一般的解决办法是分为两部分,一是在前端交流电源引人两路市电,有条件时可加设发电机,成为多路供电,提高供电可靠性;二是在机房里设不间断电源UPS,附设一定的直流电池组作为后备电源,即可保证供电。前者是传统的提高供电可靠性方式,后者是近年来随着信息技术飞速发展而越来越广泛应用的方式。
       现有两种UPS供电方式可供选择。一为在线式,即UPS始终在供电状态,时刻都在工作着,UPS代替了市电为计算机网络设备供电。二为后备式,就是计算机网络设备平时供电依靠市电,只在市电停电时才立即转而由UPS供电。后备式供电有个过零问题,即当市电停电时,无论何种合闸方式,避免不了瞬间无电问题。市电是50HZ,奔腾ⅡPC是500MHZ以上,显然,在停电的一瞬间,电脑可能丢失数据。具体办法是分而治之:若系正常停电,事先必有通知,可提前将UPS 投入;若系故障(短路、接地)停电,因电感上电流不能跃变,电容上电压不能跃变,可将UPS的自动接入设定为小于跳闸电流值,即在电路断开前,UPS就已接入。
       UPS电源正向大功率、低噪音、智能化、网络化方向发展,而这正是中央机房所需要的。大功率的UPS电源(如20、30、60KVA及以上)多具有并机冗余功能,新出现的热插拔、模块化电池阵列进一步提高了供电可靠性。这因为“阵列结构”先前用于计算机网络的“磁盘阵列”时就证明有利于可靠性的提高。


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停电之后继续工作一段时间以使用户能够紧急存盘, 使您不致因停电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。从基本应用原理上讲,UPS 是一种含有储能装置,以逆变器为主要元件,稳压稳输出电源保护设备。主要由整流器、蓄电池、逆变器和静态开关等几部分组成。

1)整流器:整流器是一个整流装置,简单的说就是将交流(AC)转化为直流(DC)的装置。它有两个主要功能:,经交流电(AC)变成直流电(DC),经滤波后供给负载,或者供给逆变器;第二,给蓄电池提供充电电压。因此,它同时又起到一个充电器的作用;

2)蓄电池:烟台UPS配置电话:18660059163/蓄电池是 UPS 用来作为储存电能的装置,它由若干个电池串联而成,其容量大小决定了其维持放电(供电) 时间。 其主要功能是:1当市电正常时, 将电能转换成化学能储存在电池内部。2当市电故障时,将化学能转换成电能提供给逆变器或负载;

3)逆变器:通俗的讲,逆变器是一种将直流电(DC)转化为交流电(AC)的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成;

4)静态开关:静态开关又称静止开关,它是一种无触点开关,是用两个可控硅(SCR)反向并联组成一种交流开关,其闭合和断开由逻辑控制器控制。分为转换型和并机型两种。转换型开关主要用于两路电源供电的系统, 其作用是实现从一路到另一路的自动切换; 并机型开关主要用于并联逆变器与市电或多台逆变器。

UPS 类型(烟台UPS选择找专业UPS供应商--烟台力诺特05352147001)

UPS 电源按其工作原理可分为后备式、在线式以及在线互动式三种。

(1) 后备式 UPS

后备式 UPS:平时处于蓄电池充电状态, 在停电时逆变器紧急切换到工作状态, 将电池提供的直流电转变为稳定的交流电输出,因此后备式 UPS 也被称为离线式 UPS。后备式 UPS电源的优点是:运行效率高、噪音低、价格相对便宜,主要适用于市电波动不大,对供电质量要求不高的场合,比较适合家庭使用。然而这种 UPS 存在一个切换时间问题,因此不适合用在关键性的供电不能中断的场所。不过实际上这个切换时间很短,一般介于 2 至 10 毫秒,而计算机本身的交换式电源供应器在断电时应可维持 10 毫秒左右,所以个人计算机系统一般不会因为这个切换时间而出现问题。后备式 UPS 一般只能持续供电几分钟到几十分钟, 主要是让您有时间备份数据, 并尽快结束手头工作, 其价格也较低。 对不是太关键电脑应用,比如个人家庭用户,就可配小功率后备式 UPS。

(2) 在线式 UPS(烟台UPS)

在线式 UPS: 这种 UPS 一直使其逆变器处于工作状态,它首先通过电路将外部交流电转变为直流电,再通过高质量的逆变器将直流电转换为高质量正弦波交流电输出给计算机。在线式 UPS 在供电状况下主要功能是稳压及防止电波干扰;在停电时则使用备用直流电源(蓄电池组)给逆变器供电。 由于逆变器一直在工作,因此不存在切换时间问题, 适用于对电源有严格要求的场合。在线式 UPS 不同于后备式一大优点是供电持续长,一般为几个小时, 也有大到十几个小时的, 它的主要功能是可以让您在停电的情况可像平常一样工作,显然,由于其功能的特殊,价格也明显要贵一大截。这种在线式 UPS 比较适用于计算机、银行、证券、通信、医疗、工业控制等行业,因为这些领域电脑一般不允许出现停电现象。

(3) 在线互动式 UPS

在线互动式 UPS:这是一种智能化的 UPS,所谓在线互动式 UPS,是指在输入市电正常时,UPS 的逆变器处于反向工作(即整流工作状态) ,给电池组充电;在市电异常时逆变器立刻转为逆变工作状态,将电池组电能转换为交流电输出,因此在线互动式UPS 也有转换时间。同后备式 UPS 相比,在线互动式 UPS 保护功能较强,逆变器输出电压波形较好,一般为正弦波,而其优点是具有较强的软件功能,可以方便地上网, 进行 UPS 的远程控制和智能化管理。可自动侦测外部输入电压是否处于正常范围之内,如有偏差可由稳压电路升压或降压,提供比较稳定正弦波输出电压。而且它与计算机之间可以通过数据接口(如 RS-232 串口)进行数据通讯,通过,用户可直接从电脑屏幕上监控电源及 UPS 状况,简化、方便管理工作,并可提高计算机系统的可靠性。这种 UPS 集中了后备式 UPS 效率高和在线式 UPS 供电质量高的优点,但其稳频特性能不是十分理想,不适合做常延时的 UPS 电源


从下面了解各种UPS电源对市电的解决能力


从备用时间分,UPS 分为标准型和长效型两种。

一般来说,标准型机内带有电池组,在停电后可以维持较短时间的供电(一般不超过25 分钟);长效型机内不带电池,但增加了充电器,用户可以根据自身需要配接多组电池以延长供电时间,厂商在设计时会加大充电器容量或加装并联的充电器。

此外,UPS 的分类还有其他一些简单的分类,比如从组成原理分为旋转型 UPS 和静止型UPS;从应用领域分为商业用 UPS 和工业用 UPS;从输出电压的相数分为单相 UPS 和三相 UPS;从容量分为大容量 UPS (大于 100KVA)、中容量 UPS (10-100 KVA)和小容量UPS(小于 10 KVA)。

额定容量

UPS 的额定容量是指 UPS 的标准输出功率(电压 V 和电流 A 的乘积)。

通常市场上所售的 UPS 电源,容量较小以“W” (瓦特)为单位来标识;超过 1 千瓦时,用“VA”(伏安)标识,“W”与“VA”值是有区别。这就要求我们必须区别具体情况来选择UPS。一般来讲, 1 千瓦以内的小容量 UPS 一般都用“W”表示容量, 容量在 1KVA~500KVA的 UPS 都用 VA 而不是 W 来表示容量。
事实上, “W”总是小于等于“VA”。它们之间的换算关系可用如下公式计算出来: W = VA×功率因数。功率因数在 0~1 之间,它表示了负载电流做的有用功(W)的百分比。只有电热器或电灯泡等的功率因数为 1。对于其他设备来说,有一部分负载没有作功。这部分电流是谐波或电抗电流,它是负载特性引起。由于有这部分电流,所以“ VA”值比“W”值大,在功率因数为 1 时,“W”和“VA”值相同。
那么在我们为计算机等设备选配 UPS 电源时,怎样选择合适的 UPS 容量?若选择不当,通常会出现以下两种情况,一是容量过小,即所谓小马拉大车,很可能会造成设备损坏;另一种情况是容量过大,造成资金的浪费。因此,正确地选择 UPS 的容量对网络管理人员来说是一件重要的事情。
一般来讲,UPS 在容量选择应考虑以下因素:

1、实际负载情况:P=∑Pi/f

即实际所有负载的总和∑Pi,再除以功率因数 f,f=0.6~0.8,即可得到实际负载容量 P。

2、预留扩容:

考虑到业务发展的可能,在不大量追加投资情况下,增加 UPS 输出容量,这可通过两种途径实现:
A:选择可以实现现场扩容的 UPS 产品,如现在市面上销售的模块化 UPS 产品。
B:提前购买大容量 UPS,但需提前投入大量的资金。

输出电压

UPS 输出电压是指市电经过 UPS 整形、滤波、稳压等一系列措施后输出的供电脑等负载设备使用电压。 这种电压一般都比市电电压干净, 没有杂质讯号。 通常 UPS 的输出交流电压应该稳定在 220V,不能有过多偏差。

输出电压频率

一般电网标准频率是 50Hz(赫兹)或者 60Hz(赫兹) ,UPS 允许市电频率有一定的变化范围,在这个范围内,UPS 同步跟踪市电频率,超出则以本机频率输出。这个实际输出的频率就是输出电压频率。

输入电压范围

UPS 的输入电压范围, 即 UPS 允许市电电压的变化范围,也就是保证 UPS 不转入电池逆变供电的市电电压范围。范围越大说明 UPS 适应性越好。一般 UPS 的输入电压范围应该在160V~270V 之间或者更宽。
在正常的输入电压范围内,逆变器(负载)电流由市电提供,而不是电池提供。输入电压范围越宽,UPS 电池放电的可能性越小,故电池的寿命就相对延长。因为当地的电压波动情况直接影响 UPS 的运行, 特别是有些地区电网比较恶劣, 白天和晚上电压相差很大。如果 UPS 要 24 小时工作,在如此大的变化范围里,UPS 能否工作至关重要。如不能工作,只有转电池, 这样一则电池并没有用于真正断电,二则频繁转电池会影响电池的寿命。 如果该 UPS 的转电池装置为继电器, 则对继电器损坏特别严重, 大大增加了 UPS 的故障率。
当 UPS 电源以市电供电方式工作过程中,如果输入交流电源电压高于输入电压上限和低于输入电压下限时,UPS 将断开输入交流电源,而切换到电池供电方式。开机输入电压范围和输入电压范围,反映了 UPS 电源对电网电压变化的适应能力,开机输入电压范围和输入电压范围越宽表示机器对电网电压的波动变化适应能力越强。

转换时间

UPS 的转换时间是指 UPS 从市电切换到电池状态或从电池状态切换到市电所需要的时间。通常 UPS 的转换时间不能大于 10ms(毫秒) 。
UPS 的转换时间指标希望是越小越好,但有些容性负载可以承受短时间的转换,UPS如采用电器则存在 4~10ms 的转换时间,对采用电子开关则小一些,关键是看该 UPS 采用何种技术。 通常我们认为后备式与在线互动式有转换时间, 在线式 UPS 则不存在转换时间,即零转换时间。
对于家庭个人使用或 SOHO 小型办公应用来讲,建议购买具有转换时间的后备式 UPS(不要大于 10ms) ,比较合算;而对于银行、证券或大企业等重要型工作,则建议购买零转换时间的在线式 UPS。

 

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