UPS不間斷電源租賃出租賃服務(wù)成武數(shù)據(jù)中心
不間斷電源(UPS)是將蓄電池(多為鉛酸免維護(hù)蓄電池)與主機(jī)相連接，通過主機(jī)逆變器等模塊電路將直流電轉(zhuǎn)換成市電的系統(tǒng)設(shè)備。它主要用于給單臺(tái)計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或其他電力電子設(shè)備如電磁閥、壓力變送器等提供穩(wěn)定、不間斷的電力供應(yīng)，保證這些設(shè)備儀器的不間斷運(yùn)行，防止計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)丟失、通信網(wǎng)絡(luò)中斷或儀器失去控制。不間斷電源廣泛應(yīng)用于：礦山、航天、工業(yè)、通訊、國防、、計(jì)算機(jī)業(yè)務(wù)終端、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備、應(yīng)急照明系統(tǒng)、鐵路、航運(yùn)、交通、電廠、變電站、核電站、消防安全報(bào)警系統(tǒng)、無線通訊系統(tǒng)、程控交換機(jī)、移動(dòng)通訊、太陽能儲(chǔ)存能量轉(zhuǎn)換設(shè)備、控制設(shè)備及其緊急保護(hù)系統(tǒng)、個(gè)人計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域。
在變頻控制中，目前常用的是三相逆變橋，就像下面的圖中一樣。三相逆變橋中的U1,U2,V1,V2,W1,W2是控制6個(gè)IG的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；而三相逆變橋U,V,W分別接電機(jī)的三相繞組的引出端；三相逆變橋的工作原理這里簡(jiǎn)單介紹一下，逆變橋的上端接的是直流電壓的正端，下端接的是直流電壓的負(fù)端，這里該直流電壓為VDC。三相橋由三個(gè)橋臂組成，如上圖中U1,U2控制的IG組成一個(gè)橋臂；V1,V2控制的IG組成第二個(gè)橋臂；W1,VW2控制的IG組成第三個(gè)橋臂；所以當(dāng)U1是高電平，且U2是低電平時(shí)，上臂的IG開通，下臂的IG關(guān)斷，這樣的話電機(jī)的U相對(duì)逆變橋的負(fù)端電壓就約為該逆變橋的直流電壓值，即為VDC。
系統(tǒng)組成
典型的UPS系統(tǒng)框圖如圖1所示，它的基本結(jié)構(gòu)是一套將交流電變?yōu)橹绷麟姷恼髌骱统潆娖?，以及把直流電再變?yōu)榻涣麟姷哪孀兤?，電池在交流電正常供電時(shí)貯存能量且維持在一個(gè)正常的充電電壓上，一旦市電供電中斷時(shí)，蓄電池立即對(duì)逆變器供電以保證UPS電源交流輸出電壓。下面幾種簡(jiǎn)圖示意了UPS的各種工作情況(以在線式UPS電源為例)。
（1）市電在UPS所允許的范圍內(nèi)正常供電時(shí)，如圖2所示，粗線描繪了電源能量的流向。
（2）主電源故障即市電被切斷后，電源將瞬間改由逆變器提供能量如圖3所示。
（3）當(dāng)所帶負(fù)載過大或電源內(nèi)逆變器出現(xiàn)故障時(shí)，UPS將打開旁路由主電源直接供電，如圖4所示。
連接方式
（1）單臺(tái)UPS電源能夠供給全部負(fù)載，連接圖如系統(tǒng)的原理圖，連接方法較簡(jiǎn)單。
（2）總負(fù)載功率需要二臺(tái)或更多臺(tái)UPS電源供給，如圖5所示，這種連接方式稱作并聯(lián)無備份方式。
（3）二臺(tái)或二臺(tái)以上UPS電源其總?cè)荼蓉?fù)載總?cè)萘恳啵撓到y(tǒng)比負(fù)載總?cè)萘勘仨毝嘁慌_(tái)UPS電源的容量，任何一臺(tái)UPS電源故障時(shí)，其余仍能供給全部負(fù)載，如圖6所示。這種連接方式稱作并聯(lián)有備份方式。
（4）整個(gè)UPS電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，市電將UPS電源脫開，直接接通負(fù)載，且不影響UPS電源系統(tǒng)的維修，這種線路設(shè)計(jì)如圖7所示。
使用電阻，必須得知道如何認(rèn)識(shí)電阻的大小。每個(gè)電阻上都有色環(huán)，即根據(jù)色環(huán)法，來讀取電阻的大小。所謂的色環(huán)法就是用不同顏色的色標(biāo)來表示電阻參數(shù)。色環(huán)電阻有4個(gè)色環(huán)的，也有5個(gè)色環(huán)的，各個(gè)色環(huán)代表的意義如下表：根據(jù)電阻上的色環(huán)位置的不同，其代表的意義也不一樣。以五色環(huán)為例介紹每條色環(huán)的意義，如下圖所示：在設(shè)計(jì)電路中使用的是常見的5色環(huán)電阻，顏色分別是棕、黑、黑、棕、棕。第3條代表數(shù)值，分別代表的數(shù)值是0、0；第4條表示倍數(shù)，棕色為1倍；第5條代表誤差，棕色表示誤差范圍為+1%。
當(dāng)UPS電源系統(tǒng)無故障時(shí)，維修開關(guān)打開，輸入開關(guān)、輸出開關(guān)閉合；當(dāng)UPS電源系統(tǒng)故障時(shí)，維修開關(guān)閉合，輸入開關(guān)、輸出開關(guān)打開。這樣，保證了用電負(fù)載的正常工作，而又不影響對(duì)UPS電源系統(tǒng)故障的在線維修。
隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)電源的要求越來越高UPS日益受到重視，并逐漸發(fā)展成為一種具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、濾波、抗電磁和射頻干擾、防電壓沖浪等功能的電力保護(hù)系統(tǒng)。尤其是在電網(wǎng)的線路及供電質(zhì)量不太高、抗干擾的技術(shù)落后，同時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)電源的要求又比較高的情況下，UPS的作用就顯得更加明顯。
UPS的保護(hù)作用首先表現(xiàn)在對(duì)市電電源進(jìn)行穩(wěn)壓，UPS的輸入電壓范圍比較寬，一般情況是從170V到250V，而輸出電源的質(zhì)量是相當(dāng)高的，后備式的UPS輸出電壓在5%~8%，輸出頻率穩(wěn)定在1Hz；如圖1，在線式UPS輸出電壓穩(wěn)定在3%以內(nèi)，輸出頻率穩(wěn)定在0.5Hz。在市電正常時(shí)，UPS電源相當(dāng)于交流市電穩(wěn)壓器；同時(shí)市電對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，此時(shí)也相當(dāng)于充電器。在市電突然掉電的情況下，UPS自動(dòng)切換到蓄電池供電，使計(jì)算機(jī)維持正常工作，保護(hù)軟硬件不受損害。
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單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長(zhǎng)度便能確定下來（幾何尺寸）電流的選擇靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流（參考驅(qū)動(dòng)電源、及驅(qū)動(dòng)電壓）。選擇電機(jī)一般應(yīng)遵循以下步驟：力矩與功率換算進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下：其P為功率單位為瓦，Ω為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩單位為牛頓米P=2πfM/400（半步工作）其中f為每秒脈沖數(shù)（簡(jiǎn)稱PPS）。
UPS根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)IEC（電工委員會(huì)）按其結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理分為以下3類：
（1）被動(dòng)后備式UPS電源
指逆變器并聯(lián)連接在市電與負(fù)載之間僅簡(jiǎn)單地作為備用電源使用。此種UPS電源，在市電正常時(shí)，負(fù)載完全而且是直接地市電供電，逆變器不做任何電能變換，蓄電池由獨(dú)立的充電器供電；當(dāng)市電不正常時(shí)，負(fù)載完全由逆變器提供電能。 [5]
被動(dòng)后備式UPS具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格最廉等優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)用于某些非重要的負(fù)載使用，如家用計(jì)算機(jī)等。但市電斷電時(shí)，繼電器將逆變器切換至負(fù)載，切換時(shí)間較長(zhǎng)，一般需幾個(gè)毫秒的間斷，所以稍微重要的計(jì)算機(jī)設(shè)備不應(yīng)選用被動(dòng)后備式UPS電源。 [5]
（2）在線互動(dòng)式UPS電源
指逆變器并聯(lián)連接在市電與負(fù)載之間，起后備電源作用，同時(shí)逆變器作為充電器給蓄電池充電。通過逆變器的可逆運(yùn)行方式，與市電相互作用，因此被稱為互動(dòng)式。此種UPS電源，在市電正常時(shí)，負(fù)載由經(jīng)改良后的市電供電，同時(shí)逆變器作為充電器給蓄電池充電，此時(shí)逆變器起AC/DC變換器的作用；而當(dāng)市電故障時(shí)，負(fù)載完全由逆變器供電，此時(shí)，逆變器起DC/AC變換器的作用。 [5]
在線互動(dòng)式UPS具有結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、實(shí)施方便、且易于并聯(lián)、便于維護(hù)和維修、效率高、運(yùn)行費(fèi)用低、整機(jī)可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，性能滿足某些負(fù)載要求，特別適用于網(wǎng)絡(luò)中某些計(jì)算機(jī)設(shè)備采用分布式供電的系統(tǒng)。此種電源缺點(diǎn)是穩(wěn)壓性能不高，尤其動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度低，其次抗干擾能力不強(qiáng)，電路會(huì)產(chǎn)生諧波干擾和調(diào)制干擾。
（3）雙變換式UPS電源
指逆變器串聯(lián)連接在交流輸入與負(fù)載之間，電源通過逆變器連續(xù)地向負(fù)載供電。此種UPS電源其供電方式如下：市電正常時(shí)，市電經(jīng)過整流器、逆變器向負(fù)載供電；市電不正常時(shí)，由蓄電器經(jīng)逆變器向負(fù)載供電。
雙變換式UPS是UPS電源的主品，具有性能好、電壓穩(wěn)定度與頻率穩(wěn)定度高、功能強(qiáng)、具有熱備份連接和并聯(lián)冗余聯(lián)結(jié)的功能等優(yōu)點(diǎn)，其不足之處是當(dāng)容量少于10kVA以下，其整機(jī)效率不高，一般在85%左右。