什麼是UPS?UPS有哪些分類?如何計算選型,滿足實際需求?

一、什麼UPS?

這裡的UPS可不是物流那個UPS喲,這裡的UPS是指不間斷電源系統,是將蓄電池(多為鉛酸免維護蓄電池)與主機相連接,通過主機逆變器等模塊電路將直流電轉換成市電的系統設備。主要用於給單臺計算機、計算機網絡系統或其它電力電子設備如電磁閥、壓力變送器等提供穩定、不間斷的電力供應。當市電輸入正常時,UPS 將市電穩壓後供應給負載使用,此時的UPS就是一臺交流式電穩壓器,同時它還向機內電池充電;當市電中斷(事故停電)時, UPS 立即將電池的直流電能,通過逆變器切換轉換的方法向負載繼續供應220V交流電,使負載維持正常工作並保護負載軟、硬件不受損壞。UPS 設備通常對電壓過高或電壓過低都能提供保護。工作原理圖如下:

什麼是UPS?UPS有哪些分類?如何計算選型,滿足實際需求?

圖1:UPS工作原理圖

二、UPS有哪些分類

UPS可以分為在線式、後備式以及在線互動式。它們有何區別呢?

1、在線式

當市電正常供電時,市電經濾波迴路及突波吸收回路後,分為兩個迴路同時動作,其一是經由充電迴路對電池組充電,另一個則是經整流回路,作為變流器的輸入,再經過變流器的轉換提供淨化過的交流電力給負載使用;此時若市電發生異常,則變流器的輸入則改由電池組來供應,變流器持續提供電力,達到完全不斷電。由此可知,在線式不斷電系統的輸出完全由變流器來供應,不論市電電力品質如何,其輸出均是穩定且純淨的正弦波電源。如華為在線式UPS2000-G系列、在線式UPS5000-A系列;山特城堡C6-10K、城堡3C3 EX 20-80K等。

2、後備式

當市電正常供電時,直接供應給負載使用,在此同時有一回路經充電迴路對電池組充電。此時若市電的電壓不穩定或市電發生異常,則UPS內部會切換到變流器,由變流器提供穩定的電力給負載使用,大部份此類產品的輸出波形皆為方波或階梯波,亦適用於計算機之電源。如:MT500/1000 PRO、TG1000/500;科士達YDE2000系列等。

3、在線互動式

UPS除了“在線式”和“後備式”兩種類型外,還有一種稱為在線互動式(Line-Interactive),如山特的Inter系列和APC的SU系列。所謂在線互動式UPS,是指在輸入市電正常時,UPS的逆變器處於反向工作給電池組充電,在市電異常時逆變器立刻投入逆變工作,將電池組電壓轉換為交流電輸出,因此在線互動式UPS也有轉換時間。同後備式UPS相比,在線互動UPS的保護功能較強,逆變器輸出電壓波形較好,一般為正弦波,而其最大的優點是具有較強的軟件功能,如APC的SMART系列UPS隨機帶有監控軟件,可以方便的上網進行UPS的遠程控制和智能化管理。

三、UPS的選型以及計算

什麼是UPS?UPS有哪些分類?如何計算選型,滿足實際需求?

主機

UPS廠商很多,比如華為、山特、伊頓、APC、科士達、艾默生、西門子等。UPS系統選型包括:主機、電池,當然有電池也需要電池櫃。對主機來講,只需要按照自己的負載情況,再按照一定擴展容量、輸入輸出是單相還是三相,直接選型即可。電池的選擇,需要通過計算來選。電池的計算需要知道:要求的支持的時間、電池的電壓。比如:山特在線式C-3KS主機,他的電池電壓為96VDC。

什麼是UPS?UPS有哪些分類?如何計算選型,滿足實際需求?

電池

使用的電池,均為蓄電池,生產的廠家很多,如科華、松下、山特、科士達等。規格也很多,有12V24AH、12V38AH、12V65AH、12V100AH等,通過計算結果來選擇電池規格。

1、計算的基本公式

負載的有功功率×支持時間 = 電池放出容量×電池電壓×UPS逆變效率

其中:負載的有功功率 = 負載總功率×負載的功率因數

UPS逆變效率≈0.9

電池放出容量 = 電池標稱容量×電池放電效率

電池放電效率與放電電流或放電時間有關,可參照下表確定:

放電電流 2C 1C 0.6C 0.4C 0.2C 0.1C 0.05C

放電時間 12min 30min 1h 2h 4h 9h 20h

放電效率 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

2、舉例:負載總功率3000VA,負載功率因數0.7,UPS電池電壓96V,要求支持時間1小時,求應選用的電池容量。

3000(VA)×0.7×1(h) =電池放出容量 ×96×0.9

計算得出:電池放出容量= 24.3(Ah)

電池標稱容量 = 24.3/0.6 = 40.5(Ah)

結果:可選用38Ah 的電池12V/38Ah 電池8塊

說明:在某些大容量UPS中,可能需要將蓄電池分組。

例如:一臺山特40KVA UPS電源,直流電壓為384V,每組為12V 電池32 節,如果後備時間要求2 小時,則計算電池的容量為:40000VA*2H/(0.7*384V)=297AH,所以選擇3組100AH電池,共96 節。


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