- 金武士
- 型號(hào): PH12-12
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UPS蓄電池的測(cè)試、使用和維護(hù)_電路圖UPS蓄電池在UPS電源設(shè)備中占有十分重要的地位.目前,中小型UPS電源中廣泛使用的免維護(hù)密封式鉛酸蓄電池,占據(jù)UPS電源總成本的1/4~1/2之多。不僅如此,實(shí)際維修也表明,約有50%以上的UPS電源故障與UPS蓄電池有關(guān)。無(wú)論作為UPS故障的起因還是結(jié)果,UPS蓄電池的失效都會(huì)直接表現(xiàn)為內(nèi)阻增大、端電壓不夠、容量不足或瞬間放電電流不滿(mǎn)足帶載啟動(dòng)要求等。因此,在使用和維修UPS電源時(shí),正確認(rèn)識(shí)UPS蓄電池、科學(xué)使用UPS蓄電池、掌握測(cè)試和挑選UPS蓄電池的方法就顯得尤其重要(為說(shuō)明問(wèn)題方便,UPS蓄電池簡(jiǎn)稱(chēng)為電池。)
一、UPS蓄電池的主要技術(shù)指標(biāo)
在衡量UPS電池的指標(biāo)中,電池的額定電壓和額定容量是兩個(gè)常用的技術(shù)指標(biāo)。例如,日本湯淺NP6—12型蓄電池的額定電壓為12V,額定容量是6Ah/20h;德國(guó)陽(yáng)光A406/165型蓄電池的額定電壓為6V,額定容量是165Ah/20h。
電池的容量是指充足電的電池放電到終止電壓時(shí)輸出的電量。在恒流放電的情況下,容量 Q=It? 式中 Q——電池放出的電量,Ah; ?
I——放電電流,A; ?
t——放電時(shí)間,h。
所謂終止電壓指電池低于這一規(guī)定的電壓時(shí),電池就無(wú)法正常工作的電壓。換言之,電池在低于終止電壓的情況下繼續(xù)放電使用,可能會(huì)造成電池永久性損壞。電池的額定容量或標(biāo)稱(chēng)容量用字母C表示。例如,額定容量為6Ah的電池,C=6Ah;額定容量為24Ah的電池,C=24Ah。
容量的概念實(shí)質(zhì)是電池能量轉(zhuǎn)化的表示方式。例如,考慮到電池的端電壓E=12V在實(shí)際使用時(shí)保持近乎不變的事實(shí)及輸出能量表達(dá)式W(t)=IVt=IEt,因此,6Ah從能量效果的角度,可理解為NP6—12型蓄電池在保持端電壓不變的情況下釋放能量,若以6A電流放電可釋放1h或以1A的電流放電6h。
二、放電制與放電速率
在研究電池時(shí),常常規(guī)定統(tǒng)一的放電時(shí)間,稱(chēng)為放電制。利用給出的放電制就能通過(guò)額定的容量求出放電電流。放電電流(A)=電池的額定容量(Ah)/放電制時(shí)間(h) ,為了對(duì)容量不同的電池進(jìn)行比較,放電電流不用絕對(duì)值(安培)表示,而用額定容量C與放電制時(shí)間的比來(lái)表示,稱(chēng)作放電速率或放電倍率。20h制的放電速率就是C/20=0.05C,單位為A。
因此,上述NP6—12型電池的容量指標(biāo)6Ah是在20h制的放電速率,即0.05C放電速率下測(cè)定的。對(duì)于NP6—12型電池,0.05C等于0.3A的電流。
三、測(cè)試UPS蓄電池
測(cè)試UPS電池的目的是確定該電池是否滿(mǎn)足UPS電源的使用要求。這在更換UPS電池和判定原有UPS電池是否失效時(shí)是必須的。
在實(shí)際維修UPS時(shí),一般的UPS電源對(duì)電池的要求:滿(mǎn)足原來(lái)使用電池的端電壓;電池應(yīng)具有在啟動(dòng)放電瞬間就能輸出大電流的特性;滿(mǎn)足一定容量和內(nèi)阻,以保證逆變供電的時(shí)間。
從以上UPS電源對(duì)電池的要求可見(jiàn),單憑測(cè)量UPS電池的端電壓是不能確定電池好壞的。
1.測(cè)量UPS電池的端電壓
(1)離線測(cè)量電池的端電壓
離線測(cè)量電池的端電壓是指電池在脫離原連接線路的情況下,使用萬(wàn)用表的DC電壓檔或電壓表直接測(cè)量電池兩端的電壓。被測(cè)電池端電壓為12V左右,最低不能低于10.5V。不足10.5V的電池即為欠壓或可能已失效的電池。若這種電池在經(jīng)過(guò)充電或激活充電后端電壓仍達(dá)不到12V,即為失效電池。
(2)在線測(cè)量電池的端電壓
在線測(cè)量電池的端電壓是指在UPS電源工作的情況下,使用萬(wàn)用表的DC電壓檔或電壓表測(cè)量電池兩端的電壓。市電供電狀態(tài)的UPS,由于電池處于充電狀態(tài),端電壓大于12V。當(dāng)電池的端電壓下降到10.5V時(shí),正常的UPS電源會(huì)啟動(dòng)機(jī)內(nèi)的電池欠壓自動(dòng)保護(hù)電路,使UPS進(jìn)入既無(wú)市電供電又無(wú)逆變供電的保護(hù)狀態(tài)。
2.測(cè)試UPS電池是否具有啟動(dòng)瞬間輸出大電流的特性
后備式UPS電源由市電供電向逆變供電的切換時(shí)間要求小于7ms,一般設(shè)計(jì)為4~5ms左右。這就是說(shuō),一旦市電供電中斷,UPS電池必須在小于4~5ms時(shí)間內(nèi)輸出負(fù)載所需的電流。有些失效的電池能夠滿(mǎn)足端電壓和容量的要求,但不能在少于4~5ms內(nèi)放電電流達(dá)到大電流的要求。由這種電池造成的UPS故障表現(xiàn)為:UPS在空載或輕載時(shí)能逆變切換成功,增大到正常負(fù)載時(shí)逆變失敗。
3.判別UPS電池的內(nèi)阻和容量
質(zhì)量良好的UPS電池內(nèi)阻在20~30mΩ左右,當(dāng)內(nèi)阻超過(guò)80mΩ時(shí),需要對(duì)電池做均衡充電處理或活化處理。電池內(nèi)阻的增大,必然伴隨實(shí)際輸出能量的降低,從而表現(xiàn)為電池的容量減小。此外,還有造成電池的容量減小其他因素,如電解液損失等。
測(cè)試電池內(nèi)阻是否增大,決不可用萬(wàn)用表的電阻檔直接測(cè)量,應(yīng)采用間接測(cè)量計(jì)算的方法,實(shí)際維修時(shí)可用如下簡(jiǎn)單方法判別電池的內(nèi)阻是否增大:
用一節(jié)好的電池和一節(jié)懷疑內(nèi)阻增大的電池做串聯(lián)充電實(shí)驗(yàn)(如在500VA的UPS中兩節(jié)12V電池串聯(lián)使用)。在充電過(guò)程中同時(shí)測(cè)量對(duì)比兩節(jié)電池的端電壓,內(nèi)阻增大的電池獲得的充電電壓比好電池高,充電電壓差別大小反映出內(nèi)阻差別的程度。
若電池僅僅是容量不足,則主要表現(xiàn)為UPS可逆變供電的時(shí)間縮短,而UPS的帶載能力、市電供電與逆變供電之間的切換等都不受影響。
四、科學(xué)使用UPS蓄電池
科學(xué)使用UPS電池就是要明確電池的正確使用方法,延長(zhǎng)電池的壽命,使之發(fā)揮最大的作用。
1.控制好充電電壓,防止過(guò)壓充電
對(duì)于端電壓為12V的電池,正常的浮充電壓在13.5~13.8V之間。浮充電壓過(guò)低,電池充不滿(mǎn),浮充電壓過(guò)高,會(huì)造成過(guò)壓充電。當(dāng)浮充電壓超過(guò)14V時(shí),即認(rèn)為是過(guò)壓充電。過(guò)壓充電會(huì)導(dǎo)致電解液中的水被分離成氫和氧氣而溢出,使電池的壽命縮短。
2.控制好充電電流,防止過(guò)流充電
理想的充電電流應(yīng)采用分階段定流充電的方式,即在充電初期采用較大的電流,充電一定時(shí)間后,改為較小的電流,至充電末期改用更小的電流。充電電流的設(shè)計(jì)一般為0.1C,當(dāng)充電電流超過(guò)0.3C時(shí)可認(rèn)為是過(guò)流充電。過(guò)流充電會(huì)導(dǎo)致電池極板彎曲,活性物質(zhì)脫落,使電池?fù)p壞。?
3.防止UPS電池過(guò)流放電
電池實(shí)際放出的容量與放電電流有關(guān)。放電電流越大,電池的效率越低。例如,12V/24Ah的電池當(dāng)放電電流為0.4C時(shí),放電至終止電壓的時(shí)間是1小時(shí)50分,實(shí)際輸出容量17.6Ah,效率為73.3%。當(dāng)放電電流為7C時(shí),放電至終止電壓的時(shí)間僅為20s,實(shí)際輸出容量0.93Ah,效率為3.9%。所以應(yīng)避免大電流放電,提高電池的效率。一般電路設(shè)計(jì)和用戶(hù)選擇負(fù)載,都要保護(hù)UPS電池逆變放電電流不超過(guò)2C。
4.防止UPS電池深度放電 盡管小電流放電,能提高電池的效率,但是當(dāng)用極小電流(小于0.05C)長(zhǎng)時(shí)間放電時(shí),將導(dǎo)致電池實(shí)際放出容量超過(guò)其額定容量,從而造成電池嚴(yán)重的深度放電。按廠家的數(shù)據(jù),當(dāng)電池放電深度為100%時(shí),電池實(shí)際使用壽命約為200~250次充放電循環(huán);放電深度為50%時(shí),約為500~600次充放電循環(huán)。因此,在使用UPS時(shí),既要避免重載過(guò)流放電,又要避免長(zhǎng)時(shí)間輕載逆變?cè)斐呻姵厣疃确烹姟?span id="dd5dd35d9ddd" class="Apple-converted-space">
5.定期操作UPS
市電長(zhǎng)期不停的地區(qū),用戶(hù)要每隔一定時(shí)間,例如3個(gè)月,人為關(guān)斷UPS交流輸入,使用UPS電池逆變供電。這種定期的實(shí)驗(yàn)操作,有助于延長(zhǎng)電池壽命。一般正常使用的UPS,其電池壽命不超過(guò)5年。
五、維護(hù)UPS電池的技巧與方法
UPS電池一般為免維護(hù)蓄電池,但在有些情況下維護(hù)UPS電池是十分必要的,且有實(shí)際意義。
1.欠壓電池的充電技巧
有些UPS電池欠壓是由于UPS逆變器末級(jí)驅(qū)動(dòng)電路損壞,造成電池放電所致。若在修好電路故障后,及時(shí)將電池接入原電路充電,仍然會(huì)使電池復(fù)好如初。問(wèn)題在于,欠壓的電池?zé)o法使UPS啟動(dòng)成功,即切換到市電(充電)狀態(tài)。此時(shí),可用如下辦法解決:
(1)先用好的電池將UPS啟動(dòng)到市電狀態(tài)后,再撤掉好電池?fù)Q上待充電的欠壓電池。注意:調(diào)換電池時(shí),要求UPS空載運(yùn)行。一般UPS進(jìn)入市電狀態(tài)后,只要保持輸入市電正常,撤掉電池不會(huì)影響市電供電狀態(tài)。
(2)將欠壓的電池先充電到10.5V以上,再接入原UPS電路,便可使UPS成功啟動(dòng)。給欠壓的電池充電,可利用微機(jī)電源中的+12V電源給電池直接充電。充電中注意觀察充電電流,根據(jù)測(cè)出的實(shí)際充電電流,以確定是否加限流電阻。
2.電池的活化處理
活化處理是指對(duì)電池的均衡充電。下列幾種情況都會(huì)導(dǎo)致電池的內(nèi)阻增大、端電壓太低或容量減小,這些電池需要通過(guò)均衡充電來(lái)恢復(fù)其原有的性能指標(biāo)。
(1)長(zhǎng)時(shí)間放置不用,超過(guò)靜態(tài)存儲(chǔ)時(shí)間的電池。常溫環(huán)境,一般UPS電池的靜態(tài)存儲(chǔ)時(shí)間為9個(gè)月。當(dāng)溫度為31~40℃時(shí),靜態(tài)存儲(chǔ)時(shí)間為5個(gè)月。
(2)放電后未能及時(shí)充電的電池。
(3)長(zhǎng)期工作于浮充狀態(tài)(即UPS長(zhǎng)期工作于市電狀態(tài))并超過(guò)靜態(tài)存儲(chǔ)時(shí)間。
(4)不慎放電,將電池端電壓放至低于終止電壓。均衡充電電流一般選0.3C或略小于0.3C。額定電壓為12V的電池,均衡充電電壓一般選14.5V。沒(méi)有專(zhuān)用充電器的用戶(hù),可參考上述數(shù)據(jù)搭接出復(fù)活舊電池所需的電路。1 傳統(tǒng)UPS供電系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題
圖1給出了傳統(tǒng)UPS的典型架構(gòu)和工作狀態(tài)。從圖1可以看出傳統(tǒng)UPS是如何工作的,必然存在的固有問(wèn)題,已經(jīng)做過(guò)的和正在做的技術(shù)改進(jìn)或補(bǔ)救措施。
(1) 傳統(tǒng)UPS供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
?、倬哂胁煌k姽╇姽δ艿腢PS設(shè)備配置在交流供電系統(tǒng)中;
?、谶x用直流電池做備用能源,電池需要AC/DC變換充電和DC/AC變換供電;
?、勰茉炊啻巫儞Q:UPS設(shè)備AC/DC和DC/AC兩次變換,還包括IT設(shè)備內(nèi)部開(kāi)關(guān)電源的AC/DC和DC/DC兩次變換;
?、軆蓚€(gè)諧波電流源:UPS設(shè)備AC/DC變換和IT設(shè)備開(kāi)關(guān)電源AC/DC變換;
?、萁涣鬏斎肽茉春蛡溆媚茉?電池)都要經(jīng)過(guò)UPS向負(fù)載供電,其供電可靠性取決于UPS系統(tǒng)可靠性;
?、尴到y(tǒng)復(fù)雜,維護(hù)難度大,存在多環(huán)節(jié)串聯(lián)形成單路徑故障點(diǎn),可靠性差。
(2) 當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r
從當(dāng)前用戶(hù)關(guān)注的焦點(diǎn)和UPS廠家技術(shù)改進(jìn)的重點(diǎn)來(lái)看,要解決的問(wèn)題和技術(shù)措施歸納起來(lái)有以下三點(diǎn):
?、?提高系統(tǒng)可用性
•提高設(shè)備可靠性;
•增大成本,對(duì)設(shè)備采用冗余配置,使其有容錯(cuò)功能;
•對(duì)系統(tǒng)采用雙總線冗余配置,不但UPS有容錯(cuò)功能,還可最大限度地減少整個(gè)系統(tǒng)的單路徑故障點(diǎn);
•配置模塊化UPS,有冗余功能,并大幅度降低故障修復(fù)時(shí)間;
•提高設(shè)備智能監(jiān)測(cè)和管理功能,便于維護(hù),提前消除潛在的故障隱患;
•采用集成化系統(tǒng)設(shè)計(jì),解決系統(tǒng)中各類(lèi)設(shè)備阻抗和連接方式的匹配問(wèn)題,提高系統(tǒng)集中管理功能,并最大限度地減少安裝和維護(hù)中的人為錯(cuò)誤。
?、谝种葡到y(tǒng)中諧波電流的產(chǎn)生及其治理問(wèn)題
•加大零線規(guī)格和前端設(shè)備(變壓器、油機(jī)、配電開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等)容量,以便降低諧波電流的影響;
•6脈沖整流前加5次無(wú)源濾波器,PF=0.9,THD≤20%;
•輸入改為12脈沖整流+11次無(wú)源濾波器,PF=0.95,THD≤10%;
•6脈沖整流前加有源濾波器,輸入電流成正弦波,PF=0.99,THD≤5%;
•輸入改為PFC高頻整流,PF=0.99,THD≤5%;
•要求負(fù)載(IT設(shè)備)輸入開(kāi)關(guān)電源采用PFC整流。
以上這些技術(shù)改進(jìn)措施,還可以分為UPS設(shè)備和系統(tǒng)方案配置兩個(gè)方面,如表1所示
(3 )當(dāng)前UPS供電系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問(wèn)題
傳統(tǒng)UPS存在的問(wèn)題,可綜合歸類(lèi)于以下六個(gè)方面:
?、傧到y(tǒng)可靠性
系統(tǒng)復(fù)雜、單路徑故障點(diǎn)多、設(shè)備可靠性差、維護(hù)難度大等;
?、谙到y(tǒng)電流諧波*
系統(tǒng)中存在兩個(gè)諧波源,對(duì)電網(wǎng)和系統(tǒng)本身形成*、降低輸入功率因數(shù)和能源利用率、對(duì)地線系統(tǒng)提出苛刻要求等;
?、巯到y(tǒng)成本和能源消耗
兩次轉(zhuǎn)換效率低、系統(tǒng)復(fù)雜提高購(gòu)置和運(yùn)行成本、電流諧波大增加濾波設(shè)備、輸入功率因數(shù)的低而降低了系統(tǒng)設(shè)備容量利用率;
?、芟到y(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化
系統(tǒng)復(fù)雜為標(biāo)準(zhǔn)化帶來(lái)困難,系統(tǒng)設(shè)計(jì)建造停留在手工業(yè)階段;
?、菹到y(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性
計(jì)劃容量一次性投入、難以變更和擴(kuò)展,縮短了生命周期;
?、尴到y(tǒng)使用維護(hù)難度
要求較高的維護(hù)水平,多供應(yīng)商和非標(biāo)準(zhǔn)化使故障修復(fù)困難;
(4)值得思考的問(wèn)題
?、俟╇娤到y(tǒng)的現(xiàn)狀和趨勢(shì)是,系統(tǒng)不斷復(fù)雜化;設(shè)備堆積、結(jié)構(gòu)臃腫;成本不斷攀升;效率難以再有效提高;系統(tǒng)構(gòu)成五花八門(mén),難以標(biāo)準(zhǔn)化。
?、谙到y(tǒng)可靠性問(wèn)題的存在,是因?yàn)閁PS設(shè)備本身的可靠性不高;
?、弁ㄟ^(guò)方案設(shè)計(jì)和智能管理提高可用性還有多大潛力?
④系統(tǒng)中的諧波是負(fù)載和UPS設(shè)備自身產(chǎn)生的;
?、菹到y(tǒng)復(fù)雜性和設(shè)備容量利用率低下,造成了系統(tǒng)能源效率難以有效提高。傳統(tǒng)UPS設(shè)備在滿(mǎn)載時(shí)可達(dá)92%以上,在系統(tǒng)中實(shí)際的工作效率在85%~90%,而整個(gè)供電系統(tǒng)效率為75%~80%;
?、蘧S護(hù)難度增加,原因是系統(tǒng)復(fù)雜、可靠性差、沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化。
2 傳統(tǒng)UPS供電系統(tǒng)的能源架構(gòu)的形成
談到不停電供電系統(tǒng),最重要的條件是必須具備兩種能源:
?、僦鞴╇娔茉?通常是市電電網(wǎng);
?、趥溆媚茉?通常包括交流備用能源—發(fā)電機(jī)和直流過(guò)渡備用能源—蓄電池。
任何供電方案的形成,從根本上講是由兩種能源的特性和配置方法決定的。因此,在我們討論一個(gè)方案的優(yōu)劣和探討可能的變革時(shí),也必須從能源類(lèi)型的選擇和配置方法入手。
(1)對(duì)傳統(tǒng)UPS供電系統(tǒng)進(jìn)行改革的思考
談到傳統(tǒng)UPS的技術(shù)進(jìn)步和變革,通常是指設(shè)備功能和電路技術(shù)的進(jìn)步、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的進(jìn)步、新設(shè)備的應(yīng)用和系統(tǒng)方案的改革。
但是,以下四個(gè)問(wèn)題是傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)難以解決的固有問(wèn)題,使任何技術(shù)進(jìn)步和改革都會(huì)遇到不可逾越的障礙:
?、賃PS供電系統(tǒng)可靠性差的主要原因是UPS設(shè)備可靠性差,前面講的所有提高系統(tǒng)可靠性措施主要是針對(duì)UPS設(shè)備的,UPS的AC/DC和DC/AC變換是整個(gè)供電系統(tǒng)中可靠性最薄弱的環(huán)節(jié);
?、贏C/DC和DC/AC雙轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)形式形成對(duì)提高系統(tǒng)效率改革的制約,AC/DC和DC/AC變換運(yùn)行效率難以再提高。提高可用性需要冗余并機(jī)系統(tǒng),使供電系統(tǒng)設(shè)備容量利用率低于40%。設(shè)備容量利用率在20%~30%情況下,整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行效率會(huì)降到80%以下;
?、跘C/DC和DC/AC雙轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)形式形成對(duì)提高可靠性改革的制約,AC/DC和DC/AC變換決定了UPS設(shè)備和系統(tǒng)的復(fù)雜性,已經(jīng)采用過(guò)的各種技術(shù)措施在降低復(fù)雜性方面都沒(méi)有明顯的成效,甚至技術(shù)越進(jìn)步,系統(tǒng)越復(fù)雜,進(jìn)而可靠性越差;
④提高功率半導(dǎo)體器件性能的局限性對(duì)提高UPS設(shè)備的容量形成制約。提高單臺(tái)設(shè)備容量可降低系統(tǒng)的復(fù)雜性,但是當(dāng)前的IGBT功率器件的輸出能力和電氣性能決定了單臺(tái)UPS輸出能力在400kVA左右,模塊化UPS可拔插的最大功率模塊限制在40kVA。
鑒于以上原因,我們對(duì)改革傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)的設(shè)想是,從根本上去掉傳統(tǒng)的AC/DC和DC/AC變換結(jié)構(gòu),這可能是對(duì)傳統(tǒng)UPS供電系統(tǒng)進(jìn)行徹底改革的唯一出路。
為此要做到兩點(diǎn):
?、偃サ艋蜣D(zhuǎn)移UPS對(duì)供電質(zhì)量進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)控的功能;
?、诟淖冞^(guò)渡儲(chǔ)能器件(蓄電池)在系統(tǒng)中的位置,或者采用新的儲(chǔ)能器件代替蓄電池。
(2)不停電供電系統(tǒng)能源配置要求
圖2給出了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的能源配置在圖2中,整個(gè)系統(tǒng)是靠三種能源實(shí)現(xiàn)不停電供電的:
?、倏蛇B續(xù)供電的主能源—市電;
②可連續(xù)供電的備用能源—柴油發(fā)電機(jī);
?、墼谥鱾浣涣髂茉崔D(zhuǎn)換期間保證IT設(shè)備連續(xù)不間斷供電的過(guò)渡備用能源—蓄電池。
(3)計(jì)算機(jī)供電系統(tǒng)演變和傳統(tǒng)UPS供電系統(tǒng)產(chǎn)生的過(guò)程
圖3給出了計(jì)算機(jī)供電系統(tǒng)演變和傳統(tǒng)UPS供電系統(tǒng)產(chǎn)生的過(guò)程。
從計(jì)算機(jī)問(wèn)世至20世紀(jì)60、70年代,計(jì)算機(jī)由電網(wǎng)市電直接供電,機(jī)內(nèi)電源擔(dān)負(fù)著高壓交流電到低壓直流電的轉(zhuǎn)換,并且保證了對(duì)IT設(shè)備的供電質(zhì)量,當(dāng)時(shí)的開(kāi)關(guān)電源(或其他電路結(jié)構(gòu)的AC/DC電源)由于功率器件性能的限制,其輸入端必須配置50Hz降壓變壓器;
20世紀(jì)70、80年代,計(jì)算機(jī)提出不停電供電要求,而實(shí)現(xiàn)這一功能是從研發(fā)和配置一個(gè)獨(dú)立的設(shè)備開(kāi)始的,這就是最初的UPS設(shè)備。鑒于它是一個(gè)獨(dú)立的設(shè)備,就把它配置在IT設(shè)備前面的交流供電系統(tǒng)中,而IT設(shè)備內(nèi)部保留了原來(lái)的開(kāi)關(guān)電源。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)電源輸入端配置了降壓變壓器,所以要求獨(dú)立的UPS設(shè)備是交流輸入/交流輸出;
同樣是在20世紀(jì)70、80年代,電源業(yè)內(nèi)開(kāi)始了20kHz的革命,80年代末90年代初,無(wú)輸入變壓器的開(kāi)關(guān)電源開(kāi)始成熟并逐漸產(chǎn)品化,高性能的開(kāi)關(guān)電源在IT設(shè)備中得到了普遍的應(yīng)用。雖然開(kāi)關(guān)電源輸入已經(jīng)去掉了降壓變壓器,但是UPS作為獨(dú)立的設(shè)備仍保留了交流輸出,以至于開(kāi)關(guān)電源也必須保留AC/DC和DC/DC兩級(jí)變換。
(4)過(guò)渡備用能源配置和傳統(tǒng)雙轉(zhuǎn)換UPS結(jié)構(gòu)形式的必然性
兩個(gè)基本條件決定了傳統(tǒng)UPS的結(jié)構(gòu)形式:
?、賃PS作為獨(dú)立設(shè)備配置在交流供電系統(tǒng)中;
?、诓捎弥绷餍铍姵刈鳛閭溆媚茉础?
如圖4所示,電網(wǎng)市電正常時(shí),電池需要AC/DC充電。市電掉電時(shí),需要DC/AC為負(fù)載供電,這就是當(dāng)前傳統(tǒng)UPS結(jié)構(gòu)形式的必然性。
(5)對(duì)UPS供電系統(tǒng)應(yīng)具備功能的討論
傳統(tǒng)UPS產(chǎn)生50多年來(lái),UPS作為一個(gè)獨(dú)立存在的設(shè)備,在產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)應(yīng)用推廣過(guò)程中,
人們賦予了它太多的功能,除了不停電供電外,還可以全面改善和保證計(jì)算機(jī)的供電質(zhì)量。特別是后者,好像在UPS出現(xiàn)之前,計(jì)算機(jī)都沒(méi)有穩(wěn)定地運(yùn)行過(guò),沒(méi)有UPS保駕的高性能計(jì)算機(jī)、教育系統(tǒng)計(jì)算機(jī)以及更廣泛的辦公用計(jì)算機(jī)肯定不能可靠運(yùn)行似的。因此,討論并明確一下UPS應(yīng)具備的功能,對(duì)進(jìn)一步改革傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)的是非常必要的。
?、俨煌k姽╇娛荱PS唯一必須具備的功能
傳統(tǒng)UPS供電系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)需要不停電供電的需求下產(chǎn)生的,這同時(shí)也就決定了它應(yīng)具備的基本功能:當(dāng)主供電電網(wǎng)中斷時(shí),啟動(dòng)備用能源電池供電,保證計(jì)算機(jī)連續(xù)運(yùn)行。
也可以說(shuō),沒(méi)有計(jì)算機(jī)不停電供電要求,就不會(huì)產(chǎn)生UPS設(shè)備。
?、诟纳乒╇娰|(zhì)量不是UPS的任務(wù)
首先,IT設(shè)備是由開(kāi)關(guān)電源直接供電的,開(kāi)關(guān)電源輸出低壓直流,它的輸出電壓性能指標(biāo)可以完全滿(mǎn)足IT設(shè)備要求,這是無(wú)容置疑的。
再者,開(kāi)關(guān)電源對(duì)輸入交流電源的適應(yīng)能力比UPS強(qiáng)許多。表2是開(kāi)關(guān)電源與傳統(tǒng)UPS對(duì)輸入交流電源三項(xiàng)主要性能指標(biāo)要求的比較。
?、鄞罅康挠?jì)算機(jī)設(shè)備是由電網(wǎng)直接供電的
以下場(chǎng)合計(jì)算機(jī)設(shè)備都是由市電直接供電的:
•在UPS普遍應(yīng)用前的計(jì)算機(jī)供電系統(tǒng);
•當(dāng)前的筆記本和臺(tái)式機(jī);
•UPS應(yīng)用初期,大量后備式UPS(相當(dāng)于市電直供)為計(jì)算機(jī)供電;
•UPS轉(zhuǎn)旁路(相當(dāng)于市電直供)是UPS一種正常運(yùn)行模式;
•科研和教育行業(yè)大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng);
3 UPS供電系統(tǒng)的改革
(1) 已具備的改革條件
隨著數(shù)據(jù)中心不停電供電系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步,以下兩點(diǎn)變化為我們提供了對(duì)傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)做進(jìn)一步改革的必要條件:
?、俨裼桶l(fā)電機(jī)成為系統(tǒng)必備的可連續(xù)運(yùn)行的主備用能源
隨著數(shù)據(jù)中心技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模的擴(kuò)大,一個(gè)顯著的特點(diǎn)是單機(jī)架功率密度的提高,在一個(gè)平均機(jī)架功率密度為3kW的數(shù)據(jù)中心中,最高機(jī)架功率密度可能達(dá)到6~8kW。實(shí)際測(cè)試表明,一個(gè)普通平均機(jī)架功率密度小于2kW的機(jī)房,市電掉電制冷設(shè)備停止運(yùn)行后,經(jīng)60s,機(jī)房溫度就上升到機(jī)房允許最高溫度25℃,3.5min后,就上升到IT設(shè)備允許最高進(jìn)風(fēng)溫度32℃;一個(gè)17個(gè)3kW機(jī)柜總發(fā)熱量51kW的機(jī)房,空調(diào)停運(yùn)后,大約35~40s后,機(jī)柜進(jìn)風(fēng)口溫度達(dá)到32℃;一個(gè)17個(gè)6kW機(jī)柜總發(fā)熱量102kW的機(jī)房,空調(diào)停運(yùn)后,大約15s后,機(jī)柜進(jìn)風(fēng)口溫度達(dá)到32℃。嚴(yán)峻的熱量管理要求,使數(shù)據(jù)中心連續(xù)運(yùn)行的條件,由連續(xù)供電變成既要連續(xù)供電又要連續(xù)制冷。連續(xù)供電由備用能源(電池)通過(guò)UPS完成,而連續(xù)制冷則必須由可連續(xù)運(yùn)行的備用交流能源(發(fā)電機(jī))擔(dān)當(dāng),且發(fā)電機(jī)必須在機(jī)房最高功率密度機(jī)架允許的時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)并完成轉(zhuǎn)換。也就是說(shuō),發(fā)電機(jī)已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心必備的并可及時(shí)投入運(yùn)行的核心設(shè)備。
?、趥溆秒姵氐墓δ茏兓?
電池不能保證系統(tǒng)不停電供電功能。雖然規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí),電池容量和后備時(shí)間可選擇得足夠大,但是系統(tǒng)運(yùn)行后,電池容量是一個(gè)固定量,電池備用時(shí)間是固定不變的,而市電故障停電的時(shí)間是不確定的,當(dāng)市電故障時(shí)間大于電池備用時(shí)間時(shí),系統(tǒng)最終還是要中斷的。
于是,蓄電池的功能定義就發(fā)生了變化:
蓄電池由不停電供電的主要備用能源變?yōu)橛糜谑须姽收虾髠溆冒l(fā)電機(jī)啟動(dòng)和切換時(shí)間內(nèi)維持向負(fù)載供電的過(guò)渡備用能源。
蓄電池的備用時(shí)間要求同樣也發(fā)生了變化:
•由越大越好變?yōu)榭梢粤炕?
•最短時(shí)間要大于發(fā)電機(jī)啟動(dòng)和與市電完成轉(zhuǎn)換的時(shí)間;
•最大可用時(shí)間為制冷設(shè)備停機(jī)后,機(jī)房中最高功率密度機(jī)架中的IT設(shè)備能繼續(xù)運(yùn)行的時(shí)間。
(2) 改革思路的切入點(diǎn)
既然發(fā)電機(jī)已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心必備的并可及時(shí)投入運(yùn)行的核心設(shè)備,過(guò)渡備用能源的儲(chǔ)能就可以很少,這就自然想到:如果不采用蓄電池作為不停電供電的過(guò)渡備用能源,或者,雖然還采用蓄電池作為不停電供電的過(guò)渡備用能源,但不把蓄電池放在交流系統(tǒng)中,這兩種情況都可去掉系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié),即AC/DC(充電)和DC/AC(電池輸出)環(huán)節(jié),這相當(dāng)于從根本上去掉了傳統(tǒng)的UPS雙轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
(3)機(jī)架自主儲(chǔ)能UPS
改變過(guò)渡備用能源(蓄電池)的配置位置,將其配置在IT設(shè)備中的開(kāi)關(guān)電源的直流輸出端,于是就形成了機(jī)架自主儲(chǔ)能改革方案,如圖5所示。
圖5中展示的是傳統(tǒng)雙轉(zhuǎn)換UPS供電系統(tǒng)、直流輸出UPS供電系統(tǒng)和機(jī)架自主儲(chǔ)能UPS供電系統(tǒng)的示意圖。
機(jī)架自主儲(chǔ)能UPS系統(tǒng)組成要點(diǎn):
①I(mǎi)T設(shè)備去掉傳統(tǒng)12V輸出開(kāi)關(guān)電源,保留低壓DC/DC變換;
?、诮涣鬏斎爰信渲?包括輸入變壓器、油機(jī)、ATS轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、總配電;
?、墼跈C(jī)架中配置集中式12V或48V輸出開(kāi)關(guān)電源,模塊化冗余配置。低功率密度機(jī)房宜用12V,高功率密度機(jī)房宜用48V;
?、荛_(kāi)關(guān)電源模塊容量取決于輸出電流的大小和轉(zhuǎn)接工藝條件;
12V最大輸出功率2.5kW左右,輸出電流在200A左右;
48V大輸出功率10kW左右,輸出電流在200A左右;
?、菰陂_(kāi)關(guān)電源12V或48V輸出端集中配置過(guò)渡備用蓄電池,組成不間斷供電系統(tǒng);
⑥如果用鐵鋰蓄電池或鐵鋰超級(jí)電容,由于電池充放電需要平衡管理,所以在一般密度的機(jī)房中,適宜采用12V。
機(jī)架自主儲(chǔ)能UPS系統(tǒng)完全取消了傳統(tǒng)的雙轉(zhuǎn)換UPS系統(tǒng),使數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)很多性能指標(biāo)都得到了根本的改善,表3是傳統(tǒng)雙轉(zhuǎn)換UPS供電系統(tǒng)、直流輸出UPS供電系統(tǒng)和機(jī)架自主儲(chǔ)能UPS供電系統(tǒng)三者主要性能指標(biāo)的比較。
(4) 動(dòng)態(tài)儲(chǔ)能UPS
動(dòng)態(tài)UPS是同時(shí)改變過(guò)渡儲(chǔ)能形式和配置位置的改革方案。
圖6是動(dòng)態(tài)UPS一種結(jié)構(gòu)形式。圖中,動(dòng)態(tài)UPS系統(tǒng)有三種能源:
①可連續(xù)供電的主交流能源——市電;
?、诳蛇B續(xù)供電的備用交流能源——柴油發(fā)電機(jī);
③主備交流能源轉(zhuǎn)換期間,保證IT設(shè)備連續(xù)不間斷供電的過(guò)渡備用能源。
而過(guò)渡能源也有三種儲(chǔ)能技術(shù)可以選擇:
?、倮脵C(jī)械耦合的電磁感應(yīng)儲(chǔ)能;
?、诶秒姎怦詈系娘w輪儲(chǔ)能;
?、劾没瘜W(xué)儲(chǔ)能的蓄電池。
(5) 集成式動(dòng)態(tài)UPS
圖7是動(dòng)態(tài)UPS的另一種結(jié)構(gòu)形式。其主要特點(diǎn)是將過(guò)渡電磁感應(yīng)儲(chǔ)能、同步發(fā)電機(jī)、備用發(fā)電機(jī)三者集成起來(lái)。負(fù)載由一個(gè)旋轉(zhuǎn)的同步電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)供電并對(duì)其供電質(zhì)量進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)控,同時(shí)利用機(jī)械耦合的電磁感應(yīng)儲(chǔ)能作為過(guò)渡備用能源。同步交流發(fā)電機(jī)與市電一起向負(fù)載供電,并與電抗器(另接)組成有源濾波器濾除諧波。感應(yīng)耦合器是儲(chǔ)能裝置,有外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子,外轉(zhuǎn)子上有一個(gè)兩極三相線圈,在有市電情況下,可以加速自由轉(zhuǎn)動(dòng)的內(nèi)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。當(dāng)市電中斷時(shí),取出在內(nèi)轉(zhuǎn)子上儲(chǔ)存的動(dòng)能,驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)繼續(xù)給負(fù)載供電,并及時(shí)起動(dòng)柴油機(jī)使之達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),向負(fù)載提供電能。自由輪離合器在感應(yīng)耦合器/發(fā)電機(jī)與柴油機(jī)之間起機(jī)械通斷作用。在市電正常時(shí),柴油機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài),離合器斷開(kāi),發(fā)電機(jī)處在待機(jī)狀態(tài);市電中斷時(shí),柴油機(jī)起動(dòng),當(dāng)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí),離合器自動(dòng)接合,由發(fā)電機(jī)向負(fù)載供電。整個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為5~10s。當(dāng)市電恢復(fù)時(shí),這種動(dòng)態(tài)UPS會(huì)與市電同步,轉(zhuǎn)由市電向負(fù)載供電,離合器斷開(kāi),柴油機(jī)與感應(yīng)耦合器不再有機(jī)械連接,逐漸停止運(yùn)轉(zhuǎn),回到待機(jī)狀態(tài)。
UPS電源,即不間斷電源,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(guò)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。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)或其它電力電子設(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)。那么主要的UPS品牌有哪些呢?
UPS電源品牌:東方陽(yáng)光
東方陽(yáng)光(MYSUN)ups不間斷電源是由南京東方陽(yáng)光百年光電有限公司研發(fā)、生產(chǎn)和推廣的產(chǎn)品。南京東方陽(yáng)光百年光電有限公司是全球領(lǐng)先的整體電源解決方案供應(yīng)商。南京東方陽(yáng)光曾為青奧會(huì)奧體中心、五臺(tái)山體育館、江蘇廣電等重大項(xiàng)目提供電源產(chǎn)品,其優(yōu)質(zhì)的品質(zhì)和良好的服務(wù)受到了用戶(hù)的一致好評(píng)。
UPS電源品牌:山特
中國(guó)(深圳)山特電子公司出品的ups不間斷電源型號(hào)涵蓋了后備式ups、在線式ups、在線互動(dòng)式ups和模塊化ups。深圳山特電子公司制造了世界上最高功率密度的ups電源產(chǎn)品,此外,它還是率先將IGBT功率單元及高頻PWM技術(shù)引入U(xiǎn)PS行業(yè)的廠商。
UPS電源品牌:APC
自從1981年3月成立以來(lái),美國(guó)電力轉(zhuǎn)換公司(APC)從關(guān)鍵電源保護(hù)領(lǐng)域產(chǎn)品的領(lǐng)先供應(yīng)商發(fā)展成為關(guān)鍵電源及制冷領(lǐng)域產(chǎn)品和解決方案的全球領(lǐng)先供應(yīng)商。如今,美國(guó)電力轉(zhuǎn)換公司品牌在全球已成為頂級(jí)電源、制冷和管理解決方案的代名詞。
UPS電源品牌:易事特
易事特是國(guó)家火炬計(jì)劃重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)和全球電能質(zhì)量解決方案供應(yīng)商,專(zhuān)業(yè)致力于ups電源、eps電源、智能機(jī)房集成系統(tǒng)、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)等電源和新能源產(chǎn)品的研發(fā)、制造和銷(xiāo)售。
UPS電源品牌:科士達(dá)
深圳科士達(dá)科技股份有限公司成立于1993年,多年來(lái)一直致力于ups不間斷電源、機(jī)房一體化、免維護(hù)鉛酸蓄電池、逆變電源的研發(fā)、制造和銷(xiāo)售??剖窟_(dá)是國(guó)內(nèi)知名的ups電源品牌之一,從2000年到2008年,科士達(dá)連續(xù)九年戰(zhàn)場(chǎng)占有率排名國(guó)產(chǎn)品牌第一。
UPS電源品牌:臺(tái)達(dá)
臺(tái)達(dá)集團(tuán)創(chuàng)立于1971年,是全球第一的電腦電源廠商,銷(xiāo)量連續(xù)十年第一,是電源行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者,為電源管理與散熱管理解決方案的領(lǐng)導(dǎo)廠商,并在多項(xiàng)產(chǎn)品領(lǐng)域居世界級(jí)重要地位。臺(tái)達(dá)將“產(chǎn)品零缺點(diǎn)”與“客戶(hù)完全滿(mǎn)意”作為品質(zhì)追求
本公司經(jīng)銷(xiāo)直流屏用蓄電池,ups蓄電池供應(yīng)商,專(zhuān)業(yè)提供德國(guó)陽(yáng)光蓄電池Sonnenschiesh(德國(guó)陽(yáng)光膠體系列)、日本松下蓄電池(Panasonic)、西恩迪-大力神蓄電池、艾博特蓄電池、冠軍蓄電池、梅蘭日蘭蓄電池、索潤(rùn)森蓄電池、友聯(lián)蓄電池、理士蓄電池、科士達(dá)蓄電池、太陽(yáng)神蓄電池、湯淺蓄電池、圣陽(yáng)蓄電池、美國(guó)GNB蓄電池(美國(guó)原裝進(jìn)口)、BB蓄電池、CSB蓄電池、美國(guó)山特蓄電池、美國(guó)博爾特蓄電池、OTO蓄電池等高質(zhì)量的ups電池及ups電源、山特ups電源、山頓ups電源、艾默生ups電源、梅蘭日蘭ups電源、科士達(dá)ups電源、apc ups電源,臺(tái)達(dá)ups電源,雷諾士ups電源,美國(guó)山特ups電源等。我公司長(zhǎng)期以來(lái)一貫堅(jiān)持"一流產(chǎn)品,一流工程、一流服務(wù),一流信譽(yù)、一流企業(yè)"的發(fā)展理念,憑所代理產(chǎn)品的卓越品質(zhì)、所設(shè)計(jì)施工項(xiàng)目的優(yōu)秀質(zhì)量和對(duì)用戶(hù)真誠(chéng)周到的服務(wù),深受廣大用戶(hù)贊譽(yù)。公司將一如既往地把國(guó)際名牌產(chǎn)品介紹推薦給廣大用戶(hù),把更完美的工程奉獻(xiàn)給廣大用戶(hù),為廣大用戶(hù)提供更全面,更專(zhuān)業(yè),更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。與社會(huì)各界攜手共創(chuàng)美好未來(lái)。訂購(gòu)產(chǎn)品需要溝通 交流 服務(wù)電話 15069089221 高先生 QQ 903417427 微信 15069089221 ups電源蓄電池銷(xiāo)售中心
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