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物联网系统中为什么要使用UPS电源管理模块
在物联网系统中,使用UPS(Uninterruptible Power Supply,不间断电源)电源管理模块的原因主要基于以下几个方面:
1、保障系统稳定性与可靠性
2、提高数据安全性与完整性
3、物联网系统运维的便利性
4、适应复杂多变的电力环境
5、具体应用场景
UPS电源模块的应用场景非常广泛,涵盖了从家庭到大型工业应用的多个领域。以下是一些主要的应用场景:
总的来说,UPS电源模块的应用场景多样,无论是在家庭、商业还是工业环境中,它们都能提供稳定、不间断的电力供应,确保设备的正常运行和数据的安全。未来,随着技术的发展,UPS电源模块将向着高频化、智能化、网络化的方向发展,以满足更多复杂和精细化的应用需求。
综上所述,物联网系统中使用UPS电源管理模块是为了保障系统的稳定性与可靠性、提高数据安全性与完整性、便于系统运维以及适应复杂多变的电力环境。这些优势使得UPS电源管理模块成为物联网系统中不可或缺的重要组成部分。
本文会再为大家详解电源模块家族中的一员——UPS电源模块
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UPS电源的定义
UPS是英文 Uninterruptable PowerSupply 的缩写,中文译为“不间断电源”;它是能够实现两路电源之间不间断地相互切换的电气装置。
UPS:利用电池化学能等作为后备能量,在市电断电等电网故障时,不间断地为用户设备提供(交流)电能的一种能量转换装置。
从严格意义上讲,UPS不是一种电源,它不是依靠能量形式的转换来提供电能,它只是提供一种两路电源之间无间断相互切换的机会,这才是UPS的主要设计思想;UPS的价格之所以昂贵,就是贵在这种不间断切换的特点上。
UPS系统组成:一个完备的UPS系统,是由UPS主机、电池、市电(发电机)、后台监控或网络监控软/硬件等单元共同组成的。
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UPS电源的主要作用
①两路电源之间的无间断相互切换;
②隔离作用:将瞬间间断、谐波、电压波动、频率波动以及电压噪声等电网骚扰阻挡在负载之前,即使电网中的骚扰不影响负载,又使负载对电网不会产生骚扰:
③电压变换作用:输入电压等于或不等于输出电压,如380V/380V,380V/220V,包括稳压作用:
④频率变换作用:输入频率等于或不等于输出频率,如50Hz/50Hz,50Hz/60Hz,包括稳频作用:
⑤提供一定的后备时间:UPS的电池贮存一定的能量,在电网停电或间断时继续供电一段时间来保护负载;后备时间为10分钟、30分钟、60分钟或更长。
①和⑤是保证对负载供电的连续性;②、③和④是保证对负载供电的质量。
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UPS电源的基本拓扑结构:
GB/T7260.3描述了UPS的三种分类方法和拓扑结构:
IEC 62040-3/GB 7260.3定义:
(1)被动后备式-VFD(Passive Standby,也称离线式OFF-Line)
(2)线交互式-VI (Line Interactive)
对间断敏感的负载,有另外一种结构的UPS,特别提到静态开关作用(防止逆变器的电流进入电网)。
(3)双转换式-VFI (Double- Conversion,又称为在线式On-Line)
基本组成:整流器/充电器,逆变器,静态旁路开关,手动维修旁路开关,电池。
逆变器串联在交流输入与负载之间。
通过运行方式,引进旁路的概念。如果市电正常,整理逆变坏,也送不到负载,需要静态旁路,如果故障,引入手动旁路。
应用:在这种配置中,由于使用了静态开关,将负载切换到逆变器所需的时间可以忽略不计;而且,输出的电压和频率完全独立于输入电压和频率。这意味着这种类型的UPS可以被设计作为频率转换器使用。
实际上,这种类型是中大功率的主要配置(10KVA以上)。
注意:这种类型的UPS常常被称作“在线式”,这表示负载由逆变器连续供电而不管交流输入电源的状态如何。
优点:稳压稳频、切换无间断;缺点:价格昂贵。
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UPS的组成:
一台在线式(双转换)UPS单线图。
常用术语:
1、VA & W:UPS 的容量单位,VA 为视在功率,W为有功功率。
2、功率因数(PF):对一台设备有输入功率因数和输出功率因数两个不同的参数,功率因数绝对值介于0于1之间,它是W(有功功率)与VA(视在功率)之间的比数。输入功率因数越高表明UPS对电网利用效能越高。
从输出端考虑,输出功率因数越高则UPS带载能力越强。
例如:一台UPS的参数为:3000VA/2400W,可以知道输出功率因数为2400W/3000VA=0.8。
3、峰值因数(CF):指周期波形的峰值与有效值之比。
由于计算机性负载接受正弦波电压 会产生CF(介于2.4-2.6倍的电流),因此,UPS设计时常需能提供CF值3的规格,以满足电脑性负载的应用。
4、输入电压范围:UPS允许市电变化的范围,范围越大说明UPS适应性越好。
5、失真:失真分为波形失真,电压失真等,不论是体积失真,皆以百分比来计算,其失真的大小与谐波、电压、电流以及功率因数有关系。
6、效率(EFFICIENCY):是输出瓦特数与输入瓦特数之比,若此数越接近1,则显示其效率越好,以在线式UPS而言,一般的效率约为85%~90%之间,即输入1000W,输出约为850W~900W之间,UPS本身即消耗100W~150W的功率;
7、可靠性(MTBF):用来描述设备平均能正常工作的时间长短的参数,MTBF越大表示该设备的寿命越长。
8、高频机:利用高频开关技术,以高频开关元件替代整流器和逆变器中笨重的工频变压器的UPS俗称高频机,高频机体积小、效率高。
9、工频机:采用工频变压器做为整流器和逆变器部件的UPS俗称工频机,主要特点是主功率部件稳定、可靠、过负荷能力和抗冲击能力强。
10、无功功率:单位是 VA,它不为负载所吸收,因此称为无功功率,它组成了视在功率的另一部分。降低无功功率有利于提高电网的利用率。
11、有功功率:单位是W,是负载真正吸收转换的能量部分,它组成了视在功率的一部分。
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UPS的不同运行方式:
单机系统:
串联运行:
提高UPS可靠性的方法-串联热备份:
可由两台不同容量的UPS组成,主机带重要负载,备机带次要负载或不带载;主机到备机的切换无间断。
并联运行:
提高UPS可靠性的方法-直接并联。
由2到4台单机型UPS组成,每台UPS具有各自的静态旁路,可实现:
并联冗余;并联增容。
优点:并联简单;不增大占地;价格适当;负载均分。是目前使用最多的运行方式。
公共旁路并联运行:
提高UPS可靠性的方法-公共旁路并联。
由2到6台同等容量的并联型UPS组成,采用大容量的公共静态旁路开关柜,以便实现:并联冗余;或并联增容。
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UPS电源的配置方法:
个案中涉及到UPS配置的基本问题:
1.负载容量-决定配多大的UPS,多少台UPS;
2.负载的重要程度-决定UPS运行和配电方式;
3.所需要的后备时间-决定配置多大的电池;
4.对某些指标的特殊要求-决定UPS型号的选择或选项;
5.对某些性能或功能的特殊要求-决定配置哪些选项;
6.与UPS项目有关的工程(机房建设、配电建设、系统监控……)。
决定自己独立完成或合作完成此项目:
1 UPS容量的确定:
1 )用户直接提出容量需求
可配置单机满足容量需求,可配置并机满足更大容量的需求。
2)用户只告诉你负载容量
认真了解实际负载量,并按高出负载的容量配置UPS。
高出的比例视负载性质决定1:1.2(1.3、1.5、2、2.5)
例:计算机类负载按1:1.3或1:1.4配置UPS;电动机类负载按1:2或1:3配置UPS。
2 负载的重要程度
1)单机:对重要程度一般的用户,可配置一台单机;例如对可以有计划停电或可以临时决定停电的用户。
2)并机:对单机无法满足容量需求的用户,用并机提高供电容量
3)冗余并机:对不允许停电或停电会造成经济、政治、社会各方面严重影响;和损失的用户需要配置冗余并机系统,提高供电可靠性
4)单机或并机双总线供电、分布冗余方式供电:用于对供电可靠性极高,对供电无理论单一故障点的需求单位。
案例介绍:
造价最低的无单一故障点,UPS系统:
造价较高的并机双总线,供电系统:
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UPS中的电池:
UPS的配置方案:
1 根据额定容量和后备时间配电池:
电池放电时提供的功率 P=S×PF/η
式中:P-有功功率;S-UPS视在功率;
PF-UPS输出功率因数;η-电池放电时UPS效率(0.9-0.96之间)。
步骤:1)求出放电时每个单元电池应提供的功率;
2)查阅相应电池资料确定电池型号(容量)。
例: 1台Galxy5000 120KVA UPS 配30分钟电池;
要求:电池选用MGE M2AL电池,应如何配置
已知Galaxy 5000 可以配(30-35)只12V电池;UPS直流电压下限为300V,暂且选择30只电池的配置。
1)电池放电时需要提供的功率为120KVA×0.8/0.96=100KW=100000W
每个单元电池需要提供的功率为100000/30/6=556W
查电池资料:要用恒功率放电的表格,要用1.7V终止电压的表格-讲请原因;
可知选用M2AL 12-100电池3串,共计90只电池可满足要求。
-说明查表步骤,以及数据有偏差时的处理。
2 根据实际负载和后备时间配电池
根据实际负载配置电池可节省投资,避免不必要的浪费;计算每只单元电池功率时,P为实际功率值,其他步骤相同。
电池计算一般性的方法如下
一 需要确定和知道的条件:
1 UPS容量S
2 UPS输出功率因数PF
3 UPS直流关机电压Udcmin
4 电池供电时UPS效率η
5 环境温度15-25℃
6 UPS额定直流电压U
7 每串电池单体电池个数N ( U=2*N)
8 所需要的后备时间
9 准备选用的电池型号
10该型号电池资料(需要单体电池恒功率放电时间表)
二 计算:
1 求单体电池放电终止电压=Udcmin / N
2 求电池需要提供的总功率P=S ×PF /η
3 求每个单体电池(2V)需要提供的功率P1=P/N
以下2步视需要计算
4 求每个电池组(12V)需要提供的功率,如P2=6*P/N
5 求每个电池组(6V)需要提供的功率,如P3=3*P/N
注:4 5 是在所提供的电池放电功率表是以每12V或每6V的情况下时才需要。
三 对照电池资料确定电池型号和数量:
根据以上计算结果,对照电池资料选择合适的电池。
电池资料中有多个表格,各表格对应不同的终止电压,我们所需要的表格应由上面计算出的Udcmin /N数值,即单体电池放电终止电压来确定。根据放电时间和所需功率确定对应的电池型号。
如果电池资料中也提供了6V和2V的表格,也可以根据自己的意愿选择单体2V或6V的电池。
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UPS的日常维护:
以下项目在UPS调试时,已由 工程师检查过,但在日常巡检中应随时注意检查:
环境:
房间的类型:
测量温度:
如果安装环境的检查结果正常,则测量房间的温度(环境温度将决定UPS及其电池是否运行在最优的条件下)。
使用要点:
房间的通风:
检查:
房间的洁净度:
UPS的维护使用技术及典型故障的处理:
目检:
电气环境:
使用要点:
典型故障:
旁路超限:
UPS由发电机供电,引起频率或电压超限;市电电压超限,
旁路电压超限时的影响:UPS的切换将引起负载供电中断;此时,应注意控制负载。
电气测量:
测量工具:数字万用表和示波器。
一般巡检可参考显示屏给出的测量值。
故障:整流器故障的检测。
接地:
了解UPS上线、下线的接地制式
检测零地电压:UPS对零地电压不作调整。
典型故障:
UPS输出零地电压高;(与UPS无关);
由于操作不当导致负载服务器电源板烧毁。(在UPS维护测试过程中应特别注意零线的状态)
零地电压升高的原因:
三相负载不平衡或负载富含谐波成分;“保护接零”和“保护接地“混接;零线电阻大或零线开路。
“保护接零”和“保护接地”混接:
UPS内部组件的检测:
将负载不间断切换至由维修旁路供电,UPS完全下电后进行检查:
是否有过热现象;金属部分是否氧化;
检查不同的模块之间,电路板之间的连接,采样线、扁平电缆等的连接;
检查变压器、电抗器和电解电容的外观
检查功率连线的连接是否牢靠,避免接触不良引起的电缆局部过热损坏甚至UPS宕机。在不能停电检查的情况下,应使用红外线探测仪测量连接头的温度。
UPS的洁净度:
UPS内部灰尘积累过多的危害在于:
温度:
检测电池室的温度;电池室的最优温度为15-25摄氏度。
使用要点:
电池建议安装在有空调的房间,房间的温度保持在15-25摄氏度;超过25摄氏度时,温度每升高10度,电池的寿命缩短一半。
电池的外观检查:
检查电池组的绝缘:
断开电池断路器,分别测量电池正负极与电池柜(架)的金属支架之间的电压。
电池的参数:
例如:
品牌:
(1)指整组电池的最初安装时间 |
注意电池的寿命以及显示屏上的电池后备时间。
电池电压的测量:
在进行电池电压测量时应确保:
查找有问题的电池:
用专用测量仪器测量电池的内阻
测量电池端电压:
前提:充电器正常运行,并假定充电器的电压是正确的。
计算电池组充电电压:U = Nc×Uc
计算每块电池的电压:Uth = Utotal/N
放电测试:
充电检测:
错误的观点:
电池的使用:
维护是影响电池使用寿命的一个非常重要的参数。
电池的维护:
故障处理:
UPS系统的应急方案:
1,熟悉UPS的操作,特别是维修旁路的操作。
2,能够清楚的描述出UPS的状态(电压、电流、电池电压、后备时间、报警信息、拓扑结构图的状态)。
3,熟悉UPS电源厂家的服务电话。
4,提前巡检,消除隐患(特别是潜在的隐患,电池、电容、风扇等)。
5,机房环境的维护。
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UPS电源的厂商
1. 山特(SANTAK)
公司背景:山特电子(深圳)有限公司,专业从事不间断电源(UPS)开发、生产及经营的国际性厂商。
产品特点:产品范围广泛,从后备500VA到在线640kVA大功率并机系列,能满足不同行业用户的需求。
市场表现:在国内UPS市场中占据重要地位,产品质量和性能稳定可靠。
2. APC(美国电力转换集团)
公司背景:创立于1981年,全球行业领先品牌,全球最大的UPS供应商之一。
产品特点:提供网络关键物理基础设施(NCPI)全线产品,包括UPS、机柜等。
市场表现:在全球范围内享有高度声誉,服务于数据中心、网络、建筑及工业市场。
3. 艾默生Emerson
公司背景:始于1890年美国,艾默生电气(中国)投资有限公司。
产品特点:在过程管理、工业自动化、网络能源等领域提供创新性解决方案。
市场表现:在UPS及相关领域拥有强大的技术实力和市场份额。
4. EATON伊顿
公司背景:创立于1911年美国,全球领先的多元化工业产品制造商。
产品特点:提供电气控制、电力分配、不间断电源等产品和服务的全球知名动力管理公司。
市场表现:在UPS市场中占据一定份额,产品和服务广泛应用于各个领域。
5. 科华KELONG
公司背景:属于厦门科华恒盛股份有限公司,中国本土较大的高端UPS制造商和提供商之一。
产品特点:以研究电力电子技术为核心,提供高标准的数据中心解决方案和成熟的智慧电能综合性解决方案。
市场表现:在高端电源(UPS)市场中表现突出,市场份额位居全国前列。
6. 科士达KSTAR
公司背景:深圳科士达科技股份有限公司,中国大陆本土规模较大的UPS研发生产企业之一。
产品特点:机房一体化系统集成制造商,中国领先的新能源电力转换技术创新厂商。
市场表现:在市场上享有较高知名度,产品广泛应用于各个领域。
7. EAST易事特
公司背景:易事特集团股份有限公司,智慧城市和智慧能源系统解决方案供应商。
产品特点:专注于智慧城市、大数据、智慧能源及轨道交通等新兴产业投资、建设与发展。
市场表现:在UPS市场中具有一定影响力,为客户提供全面的解决方案。
8. 台达DELTA
公司背景:台达电子工业股份有限公司,全球著名交换式电源供应器产品厂商。
产品特点:全球电力电子产业的领导者,提供高品质的UPS产品。
市场表现:在市场上享有良好口碑,产品性能稳定可靠。
9. 华为HUAWEI
公司背景:华为技术有限公司,全球领先的信息与通信技术解决方案供应商。
产品特点:UPS解决方案聚焦可靠、高效、易用、智能的设计理念,为客户提供最佳供电解决方案。
市场表现:在UPS市场中表现强劲,特别是在数据中心等领域具有显著优势。
10. 其他厂商
此外,还有如英威腾(INVT)、维谛技术(Vertiv)、志成冠军(CHESHING)等厂商也在UPS市场中占据一定份额,各自具有独特的技术优势和市场份额。
综上所述,UPS电源的厂商众多,各自在技术实力、市场份额、产品特点等方面存在差异。用户在选择UPS电源时,应根据自身需求和实际情况进行综合考虑和选择。
供应商A:山特电子(深圳)有限公司 - 山特官方网站
1、产品能力
(1)选型手册
(2)主推型号1:ARRAY 3A3 PT 系列(25kVA~200kVA)
对应的产品详情介绍
ARRAY 3A3 PT 系列(25kVA~200kVA) 是山特新型的三进三出模块化 UPS,采用全数字化控制技术,为数据中心机房提供安全、可靠、稳定、环保的不间断电源,与山特的PPM 精密配电柜和 ARRAY 系列服务器机柜的组合,为客户提供一体化、一站式的基础电源解决方案。
2、支撑
(1)技术产品
[山特ARRAY 3A3 PT 系列(25-200kVA)使用手册.pdf]
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