鞍山APCUPS電源

鞍山APCUPS電源

UPS選型和配置

  1了解UPS電源的性能指標(biāo)：
  ①輸入電壓：220V或380V（三相四線制），－15%～＋10%。
  ②輸出電流：根據(jù)這個(gè)值選擇導(dǎo)線截面和輸入保險(xiǎn)。
  ③輸出電壓：一是輸出電壓穩(wěn)定度，一般為±5%。有些為±3%左右。另一個(gè)是穩(wěn)壓精度：穩(wěn)態(tài)≤±1%、瞬態(tài)≤±5%。
  ④瞬態(tài)電壓恢復(fù)時(shí)間：≤±50ms。
  ⑤輸出容量：即視在功率S，S＝UI
  ⑥后備時(shí)間：指輸入中斷后，UPS能繼續(xù)工作的時(shí)間，是UPS的關(guān)鍵指標(biāo)。
  ⑦功率因數(shù)：0.8（滯后）
  ⑧效率：≥90%（滿載時(shí)）
  ⑨過(guò)載功能：10min（125%額定電流）；10S（150%額定電流）。
  ⑩限流：100%～110%額定電流可調(diào)。
  2UPS選擇：
  UPS型號(hào)
  ①在線正弦波UPS電源。無(wú)論市電正常與否，它對(duì)負(fù)載供電都是由UPS電源逆變器提供的。只要機(jī)內(nèi)蓄電池能向UPS電源逆變器提供能量，當(dāng)市電中斷時(shí)，在線式UPS電源就能實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的真正不間斷供電，其正弦波波形失真系數(shù)最小，對(duì)負(fù)載供電轉(zhuǎn)換時(shí)間為零，可靠性高，故障率低但價(jià)格較高。
  ②后備式正弦波UPS電源。采用了抗干擾式分級(jí)調(diào)壓穩(wěn)壓技術(shù)。僅僅在由蓄電池供電時(shí)才有可能向負(fù)載提供高質(zhì)量的正弦波，在從市電供電向逆變器供電進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，對(duì)負(fù)載而言，大約有4ms左右的中斷供電（主要來(lái)源于繼電器的轉(zhuǎn)換時(shí)間）。后備式正弦波UPS電源處于市電供電時(shí)，由于市電是直接通過(guò)抗干擾濾波器對(duì)負(fù)載供電的，因此噪音較小，但是UPS電源處于逆變器工作時(shí)，由于PWM脈寬調(diào)制頻率一般為8KHZ左右，因此噪音較大。
  ③后備方波輸出UPS電源。向負(fù)載提供的交流電是方波而不是正弦波。此類UPS電源只能接微容性或純組性設(shè)備，負(fù)載越重，方波脈沖寬度越寬，而方波脈沖的峰值越小。此類UPS電源的轉(zhuǎn)化時(shí)間不一定。其變化范圍為4～9ms且用戶不能控制。此類UPS不能進(jìn)行頻率的關(guān)閉和啟動(dòng)，但造價(jià)較低。
  負(fù)載容量、負(fù)載功率因數(shù)和UPS的波峰因數(shù)
  選購(gòu)UPS時(shí)，首先要知道負(fù)載的總?cè)萘?，同時(shí)還要考慮負(fù)載的功率因數(shù)才能確定UPS的標(biāo)準(zhǔn)功率容量。由于負(fù)載功率因數(shù)很難計(jì)算，所以UPS技術(shù)規(guī)范中給出了波峰因數(shù)這個(gè)指標(biāo)，波峰因數(shù)越高，UPS承受非線性的能力越強(qiáng)。一般波峰因數(shù)比應(yīng)大于3：1。
  電池后備時(shí)間一般情況下，選擇后備時(shí)間時(shí)，通常選取滿載工作時(shí)間為10min、15min或30min即可。由于蓄電池價(jià)格較貴、長(zhǎng)延時(shí)UPS一般僅在停電時(shí)間較長(zhǎng)的場(chǎng)合選用。此時(shí)最好選擇有外接大容量的蓄電池功能的UPS，以確保市電停電后能長(zhǎng)時(shí)間供電。
  UPS中性線截面由于UPS負(fù)載多為非線性負(fù)載，因而流過(guò)中線的電流不為零。即使在三相負(fù)載完全平衡時(shí)中線電流也可達(dá)三相電流的1.8倍。負(fù)載功率因數(shù)越小，倍數(shù)越大。因此在UPS電源中，其中線截面不得小于相線截面。否則易造成中線發(fā)熱，甚至燒掉電纜引起火災(zāi)，造成嚴(yán)重后果。
  蓄電池的選擇和配置
  蓄電池基本技術(shù)指標(biāo)：
  ①閥控式密封鉛酸蓄電池：每臺(tái)UPS各接一組。
  ②浮充電壓允差：1%。
  ③浮充電壓：2.23～2.27V/單體。
  ④均充電壓：2.3～2.4V/單體。
  ⑤放電終了電壓：1.67～1.70V/單體。
  ⑥溫度對(duì)蓄電池壽命的影響：在25℃時(shí)浮充運(yùn)行情況下，理論壽命不低于10年。
  UPS蓄電池容量的計(jì)算
  1蓄電池最大放電電流I
  I＝S×COSφ/η×Ei
  式中：S為UPS電源的標(biāo)稱輸出功率；
  COSφ為負(fù)載功率因數(shù)，一般取0.8；
  η為逆變器的效率一般取0.8；
  Ei為蓄電池放電終了電壓。
  電池后備時(shí)間t電池后備時(shí)間t根據(jù)用戶的需要而定，中小型UPS多采用閥控鉛蓄電池。價(jià)格較貴，一般選取滿載工作時(shí)間為10min、15min或30min。
  蓄電池容量C算出最大放電電流后，再根據(jù)負(fù)載性質(zhì)及用戶所需UPS的后備時(shí)間，算得蓄電池標(biāo)配容量：（C＝It）。
  UPS安裝
  UPS的安裝位置要求
  1為延長(zhǎng)電池壽命，蓄電池應(yīng)安裝在環(huán)境溫度為15℃～25℃范圍內(nèi)，室內(nèi)溫度也不能太大。
  2UPS的左右兩側(cè)要留有50mm空間，后面要留有100mm，前面留有足夠的操作空間。
  3外置電池柜應(yīng)與UPS放在一起。
  UPS與市電、負(fù)載的連接
  UPS與市電及負(fù)載的連接都很簡(jiǎn)單，但連接前應(yīng)檢查：
  ①UPS輸入?yún)?shù)與市電的電壓、頻率是否一致。
  ②接入U(xiǎn)PS的火線和零線是否與廠家規(guī)定一致。
  ③檢查負(fù)載功率是否小于UPS輸出功率。
  ④UPS與電池連接時(shí)一定分清正負(fù)極。
  電纜截面的選擇選擇導(dǎo)線截面時(shí)應(yīng)考慮：
  1符合電纜使用安全標(biāo)準(zhǔn)。
  2符合電纜溫升要求。
  3滿足電壓降要求。
  ①交流輸入電流I相。因?yàn)镻＝3×U相×I相×COSφ（單相輸出者則為：P＝UICOSφ）。所以I相=P/（3×U相×COSφ）＝S/（3×U相）。
  ②直流輸出電流I＝P/U（U應(yīng)取最小值）。求出交流輸入I相和直流輸出電流I后，再查表確定導(dǎo)線截面積。
  UPS維護(hù)
  筆者根據(jù)多年來(lái)的工作經(jīng)驗(yàn)，建議從以下幾個(gè)方面做好UPS電源系統(tǒng)的維護(hù)：
  1掌握UPS的基本知識(shí)，認(rèn)真閱讀設(shè)備說(shuō)明書，弄清各種警示信息，警示代碼，指示燈的含義，以及產(chǎn)生的原因和應(yīng)對(duì)方法。熟悉設(shè)備上各種開關(guān)，按鈕的作用。熟悉掌握UPS的各種操作，清楚連接關(guān)系，明白代通之法。
  2加強(qiáng)日常的巡視、維護(hù)，查看設(shè)備有無(wú)告警，有無(wú)異味，有無(wú)異常響聲，檢查接頭有無(wú)松動(dòng)發(fā)熱現(xiàn)象，散熱扇運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，設(shè)備各種指示是否正常，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。
  3制定定期維護(hù)計(jì)劃：每月定期測(cè)量設(shè)備輸出電壓、電流、功率以及蓄電池內(nèi)阻和端電壓。每季或半年對(duì)蓄電池做一次核對(duì)性放電試驗(yàn)，一般應(yīng)放出額定容量的30%～40%。每年清潔一次UPS內(nèi)部衛(wèi)生，檢查各接頭是否接觸良好。
  4蓄電池放電：在蓄電池放電操作中，如采用蓄電池脫機(jī)使用假負(fù)載放電，不僅拆卸繁瑣，且不安全，事后還需拆卸安裝再充電。為保證電池放電試驗(yàn)的安全有效，既能發(fā)現(xiàn)問題（落后電池、反極電池等），又能保證供電安全可靠（不造成過(guò)放電、短路、供電中斷等）。這里推薦一種直接利用負(fù)載對(duì)電池放電的方法：即關(guān)斷UPS交流輸入開關(guān)，讓蓄電池放電。由于UPS電源多用于重要的網(wǎng)絡(luò)通信等系統(tǒng)中，負(fù)載變化幅度不大，所以用負(fù)載直接放電，其放電電流也基本不變，這樣就可根據(jù)蓄電池的電壓情況和放電情況確定放電終止電壓，算出放電時(shí)間，以后每季度的放電都與此次記錄相比較，并從中發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)排除。

1、總體設(shè)計(jì)
  該設(shè)計(jì)由主監(jiān)控單元、交流檢測(cè)單元、電池檢測(cè)與巡檢單元、饋線檢測(cè)及調(diào)壓?jiǎn)卧?、絕緣監(jiān)察及接地選線單元等單元模塊組成。這些模塊之間通過(guò)內(nèi)部RS485進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源柜的交流配電、蓄電池充
  放電過(guò)程、電池狀態(tài)、調(diào)壓狀態(tài)、母線對(duì)地電阻、饋出線開關(guān)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制和報(bào)警處理。整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)RS232和上位機(jī)進(jìn)行通信以進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的查詢和統(tǒng)計(jì)。
  2、各單元介紹
  2.1主監(jiān)控單元
  主監(jiān)控單元調(diào)度整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。主監(jiān)控單元由主監(jiān)控板、320X240點(diǎn)陣液晶顯示屏、鍵盤及指示燈等組成，完成蓄電池充放電管理，運(yùn)行及控制參數(shù)的設(shè)定和顯示，告警記錄的存儲(chǔ)、查詢，通過(guò)RS232和上位機(jī)通信，通過(guò)RS485控制內(nèi)部各單元。
  2.2交流檢測(cè)單元
  該單元主要完成三相交流電壓、電流及頻率的采集；同時(shí)具有交流失電、缺相、過(guò)壓、欠壓等告警功能；告警時(shí)繼電器告警接點(diǎn)閉合。通過(guò)調(diào)節(jié)板上電位器可校正三相交流電壓顯示值。
  2.3電池檢測(cè)與巡檢單元
  該單元由電池檢測(cè)板和電池巡檢板組成（可選），主要完成電池組電壓（合母電壓）、充放電電流、環(huán)境溫度及單體電池電壓的采集；電池熔絲狀態(tài)檢測(cè)；可通過(guò)輸出模擬電壓、電流給定來(lái)控制其他廠家的模塊或相控電源三相觸發(fā)板的電壓或電流給定(具體情況與廠家協(xié)商)，提高了系統(tǒng)的兼容性；按時(shí)計(jì)量；同時(shí)完成合母過(guò)欠壓、電池過(guò)充、電池饋電及單體電池失效告警等功能；通過(guò)調(diào)節(jié)電池檢測(cè)板和電池巡檢板上的電位器可分別校正合母電壓和單體電池電壓顯示值。如圖2中所示。
  2.4饋線檢測(cè)及硅鏈調(diào)壓?jiǎn)卧?br />   由饋線檢測(cè)CPU板、開關(guān)量輸入板組成，實(shí)時(shí)檢測(cè)合母和控母的饋線開關(guān)狀態(tài)。通過(guò)開關(guān)量擴(kuò)展口，可以檢測(cè)24路饋線。當(dāng)出現(xiàn)開關(guān)變位或控母電壓越限時(shí)告警并通過(guò)硅鏈自動(dòng)調(diào)節(jié)控母電壓（最多7節(jié)硅鏈調(diào)壓）。通過(guò)調(diào)節(jié)饋線檢測(cè)板上電位器可校整控母電壓顯示值。
  2.5絕緣監(jiān)察及接地選線單元
  由絕緣監(jiān)察檢測(cè)板和接地選線擴(kuò)展板組成，主要功能是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)母線對(duì)地電阻，自定位接地支路。當(dāng)母線對(duì)地電阻低于告警設(shè)定值時(shí)，告警繼電器閉合；通過(guò)接地選線擴(kuò)展口連接接地選線，最多支持24路選線。
  3、關(guān)鍵電路單元設(shè)計(jì)
  3.1電流檢測(cè)電路
  電池充放電電流的大小尤為關(guān)鍵。電路圖如圖1所示，因?yàn)槭羌葯z測(cè)充電電流也檢測(cè)放電電流，故在小電阻上的電壓又是兩個(gè)方向，在電路檢測(cè)中用兩個(gè)通道分別檢測(cè)，這樣也便于分別進(jìn)行信號(hào)的調(diào)理，同時(shí)也便于用AD轉(zhuǎn)換器的一個(gè)輸入通道來(lái)測(cè)量。
UPS電源智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
圖1 電流檢測(cè)電路
  3.2合母電壓的監(jiān)測(cè)
  合母電壓監(jiān)測(cè)電路如圖2所示。合母電壓流過(guò)電阻R16、R17、R54，在電阻R17上取樣，故而電阻R17應(yīng)選用高精度電阻。R16和R54因?yàn)橐入娮鑂17大得多，又是出現(xiàn)在分母上，故而不必選用高精度電阻。LL的作用是抑制共模干擾?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)電位器Rp的大小來(lái)使所要監(jiān)測(cè)電壓的大小符合AD轉(zhuǎn)換器輸入電壓要求。
UPS電源智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
圖2 合母電壓的監(jiān)測(cè)電路
3.3AD轉(zhuǎn)換
  AD轉(zhuǎn)換芯片采用TLV1544。TLV1544的主要特點(diǎn)是：寬范圍的單電源供電，VCC可為2援7耀5援5V；芯片內(nèi)部有著較高的轉(zhuǎn)換速率，轉(zhuǎn)換時(shí)間小于10滋s；芯片提供4路外部輸入通道，通過(guò)編程給芯片不同的狀態(tài)字設(shè)置可以任意選擇4個(gè)輸入通道之一；芯片有4個(gè)端口作為同步串行接口，通過(guò)SPI總線的形式與微處理器連接；11位AD轉(zhuǎn)換，足以滿足系統(tǒng)的要求。如圖3所示。
UPS電源智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
圖3 AD芯片電路
  控制對(duì)從選定的通道中輸入的模擬信號(hào)的采樣開始。由高變低開始模擬輸入信號(hào)的采樣；由低變高使采樣和保持功能處于保持狀態(tài)，并開始模數(shù)轉(zhuǎn)換。獨(dú)立于輸入輸出時(shí)鐘信號(hào)，當(dāng)為高時(shí)，開始工作。為低的持續(xù)時(shí)間控制開關(guān)電容陣列采樣周期的持續(xù)時(shí)間。當(dāng)不用時(shí)，接高電平。引腳（EOC）在A轅D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)變?yōu)楦唠娖絹?lái)表明轉(zhuǎn)換完成。本單元通過(guò)查詢EOC電平來(lái)判斷是否轉(zhuǎn)換完成從而進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取。
  3.4通信電路設(shè)計(jì)

  整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部通過(guò)RS485進(jìn)行通信。具體電路如圖4所示。因?yàn)榭刂菩酒疾捎肁T89C52，作為主監(jiān)控單元CPU只有一個(gè)串口，而其并口也沒有充分利用起來(lái)，故通過(guò)可編程串行接口芯片8250擴(kuò)展串口，用并口來(lái)模擬串口