1 Was ist UPS?
USV, auch unterbrechungsfreie Stromversorgung genannt, ist eine unterbrechungsfreie Stromversorgung mit konstanter Spannung und konstanter Frequenz, die Energiespeicher und einen Wechselrichter als Hauptkomponente enthält. Es stellt hauptsächlich eine unterbrechungsfreie Stromversorgung für einen einzelnen Computer, ein Computernetzwerksystem oder andere leistungselektronische Geräte bereit.
Die unterbrechungsfreie USV-Stromversorgung ist ein Notstromversorgungsgerät, das die Last weiterhin mit Strom versorgen und die Qualität der Stromversorgung sicherstellen kann, wenn die Hauptstromversorgung ausfällt oder die Stromversorgung ausfällt, sodass der Betrieb der Last nicht beeinträchtigt wird. Es verfügt über die Hauptfunktionen des unterbrechungsfreien Umschaltens zwischen zwei Stromquellen, der Frequenzumwandlung, der Spannungsumwandlung, der Isolationsinterferenz und der Sicherung und wird häufig in Bereichen wie Big-Data-Informationsgeräten, industrieller Notstromversorgung, Einkaufszentren, Bankensystemen und der Eisenbahn eingesetzt Systeme und medizinische Geräte.
UPS hat einen Entwicklungsprozess von der dynamischen USV (rotierender Typ) zur statischen USV (stationärer Typ) durchlaufen. Frühe dynamische USVs verwendeten Schwungrad-Energiespeicher und nutzten mechanische Energie und einen Motor, um die Energieumwandlung zu erreichen. Mit der Entwicklung der Leistungselektronik und Halbleitermaterialtechnologie ersetzen statische USVs mit Thyristor als Kern nach und nach dynamische USVs. Anschließend wurden statische USV-Geräte entwickelt, die selbstabschaltende Riesenleistungstransistoren, Leistungsfeldeffekttransistoren und Bipolartransistoren mit isoliertem Gate als Schaltgeräte verwendeten. Die Entwicklung der elektronischen Technologie und der digitalen Steuerung förderte auch die Umstellung der USV-Steuerkreise von analogen auf digitale Schaltkreise und verbesserte ihre Leistung erheblich.
USVs bestehen hauptsächlich aus Gleichrichtern, Batteriesätzen, Wechselrichtern und statischen Transferschaltern. Wenn die Netzspannung normal ist, stabilisiert die USV die Netzspannung und versorgt sie mit der Last, während gleichzeitig der interne Akku geladen wird. Wenn die Netzstromversorgung unterbrochen wird, wandelt die USV die elektrische Energie des Batteriepakets über einen Wechselrichter in Wechselstrom um und versorgt die Last weiterhin mit Strom, wodurch eine unterbrechungsfreie Stromversorgung gewährleistet wird.
Nach verschiedenen Standards und Merkmalen können USVs anhand der Ausgangswellenform, der Leistungskapazität, des Eingangs-/Ausgangsmodus, des Arbeitsprinzips, der Struktur und der Anwendungsszenarien klassifiziert werden. Die gängigen Klassifizierungsmethoden umfassen dynamische USV und statische USV entsprechend ihren Funktionsprinzipien. Statische USV umfasst Backup, interaktiv, online usw.; Je nach Stromversorgungssystem ist es in einen Eingang und einen Ausgang, drei Eingänge und einen Ausgang, drei Eingänge und drei Ausgänge usw. unterteilt. Je nach Ausgangsleistung wird es in Mikro, Klein, Mittel, Groß usw. unterteilt.
2 USV-Typen
Interaktive Online-USV
Die interaktive Online-USV kombiniert die hohe Effizienz einer Backup-USV mit den hochwertigen Stromversorgungsvorteilen einer Online-USV. Wenn die Netzspannung normal ist, versorgt es die Last direkt aus dem Netz mit Strom, ohne einen komplexen Stromumwandlungsprozess zu durchlaufen, sodass die Arbeitseffizienz extrem hoch ist und über 98 % erreicht. Gleichzeitig verfügt es über eine automatische Spannungsstabilisierungsfunktion, die die Spannung grob stabilisieren und einige Störungen des Stromnetzes absorbieren kann. Seine Spannungsstabilisierungsmethode ist ungefähr die gleiche wie beim Backup-Typ, wobei meist Relais verwendet werden, um die Transformatorabgriffmethode zu ändern. Wenn die Eingangsspannung hoch ist, wird der Transformator heruntergeschaltet, und wenn die Eingangsspannung niedrig ist, hochgeschaltet, mit einer Ausgangsspannungsstabilisierungsgenauigkeit von 5 % -10 %.
Der Wechselrichter dieses USV-Typs verfügt über eine bidirektionale Umwandlungsfunktion und dient bei Versorgung mit Netzstrom als AC/DC-Gleichrichter zum Laden der Batterie; Bei einem Stromausfall wird auf einen DC/AC-Wechselrichter umgestellt, der von Batterien gespeist wird, und die USV versorgt die Last weiterhin mit Strom. Die Wellenform der Ausgangsspannung kann auch eine Quasi-Sinuswelle sein, aber aufgrund der hohen Ausgangsleistung kann es Geräte geben, bei denen die Eingangsspannung in der Last eine Sinuswelle sein muss, sodass die Wechselrichter-Ausgangsspannung einer leitungsinteraktiven USV meist eine Sinuswelle ist Sinuswelle. Es ist außerdem mit Eingangs- und Ausgangs-Hochfrequenzfiltern ausgestattet, die hochfrequenten (Differential- und Gleichtakt-)Störungen durch die Netzspannung widerstehen können.
Die zeileninteraktive USV eignet sich für kleine und mittlere Büro- und Heimnetzwerkgeräte. Für diese Szenarien erfüllt es nicht nur bestimmte Anforderungen an den Leistungsschutz, sondern bietet auch die Vorteile niedriger Kosten, einfacher Schaltung und hoher Zuverlässigkeit. Außerdem verfügt der Konverter über eine Ladefunktion und seine Ladekapazität ist höher als die des Backup-Typs. Obwohl die USV-Ausgabe immer noch eine Konvertierungszeit benötigt, ist diese kürzer als beim Backup-Typ, normalerweise 4-6ms. Wenn zwischen dem Eingangsschalter und dem automatischen Spannungsregler eine Induktivität in Reihe geschaltet ist, kann der Wechselrichter die Last sofort mit Strom versorgen, wenn die Netzstromversorgung unterbrochen wird, was die leitungsinteraktive Wandlungszeit auf Null verkürzen und die Entstörungsfähigkeit erhöhen kann .
Dual-Conversion-USV
Dual-Conversion-USV gewährleistet die Stabilität und Kontinuität der Ausgangsspannung durch zwei Leistungsumwandlungen und wird häufig in wichtigen Anwendungsszenarien wie Rechenzentren, medizinischen Einrichtungen und Finanzinstituten eingesetzt.
Die Schaltungsstruktur einer Dual-Conversion-USV besteht aus Gleichrichter/Ladegerät, Wechselrichter, Batterieladegerät (optional), Batterieschalter usw. Der Gleichrichter/Ladegerät wandelt Wechselstrom-Eingangsstrom in Gleichstrom um, liefert ihn an den Wechselrichter und lädt die Batterie auf zur gleichen Zeit. Wenn die Netzstromversorgung unterbrochen wird, wandelt der Wechselrichter den Gleichstrom der Batterie in Wechselstrom um und versorgt ihn mit der Last.
Der Schaltungsaufbau einer Dual-Conversion-USV ohne Bypass besteht aus einem Gleichrichter/Ladegerät, einem Wechselrichter, einem Batterieladegerät (optional), einem Batterieschalter usw. Moderne USV-Systeme sind häufig mit unabhängigen Batterieladegeräten ausgestattet, die den Vorteil haben, dass die Erhaltungsladespannung gewährleistet ist Der Zustand der Batterie ändert sich nicht mit der Belastung, was sich positiv auf die Verlängerung der Lebensdauer der Batterie auswirkt. Der Batterieschalter dient zum Verbinden oder Trennen der Batterie vom Gleichrichter oder Wechselrichter und kann Thyristoren, Dioden oder mechanische Schalter verwenden.
Die Dual-Conversion-USV mit Bypass fügt ein USV-Schaltmodul hinzu, mit dem die USV vom Normalmodus in den Energiespeichermodus oder umgekehrt wechseln kann.
Das Funktionsprinzip einer Dual-Conversion-USV besteht darin, dass der Wechselstrom-Eingangsstrom zunächst von einem Gleichrichter in Gleichstrom und dann von einem Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt wird. Gleichzeitig lädt der Gleichrichter/Ladegerät oder das unabhängige Batterieladegerät die Batterie. Unter normalen Umständen wird die Last von einer Kombination aus Gleichrichter/Wechselrichter gespeist. Wenn die Indikatoren der AC-Eingangsstromversorgung des Stromnetzes die vorgegebene Kapazitätsgrenze überschreiten, schaltet die USV in den Energiespeichermodus, d. h. die Kombination aus Batterie und Wechselrichter versorgt die Last mit Strom und das Stromversorgungszeitintervall dient der Energiespeicherung Zeit der Batterie oder bis die Netzeingangsstromversorgung wieder die Auslegungskapazitätsgrenze der USV erreicht und dann in den Normalmodus wechselt. Wenn der Gleichrichter/Wechselrichter ausfällt oder die USV kurzzeitig oder dauerhaft überlastet ist, wechselt die USV in den Bypass-Betriebsmodus, in dem die Last vorübergehend über die Bypass-Stromversorgung (Wechselstromeingang 3) mit Strom versorgt wird. Um eine unterbrechungsfreie Umwandlung zu gewährleisten, müssen der Ausgang des Wechselrichters und der AC-Eingang 3 synchronisiert werden. Darüber hinaus muss bei unterschiedlichen Eingangs- und Ausgangsspannungen ein Transformator in die Bypass-Schaltung (AC-Eingang 3) eingebaut werden.
Die Last der Dual-Conversion-USV wird immer kontinuierlich vom Wechselrichter versorgt, unabhängig davon, ob der Wechselrichter von einem Gleichrichter oder einer Batterie gespeist wird. Die Ausgangsspannung und -frequenz der USV sind nicht von der Eingangsspannung und -frequenz des Netzstroms abhängig. Die Ausgangswellenform ist sowohl im Normalmodus als auch im Energiespeichermodus eine Sinuswelle. Aufgrund der Isolierung der Last vom Stromnetz durch Gleichrichter und Wechselrichter werden verschiedene Störungen des Stromnetzes unterdrückt, was zum Schutz vor Überspannungen/Spitzen, Leitungsstörungen, Unterspannung, Überspannung, Blitzschlag, Frequenzänderungen, Spannungsverzerrungen usw. führen kann. Spannungsoberschwingungen, Stromunterbrechungen und andere Störungen durch das Stromnetz. Der zulässige Spannungsbereich für die Eingangsstromversorgung einer Dual-Conversion-USV ist groß und die statische und transiente Genauigkeit der Ausgangsspannung ist hoch. Wenn die AC-Eingangsleistung ausfällt, kann sofort vom Normalmodus in den Energiespeichermodus gewechselt werden, ohne dass die Ausgangsleistung während des Umwandlungsprozesses unterbrochen wird. Mit anderen Worten: Die Umwandlungszeit beträgt Null. Wenn die USV jedoch ausfällt, beträgt die Übergangszeit vom Normalmodus in den Bypass-Modus 1-4ms.
Online-UPS
Online-USV wandelt Eingangswechselstrom in Gleichstrom und bei Bedarf wieder in Wechselstrom um, mit höchster Leistungsschutzfähigkeit, weit verbreitet in Stromversorgungssystemen, Computer-Rechenzentren und anderen Bereichen.
Die Online-USV sorgt dafür, dass der Wechselrichter immer betriebsbereit ist. Es wandelt zunächst externen Wechselstrom über den Schaltkreis in Gleichstrom um und wandelt dann Gleichstrom über einen hochwertigen Wechselrichter in hochwertigen Sinuswellen-Wechselstrom um, um ihn an den Computer auszugeben. Unter Stromversorgungsbedingungen besteht die Hauptfunktion darin, die Spannung zu stabilisieren und Funkwellenstörungen zu verhindern; Verwenden Sie während eines Stromausfalls eine Notstromquelle (Akku), um den Wechselrichter mit Strom zu versorgen. Aufgrund des kontinuierlichen Betriebs des Wechselrichters gibt es keine Probleme mit der Schaltzeit, sodass er für Situationen mit strengen Anforderungen an die Stromversorgung geeignet ist.
Online-USV ist in zwei Typen unterteilt: Bypass-freie und Dual-Conversion. Die SchaltungsstrukturDie Verwendung einer Bypass-freien Doppelwandlungs-USV ist relativ einfach und besteht aus einem Gleichrichter, einem Wechselrichter, einer Batterie usw. Die Doppelwandlungs-USV mit Bypass fügt ein USV-Schaltmodul hinzu, mit dem die USV vom Normalmodus in den Energiespeichermodus oder umgekehrt wechseln kann. Verbesserung der Flexibilität und Zuverlässigkeit des Systems.
Der Arbeitsmodus der Online-USV ist wie folgt: Wenn die Netzspannung normal ist, durchläuft die Netzspannung den Überspannungsabsorptionsfilterkreis → Wechselstrom-zu-Gleichstrom-Kreis → Gleichstrom-zu-Wechselstrom-Kreis → und wandelt dann den Wechselstromausgang um, um die Last zu versorgen gleichzeitiges Laden des Akkus; Sobald der Mikroprozessor-Steuerkreis eine Stromunterbrechung erkennt, entlädt er sofort die Batterie → wandelt Gleichstrom in Wechselstrom um → und wandelt den Wechselstromausgang zur Versorgung der Last um. Wenn der Mikroprozessor-Steuerkreis einen USV-Fehler erkennt, schaltet die USV über ein Relais (RELAY) auf den Bypass (BYPASS), versorgt die Last über das Netz mit Strom und gibt eine akustische Warnung an den Benutzer aus.
Online-USV bietet viele Vorteile, wie zum Beispiel den Sinuswellenausgang. Ob im Netz- oder Batteriemodus, es kann eine Sinuswellen-Stromversorgung mit geringer Verzerrung ausgeben und bietet so die beste Leistungsgarantie für die Lastgeräte der Benutzer; Keine Konvertierungszeit: Wenn die Netzstromversorgung unterbrochen oder wiederhergestellt wird, gibt es keine Konvertierungszeit für die USV, um zwischen Netzmodus und Batteriemodus umzuschalten, wodurch die Zuverlässigkeit des Lastbetriebs effektiv gewährleistet wird; Funktion zur Erkennung des Nulldrahtes am Eingang: Um eine Nulldraht-Verpolung am USV-Netzstromeingang zu vermeiden, verfügt sie über eine Funktion zur Erkennung der Nulldraht-Verpolung. Humanisierter Bypass-Ausgang, Eingang normaler Netzstrom, standardmäßig kein Bypass-Ausgang, muss eingeschaltet sein, um einen normalen Wechselrichterausgang zu haben, kann aber über die Softwarekonfiguration in „Netzstrom hat Bypass-Ausgang“ geändert werden; Die TVSS-Funktion, auch bekannt als Überspannungsschutzfunktion TRANSIENT VOLTAGE SURGE SUPPRESS, wird für Fax-, TELEFON-, MODEM-, Netzwerk- und andere Konvertierungsschutzfunktionen verwendet. Dual-Machine-Hot-Backup: Wenn die wichtigste Lastausrüstung des Benutzers absolut nicht ausgeschaltet werden darf, können Modelle mit einer Kapazität von 6 KVA oder mehr die Dual-Maschine-Hot-Backup-Funktion vollständig unterstützen. Benutzer können zwei USVs für den Primär- und Backup-Einsatz verwenden. Wenn einer von ihnen ausfällt, ist der andere für die Stromversorgung verantwortlich; Eingangsleistungsfaktorkorrektur, mit Eingangsleistungsfaktorkorrekturfunktion. Unter Volllastbedingungen kann der Eingangsleistungsfaktor 0,95 oder mehr erreichen, sodass die Stromnetzumgebung des Benutzers nicht verschmutzt wird; DC-Start. Wenn im Falle eines Stromausfalls eine USV zum Starten eines Computers oder anderer Lastgeräte benötigt wird, kann die Batterie direkt für den Gleichstromstart verwendet werden, wodurch die Verwendung der USV bequemer und zuverlässiger wird. Der Bypass-Schutz und die Bypass-Stromversorgungsfunktion verbessern die Notfallreaktionsfähigkeit der USV erheblich. Wenn die Lastausrüstung des Benutzers besondere Anforderungen an die Stromversorgung stellt, z. B. dass die Spannung nicht zu hoch sein darf, wird gleichzeitig ein Bypass-Stromversorgungsspannungsschutz bereitgestellt, um die Lastausrüstung des Benutzers vor Gefahren durch Hochspannung zu schützen. Automatische Startfunktion. Wenn die Netzstromversorgung abnormal ist und zur Stromversorgung in den Batteriemodus übergeht, bis diese unterbrochen wird, schaltet sich die USV ab. Wenn die Netzstromversorgung wieder normal ist, startet die USV automatisch und liefert normalen Strom, ohne dass der Benutzer jedes einzelne Gerät einschalten muss; Das langfristige Stromversorgungsdesign, das den Benutzern umfassende langfristige Maschinenoptionen bietet und mit geeigneten Batteriepaketen ausgestattet ist, ermöglicht es Benutzern, etwa 8 Stunden lang zu entladen, um den Anforderungen verschiedener Stromnetzumgebungen gerecht zu werden. Langlebige Maschinen verfügen über starke Ladefähigkeiten. Der Akku verlängert nicht nur die Entladezeit, sondern verfügt auch über eine starke Wiederaufladefähigkeit und liefert einen anfänglichen Ladestrom von etwa 5-10A; Die Selbsttestfunktion kann einen Stromausfall simulieren und zur Stromversorgung in den Batteriemodus wechseln. Diese Funktion kann jederzeit über die Selbsttesttaste am Bedienfeld oder in Verbindung mit einer Überwachungssoftware ausgeführt werden; Starke Anti-Interferenz, entwickelt in Übereinstimmung mit den internationalen Normen EN50091-2 und IEC61000-4-Serien, verbessert effektiv die Sicherheit und Zuverlässigkeit der USV-Nutzung; Kann in Verbindung mit einem Generator mit einem breiten Eingangsspannungs- und Frequenzbereich verwendet werden, sodass es über einen längeren Zeitraum in Verbindung mit Generatoren großer Marken verwendet werden kann. Gleichzeitig wird der vom Generator erzeugte schlechte Strom effektiv entfernt und so eine reine, sichere und stabile Stromquelle für die Last bereitgestellt. Kann induktive Lasten verarbeiten; Software herunterladen. Um die USV-Verwaltung für Benutzer komfortabler und effektiver zu gestalten, kann auf der Website kostenlos Überwachungssoftware heruntergeladen werden, um eine intelligente Verwaltung zu erreichen. Slot, ausgestattet mit einem Intelligent Slot. Benutzer können eine AS400-Karte wählen, um IBM AS400-Standardkommunikationssignale bereitzustellen. Benutzer können die AS400-Schnittstelle für die Fernanzeige verwenden, einschließlich akustischer Alarme und Lichtanzeigen. Alternativ können Sie eine WinPower CMC-Karte (zentrale Überwachungskarte) erwerben und mithilfe einer Überwachungssoftware einem Computer die gleichzeitige Überwachung des Betriebsstatus mehrerer lokaler Online-USV-Systeme ermöglichen.
Andere USV-Typen
Einschließlich Tower-USV und modularer USV. Tower-USV verfügt über eine unabhängige dreiphasige Struktur mit einer geringen Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls interner Komponenten und einer kurzen Wartungszeit, wodurch sie für Rechenzentren auf hohem Niveau geeignet ist. Modulare USVs erreichen die Redundanz der Leistungsmodule durch Parallelbetrieb, was den Vorteil niedrigerer Einzelmaschinenkosten und einer etwas höheren Effizienz mit sich bringt, aber auch eine höhere Ausfallrate mit sich bringt.
Hochfrequenzmaschinen und modulare USV-Stromversorgungen haben einige einzigartige Vor- und Nachteile. Die USV-Stromversorgung für Hochfrequenzmaschinen, auch als modulare Hochfrequenz-USV bekannt, verfügt über ein hochintelligentes modulares Schubladendesign. Durch das Hinzufügen oder Entfernen von USV-Modulen im Schrank kann es die Anforderungen an Leistungsausgang, Eingangsleistung und Zuverlässigkeit erfüllen, mit großer Flexibilität und bester Kosteneffizienz. Es verfügt über eine einfache Steck- und Trennfunktion, die nicht nur die Anforderungen an Leistungsabgabe und Zuverlässigkeit durch das Hinzufügen oder Entfernen von Modulen im Schrank erfüllt, sondern auch eine Online-Wartung ermöglicht, sofern die Redundanz dies zulässt, sodass keine Reparaturzeit erforderlich ist. Die Einführung der Vollsteuerungstechnologie, die fortschrittliche technologische Errungenschaften in den Bereichen Leistungselektronik und automatische Steuerung vereint, ist ein Meilenstein in der technologischen Revolution der USV-Branche. Die Hochfrequenz-USV-Stromversorgung ist klein und leicht. Starke Anpassungsfähigkeit an Schwankungen der Netzspannung; Der Eingangsleistungsfaktor des Netzstroms kann 0,99 oder mehr erreichen, wodurch der Oberwellengehalt des Netzeingangsstroms auf weniger als 5 % reduziert wird, die Verschmutzung des Stromnetzes minimiert und hörbare Geräusche (einschließlich elektrischer) eliminiert werden und mechanischer Lärm). Hochfrequenzmaschinen müssen jedoch Hochfrequenz-IGBTs verwenden, die in 20-kHz-USVs arbeiten können. Diese IGBTs sind teuer, haben eine begrenzte Versorgung, strenge Spannungs- und Strom-Arbeitsbereiche, eine schlechte Schlagfestigkeit, eine geringe Zuverlässigkeit und hohe Ausfallraten.
Bei einer modularen USV handelt es sich um ein System, das die Leistungskomponenten einer Hochfrequenz-USV in einzelne Leistungsmodule aufteilt, die dann parallel ausgegeben werden. Darüber hinaus sind auch das Bypass-Schaltmodul und die Steuereinheit modular aufgebaut, sodass die gesamte USV aus gestapelten Modulen besteht. Das größte Merkmal modularer USV besteht darin, dass der Leistungsteil problemlos eine Redundanzfunktion erreichen kann. Solange die überschüssige Leistung der USV-Belastbarkeit größer ist als die Leistung eines einzelnen Moduls, kann der Leistungsteil der USV eine „N+1“-Redundanz erreichen und dadurch die Zuverlässigkeit der USV-Stromversorgung verbessern. Ein weiterer Vorteil modularer USV ist ihre hohe Verfügbarkeit. Wenn ein Modul ausfällt, kann es direkt ausgetauscht werden, mit sehr kurzer Reparaturzeit und bequemer Wartung. Darüber hinaus wird bei modularen USVs häufig das Modell „Wachstum während der Investition“ erwähnt, was bedeutet, dass Benutzer während der anfänglichen Konstruktion weniger Strommodule kaufen und dann Strommodule für die USV-Erweiterung kaufen können, nachdem die Anzahl der Benutzergeräte während des Geschäftswachstums zunimmt. Die Systemstruktur der modularen USV ist hochflexibel und das Designkonzept der Leistungsmodule besteht darin, dass sie während des Systembetriebs einfach entfernt und installiert werden können, ohne den Betrieb und die Leistung des Systems zu beeinträchtigen, was eine Investitionsplanung ermöglicht, um eine „On-Demand-Erweiterung“ zu erreichen und zu ermöglichen Benutzern, mit der Geschäftsentwicklung ein „dynamisches Wachstum“ zu erreichen. Dies trägt nicht nur zur späteren bedarfsgerechten Erweiterung der Ausrüstung bei, sondern senkt auch die Anschaffungskosten.