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发表于 2008-6-1
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UPS不间断电源计算电池容量方法及注意事项
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/ A {; @; K7 d8 D. x& WUPS在机房工程中重要设备，它能保证正常市电中断后为弱电系统提供有效的电力保障，不会因为没有，造成整个弱电系统瘫痪。UPS的时间长短，取决机房设备的重要性，但弱电工程中大部分是要求保证4小时左右，数据中心除外，也取决于甲方对弱电系统的重视与否。今天了解UPS原理及组成， UPS如何配制，如何确定电池数量决定时间长度的？
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, t" o+ U. p6 p一、UPS原理与组成" b6 r* S! F9 r3 E L
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1、原理：UPS（Uninterruptible PowerSystem/Uninterruptible Power Supply），即不间断电源，是将蓄电池（多为铅酸免维护蓄电池）与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换城市电的系统设备。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备如电磁阀、压力变送器等提供稳定、不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流式电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时， UPS 立即将电池的直流电能，通过逆变器切换转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS 设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护。
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2、组成：UPS电源系统由五部分组成：主路、旁路、电池等电源输入电路，进行AC/DC变换的整流器（REC），进行DC/AC变换的逆变器（INV），逆变和旁路输出切换电路以及蓄能电池。其系统的稳压功能通常是由整流器完成的，整流器件采用可控硅或高频开关整流器，本身具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能，从而当外电发生变化时（该变化应满足系统要求），输出幅度基本不变的整流电压。净化功能由储能电池来完成，由于整流器对瞬时脉冲干扰不能消除，整流后的电压仍存在干扰脉冲。储能电池除可存储直流直能的功能外，对整流器来说就像接了一只大容器电容器，其等效电容量的大小，与储能电池容量大小成正比。由于电容两端的电压是不能突变的，即利用了电容器对脉冲的平滑特性消除了脉冲干扰，起到了净化功能，也称对干扰的屏蔽。频率的稳定则由变换器来完成，频率稳定度取决于变换器的振荡频率的稳定程度。为方便UPS电源系统的日常操作与维护，设计了系统工作开关，主机自检故障后的自动旁路开关，检修旁路开关等开关控制。8 z ~" ^) H* M5 X Z
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+ @% E4 x& L7 I% G2 {8 P二、先确定功率段8 S# t1 G) J5 a0 h$ q( g
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简而言之，首先就是要确认我们希望UPS带载的设备的功率，然后就可以确认好UPS的功率。一般来说，我们建议负载功率占到UPS功率的30%~80%。如果负载太大的话，如同时启动时可能会造成UPS电源过载，负载太小时，不但造成了浪费，对电池的性能来说也不好。# }+ D! {/ b | p; q6 ]
/ I2 d S' J5 ]1 v- \% b三、UPS工作方式
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8 E; U5 r; G1 y3 @* a0 M 目前市场上多见的工作方式有后备式、在线互动式、在线双变换（线纯在线）这三种，具体如下：
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3 t, i/ b+ D. j' |/ ` （1）后备式的UPS，不带稳压，市电与电池转换时有转换时间，一般用于个人电脑保护，或对UPS电源性能要求不高的情况下使用，此类型的UPS功率段一般较小；( \( ?2 ^& [+ R5 f, B) j' t) i
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（2）在线互动式，不带稳压，市电与电池转换时有转换时间，但有调压功能，一般用于配线间或微型机房，保护服务器及网络设备等，此类型的UPS功率段一般在5KVA以下。( Y5 O3 E4 I6 a# V9 M$ `5 d
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（3）在线双变换UPS，市电与电池转换时无转换时间，无切换时间一般也是用于保护服务器或网络设备以及机房里的其他设备，此类型的UPS功率段从小到大都有，跨度比较大1KVA~1000KVA，目前市场上较为多见。
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& }/ i8 A+ c. E 以上几种UPS电源的性能从高到低依次为：在线双变换、在线互动式、后备式。价格一般与性能成正比。那是不是我们一定要选择贵的UPS呢？答案是否定的。正如我们的标题，我们要选择适合自己的UPS。如果是给个人电脑用，那么您选择后备式的UPS就可以，如果是给服务器用，则应该在在线互动式与在线双变换中来选择，选择应该按以下条件来进行：3 s* q" c, x9 ^5 |% B
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1、设备要求: d' c" y* t4 b( B, h/ f
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看您的设备是否需要很高精度的供电，可查看负载设备的铭牌上的标识或询问设备厂家。如需高精度的供电，则需要选择在线双变换的UPS。其次是看负载类型，有的负载是不允许供电有闪断，如：继电器类的设备或开关信号的设备，若您为这种类型的设备配备在线互动式的UPS，那么就有可能在UPS市电与电池切换时，负载有断电或误动作，因此对于这类的设备应该选择在线双变换UPS。如果您的设备没有以上两个要求，则可以继续下面步骤。 |" L" K2 H9 _1 Z
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2、当地电网! w3 u/ e9 G* V$ R7 s$ u p
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如果当地电网质量相对较好，也就是说平时电压波动较小，这个时候就可以考虑选择在线互动式的UPS。但是如果当地电网质量较差，电压波动较大，那么我们建议使用在线双变换的UPS，这是由于这类型的UPS对市电的适应能力要好于在线互动式。' g+ o1 D; m8 g* Z; L& h
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3、UPS转电池后续航时间3 D4 k, E3 C; G9 j
& L. r$ {3 r" N3 B2 W 如果您要求较长时间延时，可以考虑选择标长两用的机器或买不带内置电池的UPS，这两种UPS电源都可以外配原装电池或第三方电池，以达到较长时间延时的目的。, T5 |& f. R+ E: T
: [+ b! p& S5 O4、安装方式
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+ ~- _1 y3 @8 M2 D0 I; H8 j1 R6 Y 一般来说，UPS电源有两种安装方式，一种是塔式安装，一种是机架式安装，可根据您的机房环境或现场环境来选择，而且还需要注意，不是所有的UPS电源都同时支持这两种安装方式，大多数情况下，机架式的UPS也可以做塔式安装，但塔式的UPS不一定能做机架式安装，因为塔式的UPS可能没办法安装导轨。因此，确认好UPS功率段及工作方式后一定要确认一下UPS电源是否可以满足您的安装要求。
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, ^# A5 J; K/ D' O9 J; B7 ~四、如何计算UPS所配电池的数量
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5 | Q! C5 R$ ~1、蓄电池计算方法：
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6 I7 c1 N* A* Q例如一台40KVAUPS,直流电压为384V，每组为12V电池32节，如果后备时间要求2小时，则计算电池的容量为：4 _% s1 e( h# y; }0 H
+ ?) J' c7 c) H/ L4 s. O/ z/ u: g40000VA*2H/(0.7*384V)=297AH
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所以选择3组100AH电池，共96节。- H, i9 b X* S4 A" f1 Y& I
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电池组的电流为40KVA/384V=104A，所以电池连线选择50mm2电缆。
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电池总数=(功率/直流电压*小时)/每块安时*每组块数8 P: I, z( q, _. V
7 S1 {4 r% \4 ^( L {* A. B其中功率为UPS的功率，直流电压为UPS电池供电所要求的电压，不同功率的UPS直流电压不同，每组块数为所要求电池的最小块数，一般配置电池时，必须为每组块数的整数倍，常见的UPS直流电压和每组块数如下(电池每块以12V为计算依据)：
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! ~* A% Y t% p/ q+ {" U9 ]举例来说，配置一台5K8小时延时的UPS，其功率为5000，直流电压为96V，每组电池8块，配置100AH电池，其所需电池总数为：(5000/96*8)/100*8=32块
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UPS—UninterruptiblePowerSystem是不间断电源系统的简称。作用是提供不间断的稳定可靠的交流电源，在市电中断(停电)时UPS之所以能不间断的供电。是有蓄电池储能的结果。所能供电时间的长短由蓄电池的容量大小决定。现将
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2、UPS蓄电池配置的计算方法介绍如下：9 v7 o7 [* X. c& ^( B! r3 b
& |& S- P2 w! H/ u0 jA、下列因素影响备用时间：
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1、负载总功率P总(W)，考虑到UPS的功率因数，在计算时可直接以P总的伏安(VA)为单位来6 U4 `, n9 b$ t7 ?
k: g3 e# U- _2、V低是蓄电池放电后的终止电压(V)，2V电池V低=1.7V;12V电池V低=10.2V5 c% [- T9 b) ^9 y# ~7 f) N. n
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3、V浮是蓄电池的浮充电压(V)，2V电池V浮=2.3V;12V电池V浮=13.8V
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: T+ w. H# W( U8 N, f! ?# i5 e. G2 ]4、Kh为电池容量换算系数(Ct/C10)，10Hr放电率为1，5Hr放电率0.9，3Hr放电率为0.75，1Hr放电率为0.6
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1 u) R! ^" H" \+ ?2 ^5、I为电池工作电流(A)，T为连续放电时间(H)，V为UPS外接电池的直流供电电压(V)0 X; U7 `3 D( c9 c
' z7 g2 R# m1 a! {8 _B、计算方法
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1、12V单体电池的数量N：N=V÷122V单体电池的数量为6N
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" L, ?* x0 S n7 w- @2、电池工作电流I：I=P总÷V) o% q) [2 e* i/ ~5 `
3 [) a1 s, I0 T3、实际电池容量C：C=I×T÷Kh. B( y X" |* F
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例如：功率为1KVA的电源备用时间4小时，选择科士达UPS的型号为HP9101H，V=36V，则- Q+ {& V! r4 F9 N' D% }& ~4 w/ ~2 |
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①N=36V÷12V=3节6 j) M; D" j+ @0 G! N
2 B5 D! U2 U% l# v8 y. C& J②I=1000VA÷36V=28A3 o9 _" r2 c2 ^- x3 J
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③C=24A×4H÷0.9=124AH
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④电池的配量可选用100AH一组3节，或65AH二组6节，选用的结果有偏离，这要看用户的需求和成本的考虑。
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2 y; a8 S* E' T注：12V蓄电池常用容量规格为7Ah、17Ah、24Ah、38Ah、65Ah、100Ah、200Ah等。
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五、UPS注意事项3 \. y$ P7 w; }$ r+ F- @4 w# l
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1）UPS的使用环境应注意通风良好，利于散热，并保持环境的清洁。7 L8 K j% p" ?6 ]1 V
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2）切勿带感性负载，如点钞机、日光灯、空调等，以免造成损坏。
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; P1 @% o, s5 C: }3）UPS的输出负载控制在60%左右为最佳，可靠性最高。
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& {2 ?* P z2 N4）UPS带载过轻（如1000VA的UPS带100VA负载）有可能造成电池的深度放电，会降低电池的使用寿命，应尽量避免。( l5 Q6 y- B% v, m K7 f
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5）适当的放电，有助于电池的激活，如长期不停市电，每隔三个月应人为断掉市电用UPS带负载放电一次，这样可以延长电池的使用寿命。
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6）对于多数小型UPS，上班再开UPS，开机时要避免带载启动，下班时应关闭UPS；对于网络机房的UPS，由于多数网络是24小时工作的，所以UPS也必须全天候运行。. d4 X: I- m0 x1 Q' @: l% V
* |0 S4 l% H' ` t; Y7 p/ _7）UPS放电后应及时充电，避免电池因过度自放电而损坏。, A+ o3 ^' v7 N& @
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总结，UPS在应用非常广泛，几乎所有机房工程都会用到UPS电源，了解个掌握必备的知识是十分有必要的，这样对设计及后期施工有一定帮忙，至少不会因为满足不了4个小时发担忧。 |
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