科士达UPS电源整流器的工作原理

现代的整流充电器分降压型和升压型两种，降压型主要用于科士达UPS电源电池组电压低于输入交流峰值电压一定值的情况，而升压型主要用于UPS电池组电压高于输入交流峰值电压的情况。

一、科士达UPS电源输入配电系统

在数据中心的科士达UPS电源供电系统中，输入电路一个最重要的指标就是输入功率因数。输入功率因数低会造成成下面的不利影响：

（1）导致输入供电线路上各环节的早期老画

输入功率因数低的原因是输入谐波电流成分含量大，谐波电流经过输入电缆时，使电缆产生附加发热量，导致电缆外皮材料长期发热、变软、变脆、变酥、变碎；谐波电流经过输入断路器（开关）时，开关出点由于长期发热而导致接触不良，一个正反馈的效应是开关过早时效；谐波电流经过输入保险丝时，由于长期的附加发热而导致熔丝变软、下垂（使整个保险丝粗细变得不均与）、自然断裂而引起断电。

（2）不能充分利用输入功率

由于输入功率中含有大量的无功分量，有功功率被吸收，无功功率在电缆中往复流动，使正常的有效电流通道变窄，由于线路的拥挤而使单位截面积伤的电流密度加大，功耗加大。根据欧姆定律。导线上的功耗P为

P=I2R

由上式可以看出，线路上的功耗和电流I的平方值成正比，与导线的电阻R成正比，而发热量又是功耗P和时间T的函数，即

Q=0.24Pt

这样一个长期效应造成了电力的浪费。

（3）对供电电网产生干扰

输入电路是可控硅（闸流管）整流器时，由于可控硅的开启往往伴随着高压电和大电流，不但破坏了输入电压波形，而且还形成很强的传到干扰和辐射干扰，应系那个了同一线路上其他用电设备的正常运行。

（4）使前置发电机的装机功率成几倍增大

输入功率因数低（一般未经补偿的值为功率用单相二极管整流器的0.6，较大功率用三相可控硅全波整流6脉冲整流的0.8），可导致前置发电机的装机功率至少3倍于UPS的额定功率。

二、工频科士达UPS电源与高频整流器

由前面的讨论可以看出，UPS输入功率因数低的主要原因在于输入部分的电路结构和工作方式。现代的整流充电器分降压型和升压型两种，降压型主要用于UPS电池组电压低于输入交流峰值电压一定值的情况，而升压型主要用于UPS电池组电压高于输入交流峰值电压的情况。

降压整流器有工频和高频之分，而工频又有稳压和不稳压之分。下面以UPS中应用最广的稳压工频电路为例进行讨论。一般采用三相整流，是因为三相整流的脉动系数和纹波系数都低。一个三相可控硅全桥整流电路中用了6只可控硅整流器，需要6个脉冲进行分别控制，也俗称其为6脉冲整流。三相全桥整流电路是按线电压工作的，在市电为额定值380V/220V时的最高整数流出电压可达到

1、科士达UPS电源

高频科士达UPS电源又称模块化高频UPS电源，这种UPS电源主要采用采用抽屉式高智能模块化设计，可通过增减柜内UPS模块来满足功率输出输入及可靠性要求，具有极大的弹性，实现最佳性价比。具有易插拔功能，不仅可以通过增减机柜内的模块来满足功率输出及可靠性要求，只要冗余允许还可以在线进行维护，实现零维修时间。采用全数化控制技术，集中了当今电力电子和自动控制领域最先进的技术成果，是UPS行业技术革命的一块里程碑。

高频UPS电源有体积小，重量轻;对市电电压波动的适应能力较强;可以使用市电输入功率因数达到0.99以上，使市电输入电流的谐波含量小于5%，对市电电网的污染小，可以消除可闻噪声(包括电噪声和机械噪声)等优势。

高频UPS必须采用可以在20kHzUPS中工作的高频IGBT,这种IGBT价格贵、货源少，有严格的电压、电流工作区域，抗冲击能力差，可靠性低，故障率高。

2、科士达UPS电源

从设计原理方面来讲，模块本身就是一台UPS电源，包括整流器、静态旁路开关及附属的控制电路等。模块化最大的优点是能够提高系统的可靠性和可用性，一个模块出现故障并不会影响其他模块的正常工作，其可热插拔性能够大大缩短系统的安装和修复时间。可见，模块化UPS电源的系统结构极具弹性，功率模块的设计概念是在系统运行时可随意移除和安装而不影响系统的运行及输出，使投资规划实现“随需扩展”，让用户随业务发展实现“动态成长”，既满足了后期设备的随需扩展，又降低了初期购置成本。用户在预计UPS电源容量时，时常会出现低估或高预计等情况，模块化UPS电源有效的解决以上问题，帮助用户在未来发展方向尚不明确的情况下分阶段进行建设和投资。当用户负载需要增加时，只需根据规划阶段性的增加功率模块。

模块化科士达UPS电源可以根据当前的业务需求进行配置，并且能够在以后添加更多的模块。这种系统的优化能力显著降低了总拥有成本。模块化设计在重新配置功率以满足不断变化的业务需求方面，提供了极大的灵活性。在安装、升级、重新配置或移动模块化系统时，其独立组件、标准接口以及简单的操作既节省了时间又节省了费用。

1、正常情况下，并机系统中的UPS按各自在系统中的份额承担负载，最大可承担160KVA负载(负载小于80KVA时，形成双机冗余系统);

2、当一台科士达UPS电源故障时，该UPS自动退出并机系统，负载由剩余的UPS按比例承担，直至UPS系统出现过载全部UPS转向静态旁路为止;

3、在不影响负载供电情况下，可随时对并机系统内的一台UPS停机维护;

4、任意2台或2台以上的同系列UPS均可组成并机系统，并机简单易行;

5、分立旁路，过载能力更强，可靠性更高;

6、模块并机，方便快捷;

7、环形并机通讯，具有更高的可靠性。

以上就是并机的优点，缺点也是非常显而易见的那就是需要的成本比较高，大家可以根据自己的实际情况来进行配置。

网络数据中心机房，安全监控系统机房等都配备了科士达UPS电源。当雷电来临时，科士达UPS电源能否在正常运行的同时又可确保其所处系统的防雷安全。本文基于科士达UPS电源的基本工作原理及其特点，对雷电对科士达UPS电源的侵害进行分析，并提出科士达UPS电源系统的雷电防护措施。

一、科士达UPS电源概述

1、科士达UPS电源的基本工作原理

科士达UPS电源的主要工作过程是滤波—整流—逆变，另外还包括像充电器及蓄电池、锁相同步网络、交流旁路供电通道、微处理器、通信接口等一些辅助工作的单元。

2、科士达UPS电源的类型及其特点

从主电路结构和不间断供电的运行机制来看，目前技术成熟并已形成产品的各种科士达UPS电源主要有3大类：（1）后备式科士达UPS电源；后备式科士达UPS电源的特点是转换效率高，当市电供电正常时，逆变器处于停止工作状态，负载上得到的是经过简易稳压处理的市电，只有在市电供电不正常时，逆变器启动，向负载供电。其噪声低、价格比较低廉。（2）在线互动式科士达UPS电源；在线互动式产品属科士达UPS电源的中间型产品，具有稳压精密、运行稳定、智能化和安全保护等特点。因此它既具有后备式转换率高、可靠性高的优点，又具有在线式供电质量高、转换时间短的优点，且价格适中。（3）在线式科士达UPS电源（又可分为：双变换在线式科士达UPS电源官网和双向变换串并联补偿在线式科士达UPS电源两种）；在线式科士达UPS电源的特点是在正常情况下无论有无市电，它总是由科士达UPS电源的逆变器对负载供电，这样就避免了所有由市电电网电压波动及*带来的影响，真正实现了对负载的无*、稳压、稳频供电，且在由市电供电转换到蓄电池供电时，无转换时间。因此，其供电输出的电源品质高，保护性能最好，但是结构复杂，成本相对较高。

当今的科士达UPS电源已在大量引进微处理器监控技术的基础上发展成为一种智能化科士达UPS电源.同时，为更好地适应网络环境的要求，科士达UPS电源的智能网络功能正向以简单网路管理协议为标准的广域管理结构发展。这样，微电子设备在科士达UPS电源上的应用愈来愈广泛。

科士达UPS电源是强电与弱电相结合的精密电子设备，其构成中除大功率的电力元件外，还包括CPU板、逻辑控制板、整流器控制板、逆变器控制板等微电子控制部件。科士达UPS电源微电子控制部件的主要元器件是各种集成电路（IC），而IC对电磁环境的要求较高，当IC处于幅度为0.3GS（高斯）的电磁脉冲环境下，会使机器发生误动作，电磁脉冲幅度为0.75GS时，IC元件会出现假性损坏，幅度为2.4GS时，IC元件将出现不可逆永久性损坏。对于微电子设备来讲，危害最大的是雷电电磁脉冲，它无孔不入，隐含杀机。

二、科士达UPS电源不能阻挡雷电流的侵害的原因

1、科士达UPS电源安装在重要设备的前端，所以当雷电直击到低压电源线或在电缆上产生感应雷电时，电源导线上的过电流过电压经过配电系统，首先冲击科士达UPS电源，而科士达UPS电源稳压范围一般单相在160~260V，三相在320V~460V之间。要防止瞬间10~20kV的雷电冲击波的过电压幅值是不可能的，因此当雷击来临时，它最先受到雷电流的冲击。

2、内部安装有防雷器件的科士达UPS电源分为两种类型：1）装有不合标准的防雷器件的科士达UPS电源这类是生产厂家为了节省成本，只是象征性地装一组小功率的金属氧化锌压敏电阻MOV，只能对很小的感应雷电有一定的防护作用。2）部分进口科士达UPS电源及国内著名科士达UPS电源厂生产的科士达UPS电源，是根据国际IEC801-5的标准（抑制吸收电源供电线路输入端的雷电电压及电流的强浪涌，其冲击电流为20kA，冲击电压为6kV，波形为8/20μs），安装有标准的防雷器件。而这一类科士达UPS电源是否能完好的保护科士达UPS电源本身，并达到保护其它后续电源及设备免遭雷电侵害的目的，经长期的监测的统计资料表明，直击雷在一般低压架空线路产生的过电压幅值高达100kV，电信线路高达40~60kV.感应雷电过电压幅值在无屏蔽架空线上最高幅值达到20kV，无屏蔽地下电缆可达10kV，由此可知，即使装有标准防雷器件的科士达UPS电源，在其电源线路前端（配电室、房、柜及箱）没有加装有效的高能量防雷器件，这类科士达UPS电源同样会遭到雷击损坏。

3、智能化的科士达UPS电源中，信号接口或远程控制用通信线接口，有的没有装浪涌电路，有的仅装有小功率的浪涌抑制电路，均无法防止感应雷击，因此其信号或通信线接口也成为雷电波侵入的主要渠道。

综上分析，没有安装防雷器件的科士达UPS电源，可以说是没有防雷功能，只能对市电网过电压或很小的杂散电流起到电源净化和保护的作用。当雷击来临时，它本身首先被击坏；内装防雷器件的科士达UPS电源，也不能完善地保护其自身，并达到保护其它设备的电源免遭雷电侵害；从架空电源线和信号线上侵入的直击雷过电压和感应雷过电压，是造成智能型科士达UPS电源损害的主要原因。因此，加强对科士达UPS电源的雷电防护措施是十分必要的，同时也具有重要的现实意义

三、科士达UPS电源的雷电防护

直击雷、感应雷和雷电电磁脉冲等都有可能对科士达UPS电源造成损害，因此要做好科士达UPS电源的防雷就必须严格遵守《建筑物电子信息系统防雷技术规范》综合防雷系统的要求，做好以下几点：

1、要将外部防雷措施和内部防雷措施统筹兼顾，全面规划，切实做好接地和等电位连接。完善设备所在建筑物外部防雷系统，按照国标《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94（2000年版）），安装接闪器，引下线以及防雷接地网等设施。做好机房接地，根据国标《电子计算机房设计规范》（GB50174-1993），交流工作地、直流工作地、安全保护地、防雷接地宜共用一组接地装置，其接地电阻按其中最小值要求确定；如果必须分设接地，则必须于两地之间加装等电位共地联结器。

2、要采取多级防护措施。所谓多级防护就是按照电磁兼容的原理，分层次地对雷电流进行削弱，在动力线进户配电柜、楼层配电柜以及机房进户配电盒，安装适配的避雷器。对于有信号或通信接口的科士达UPS电源，为防止雷电波从信号或通信线引入，必须在信号或通信线接口处加装相应的信号避雷器。雷电防护的中心内容是泄放和均衡，泄放将雷电流尽可能多的、尽可能远的是泄放于地，而拒之于通信系统之外。均衡是减小雷电流在诸导电物体上产生的电位差，防止雷电流的反击。

3、科士达UPS电源的安装位置要讲究。依据国际电工委员会ICE1312一1（（雷电电磁脉冲的防护》的建筑物分区方法，科士达UPS电源机房属LPZ1区，在本区内的物体不可能遭受直接雷击，在本区内的电磁场有可能衰减。就是科士达UPS电源应安装在LPZ1区内，同时，为防范雷电流产生的强电磁场，科士达UPS电源放置离墙应有一定的距离，与外墙立柱钢筋引下线的距离≥0.83m，即设备处在雷电流磁场的安全区内。并把机器外壳屏蔽接地，机柜门用导线与地加强连接，机柜内成为LPZ2区。

避雷器应选用质量可靠，性能优良，并经相关部门备案的产品。

1、选择SPD，要满足以下三条基本要求：1）安装SPD之后，在无电涌发生时，SPD不应对电气（电子）系统正常运行产生影响。2）安装SPD之后，在有电涌发生的情况下，SPD能承受预期通过的雷电流而不损坏，并能箝制电涌电压和分走电涌电流。3）在电涌电流通过后，SPD应迅速恢复高阻状态，切断工频续流。

2、一般，将SPD安装在被保护设备以及科士达UPS电源前端，SPD所有连接导线应尽可能短，特别是接地线，其长度不宜大于0.5m.所有连线应规整，平直，线径应符合表4-1的要求

为了降低负载设备接地不良而引起的电击危险，在安装计算机接口信号线时，应将交流输入电源断开，只有在连接了全部信号接头后才能接上电源。
安全说明

即使UPS没有和市电连接，它的电源输出插座仍有220V电压。

为了降低负载设备接地不良而引起的电击危险，在安装计算机接口信号线时，应将交流输入电源断开，只有在连接了全部信号接头后才能接上电源。

将UPS接到带地线的交流输入电源上必须带有适当的支路保护器（断路器），接到任何其它型号插座上都可能导致电击伤害。

充电线或电源线若需要换，请向本公司服务站或经销商购买原材料，以避免因容量不足而造成发热或打火，引起火灾。

不能用火对电池或电池组进行处理，否则会爆炸伤人。

勿将电池打开或损坏，溢出的电解液具有很强的毒性，对人体有害。

请避免电池正负极短路，否则会导致电击或着火。

请勿自行打开UPS机壳，有触电危险。

不要触摸电池连接端子。电池回路与输入电压回路不隔离，在电池端子与地间会有高压危险。

不宜接吹风机，电热器之类的电器设备，以确保机器的安全。

【注意】

科士达UPS电源内有高压，为避免伤及人身安全，如有任何问题请咨询经销商专业人员。

勿尝试维修UPS，UPS不含有任何用户可能维护的部件且这台UPS包含有潜在的危险电压，维修只能由经过工厂培训的合格维修人员进行，用户维修或自行改装，则将被取消保修资格。

安装注意事项

放置UPS的区域必须有良好通风，远离水，可燃气体和腐蚀剂。

不宜测放，应保持前面板下面端进风孔﹨后盖板风扇出风孔和箱体侧面进风风孔通畅。

UPS周围环境温度应保持在0℃—40℃之间。

机器若是在低温下拆装使用，可能会有水滴凝结现象，一定要等待机器内外完全干燥后才可安装使用，否则有电击危险。

请将UPS在市电输入插座附近，以便紧急情况时拔掉市电输入插头，切断电源。

【注意】

负载与UPS连接时，须先关闭负载，再接线，然后再逐个打开负载。

将UPS接到专用的带有过电流保护装置的插座上。

所用电源插座应连接保护地端。

无论输入电源线是否插入市电插座，UPS输出都可能带电，关闭UPS并不能保证机内部件不带电。如果要使UPS无输出，须先关掉开关，再取消市电供应。

需接电动机、显示器、激光打印机等电感性负载时，因其运行启动功率过大，选择UPS时，容量要以启动功率来计算。启动功率一般取额定功率的两倍。

若接发电机，需按以下步骤进行：

启动发电机，待其运行稳定后将发电机的确输出电源接到UPS，输入端（此时要确定UPS为空载），然后按开机程序启动UPS，UPS启动后，再逐个连入负载（建议以UPS两倍容量来选择发电机容量）。

维护与保养

标准机型的电池为阀式调节、低维护型、只需经常保持充电以获得期望寿命。UPS在同市电连接时，不管开机与否，始终向电池充电，并且提供过充、过放电保护功能

如果长期不使用UPS，建议每隔四到六个月充电一次。

正常情况下，电池使用寿命为三到五年，如果发现状况不佳，则必须提早更换。更换电池时，必须由专业人员执行。

电池不宜个别更换，整体更换时应遵守电池供应商的指示。

正常时，电池每四到六个月充、放电一次，放电至关机后充电，且标准机充电时间不得少于12小时。

在高温地区，电池每隔两个月充、放电一次，标准机充电每次不得少于12小时。

【注意】

更换电池以前须关闭科士达UPS电源并脱离市电。

脱下如戒指、手表之类的金属物品。

使用带绝缘手柄的螺丝刀，不要将工具或其它金属物放在电池上。

连接电池线时，在接头处出现细小火花属正常现象，不会对人身安全及UPS造成危害。

千万不可将电池正负极短接或反接。