《機(jī)房UPS容量/電池后備時(shí)間快速計(jì)算方法》

1、快速估算機(jī)房IT設(shè)備功率：知道機(jī)柜數(shù)量，以1個(gè)機(jī)柜負(fù)載3~5KW計(jì)算IT設(shè)備總功率；

2、普通PC功率約200W，蘋果機(jī)約300W，服務(wù)器約300W~600W，其它請(qǐng)查閱設(shè)備說明書；

3、設(shè)計(jì)UPS時(shí)，計(jì)算出UPS容量后，配置UPS數(shù)量推薦采用N+1冗余部署；

4、電池計(jì)算，最快捷的方法可以查UPS廠家的電池配置表，簡單快捷；想了解具體算法請(qǐng)參閱本文；

1UPS容量快速計(jì)算方法

計(jì)算公式：UPS容量KVA＝負(fù)載功率KW÷功率因數(shù)÷0.7；

1、負(fù)載功率KW：需要帶載IT設(shè)備的負(fù)載功率，一般用KW表示（如10KW）

2、UPS容量KVA：UPS容量一般用KVA表示（如10KVA，UPS容量KVA*功率因數(shù)=KW，一般情況下KVA≧KW，只有當(dāng)功率因素為1時(shí)，KVA=KW)

3、UPS最大帶載功率KW＝UPS容量KVA×功率因數(shù)（功率因數(shù)一般在0.8～1之間，查UPS參數(shù)表可得，一般取0.8）

4、配置UPS時(shí)，建議UPS所帶的負(fù)載功率（KW）約為UPS最大帶載功率（KW）的70%為佳；

計(jì)算示例：以10KW負(fù)載為例，計(jì)算所需要UPS容量步驟如下：

第一步：套用公式，UPS容量KVA＝10KW÷0.8÷0.7=17.85KVA；

第二步：選用合適的UPS，根據(jù)以上結(jié)果實(shí)際可選用20KVA的UPS滿足要求；

2UPS電池容量的快速計(jì)算方法

電池計(jì)算方法一

計(jì)算所需電池安時(shí)數(shù)(AH)（此方法簡單快捷，一般的估算，采用此方法即可）

計(jì)算公式：電池安時(shí)數(shù)(AH)=UPS標(biāo)稱功率(VA)×功率因素×延時(shí)時(shí)長(小時(shí)數(shù))÷逆變器啟動(dòng)電壓(電池組電壓)÷逆變器效率；

1、功率因數(shù)一般取0.8；

2、逆變器效率一般取0.9；

3、逆變器啟動(dòng)電壓(電池組電壓)根據(jù)不同型號(hào)UPS而不同（查UPS參數(shù)可得）

計(jì)算示例：以3000VA

UPS

延時(shí)4小時(shí)為例，計(jì)算步驟如下：

每一步：查UPS參數(shù)，得UPS逆變器啟動(dòng)電壓(電池組電壓)：U=96V，選用電池額定電壓：U1=12V，得出每組電池?cái)?shù)量：N=U÷U1=96V÷12=8節(jié)/組；

第二步：套用公式，電池安時(shí)數(shù)(AH)=3000VA×0.8×4小時(shí)÷96V÷0.9=111AH；

第三步：選用合適的電池，以上結(jié)果得出需要111AH的蓄電池才能滿足4小時(shí)的供電，但是常規(guī)蓄電池一般沒有容量為111AH的，且需要8節(jié)/1組，我們可以選擇2組(16節(jié))65AH的蓄電池并聯(lián)進(jìn)行配置，其延時(shí)時(shí)間為:65AH×2÷3000VA÷0.8×96V×0.9=4.68小時(shí)；

注：以上算出的電池安時(shí)數(shù)(AH)也常理解為：電池放出容量；如果電池放電效率不為1，參照以下公式換算出電池標(biāo)稱容量，再選電池。電池放出容量=電池標(biāo)稱容量×電池放電效率；電池放電效率不同型號(hào)參考值有：

0.4?/0.5/0.6/0.7/0.8/0.9/1；

電池計(jì)算方法二

計(jì)算電池最大放電電流值（I最大）（此方法相對(duì)精確，如果追求更精確的配置，可采用此方法）

計(jì)算公式：I最大=Pcosф/（η*E臨界*N）

1、P：UPS電源的標(biāo)稱輸出功率；

2、cosф：UPS電源的輸出功率因數(shù)（UPS一般為0.8）

3、η：UPS逆變器的效率，一般為0.88~0.94（實(shí)際計(jì)算中可以取0.9）

4、E臨界：蓄電池組的臨界放電電壓（12V電池約為10.5V，2V電池約為1.7V）

5、N：每組電池的數(shù)量；

6、根據(jù)所選的蓄電池組的后備時(shí)間，查出所需的電池組的放電速率值C，然后根據(jù)：電池組的標(biāo)稱容量=

I最大/C，算出電池組的標(biāo)稱容量；時(shí)間與放電速率C示例表如下：

30分鐘

60分鐘

90分鐘

120分鐘

180分鐘

0.92C

0.61C

0.5C

0.42C

0.29C

計(jì)算示例：以300KVA

UPS延時(shí)30分鐘為例，計(jì)算步驟如下：

第一步：查UPS參數(shù)，得UPS逆變器啟動(dòng)電壓(電池組電壓)：U=360V，選用電池額定電壓：

U1=12V，得出每組電池?cái)?shù)量：N=U÷U1=360V÷12=30節(jié)/組；

第二步：套用公式，I最大=P×cosф÷（η×N×E）=300000VA×0.8÷（0.9×30×10.5）=846A；

第三步：套用公式，得出電池組的標(biāo)稱容量=I最大/C=846÷0.92=919AH；

第四步：選用合適的電池，以上結(jié)果得出電池組的總?cè)萘?919AH×30節(jié)×12V=330840AH，可采用電池150AH

30節(jié)6組；

電池計(jì)算方法三

電池恒功率計(jì)算法（此方法相對(duì)精確，快捷，計(jì)算出恒功率數(shù)值后，查電池廠家恒功率表）

恒功率計(jì)算公式：W=(P·cosΦ)/(ηN·6)

2V單體電池放電截止電壓：1.70V；

UPS輸出功率因數(shù)cosΦ：0.8；

UPS逆變效率η：0.95；

UPS電池節(jié)數(shù)：N（一般為12V電池的節(jié)數(shù)，查電池恒功率表一般是電池2V對(duì)應(yīng)的W數(shù)，換算成2V電池節(jié)數(shù)：N*6）

計(jì)算示例：以400KVA

UPS延時(shí)30分鐘為例，計(jì)算步驟如下：

第一步：套用公式，W=(400×1000×0.8)/(0.95×32pcs×6)=1754.39W

第二步：計(jì)算出W值后，查電池恒功率表如下（可選977.7的2組，滿足要求）：

補(bǔ)充說明：UPS后備蓄電池的容量計(jì)算方法很多（電源法、恒功率法、恒流法、估算法等），各種計(jì)算方法各有側(cè)重點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中需要綜合考慮蓄電池的使用情況，UPS所帶負(fù)載情況以及應(yīng)用的場合來選擇適合的電池容量計(jì)算方法。

3UPS分類：工頻機(jī)和高頻機(jī)區(qū)別

一、工頻機(jī)和高頻機(jī)的原理分析

1、工頻機(jī)和高頻機(jī)是按UPS的設(shè)計(jì)電路工作頻率來區(qū)分的。工頻機(jī)是以傳統(tǒng)的模擬電路原理設(shè)計(jì)，由晶閘管(SCR)整流器、IGBT逆變器、旁路和工頻升壓隔離變壓器組成。因其整流器和變壓器工作頻率均為工頻50Hz，顧名思義叫工頻UPS。

2、高頻機(jī)通常由IGBT高頻整流器、電池變換器、逆變器和旁路組成。IGBT可以通過控制加在門極的驅(qū)動(dòng)來控制其開通與關(guān)斷，IGBT整流器開關(guān)頻率通常在幾千赫到幾十千赫，甚至高達(dá)上百千赫，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工頻機(jī)，因此稱為高頻UPS。高頻機(jī)輸出沒有變壓器隔離，如果逆變功率器件發(fā)生短路，則直流母線（DC

BUS）上的高直流電壓直接加到負(fù)載上，這是安全隱患，而工頻機(jī)則不存在此問題。

二、從工頻機(jī)和高頻機(jī)的性能對(duì)比來分析

1、在可靠性方面，工頻機(jī)要優(yōu)于高頻機(jī)：工頻機(jī)采用晶閘管(SCR)整流器，該技術(shù)經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展和革新，已經(jīng)非常成熟，其抗電流沖擊能力非常強(qiáng)。由于SCR屬于半控器件，不會(huì)出現(xiàn)直通、誤觸發(fā)等故障。相比而言，高頻機(jī)采用的IGBT高頻整流器雖然開關(guān)頻率較高，但是IGBT工作時(shí)有嚴(yán)格的電壓、電流工作區(qū)域，抗沖擊能力較低。因此在總體可靠性方面，IGBT整流器比SCR整流器低。

2、在環(huán)境適應(yīng)性方面，高頻機(jī)要優(yōu)于工頻機(jī)：高頻機(jī)是以微處理器作為處理控制中心，將繁雜的硬件模擬電路燒錄于微處理器中，以軟件程序的方式來控制UPS的運(yùn)行。因此，體積、重量等方面都有明顯的降低，噪音也較小，對(duì)空間、環(huán)境影響小，因此比較適合于對(duì)可靠性要求不太苛刻的辦公場所。正因?yàn)槿绱耍S多廠家的中小功率UPS普遍推出了高頻機(jī)。

3、在負(fù)載對(duì)零地電壓的要求方面，工頻機(jī)要優(yōu)于高頻機(jī)：大功率三相高頻機(jī)零線會(huì)引入整流器并作為正負(fù)母線的中性點(diǎn)，這種結(jié)構(gòu)就不可避免地造成整流器和逆變器高頻諧波耦合在零線上，抬升零地電壓，造成負(fù)載端零地電壓抬高，很難滿足IBM、HP等服務(wù)器廠家對(duì)零地電壓小于1V的場地需求。另外，在市電和發(fā)電機(jī)切換時(shí)，高頻機(jī)往往因零線缺失而必須轉(zhuǎn)旁路工作，在特定工況下可能造成負(fù)載閃斷的重大故障。工頻機(jī)因整流器不需要零線參與工作，在零線斷開時(shí)，UPS可以保持正常供電。

4、綜上所述，工頻機(jī)UPS和高頻機(jī)UPS的差異主要表現(xiàn)在隔離變壓器上，而工頻機(jī)對(duì)隔離變壓器的使用，在很大程度上提升了UPS的可靠性。從綜合性能方面來講，工頻機(jī)和高頻機(jī)則各有優(yōu)劣，至少在當(dāng)前，不存在誰取代誰的問題。用戶在選購設(shè)備的時(shí)候應(yīng)當(dāng)立足于自身的實(shí)際需要，而不是盲目跟從。

5、補(bǔ)充說明：工頻機(jī)是中國的說法，就是指帶工頻變壓器的。可以理解為，1000升的水，用1000升的水桶來倒，提水費(fèi)力，但一次搞定，因此桶子也貴，水里頭雜質(zhì)也多。高頻機(jī)是由高頻的小變壓器模擬工頻的?？梢岳斫鉃?000升的水，用1升的水桶來倒，倒1000次才滿足了用水需求，還不能潑出水來，技術(shù)難度高了，水桶小了，便宜了，而且水質(zhì)更好。因?yàn)楦哳l技術(shù)牽涉到對(duì)市電實(shí)時(shí)監(jiān)控和補(bǔ)充能量難度較高，很多廠家做不好，所以，變得不耐沖擊（水潑出來）。工頻機(jī)本身就是大諧波源，傷害設(shè)備，還費(fèi)電，不節(jié)能。所以，目前有的說工頻機(jī)比高頻機(jī)好，只是針對(duì)國內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)能力來看的，說穿了，就是國內(nèi)的高頻電源技術(shù)還不太成熟。相比某本國的高頻技術(shù)就沒這個(gè)問題，省電，還抗諧波。

4UPS其它常見分類介紹

UPS電源按其工作原理可分為后備式、在線式以及在線互動(dòng)式三種。從備用時(shí)間分，UPS分為標(biāo)準(zhǔn)型(內(nèi)置電池)和長效型兩種（可靈活配置電池）

一、后備式UPS

平時(shí)處于蓄電池充電狀態(tài)，在停電時(shí)逆變器緊急切換到工作狀態(tài)，將電池提供的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的交流電輸出，因此后備式UPS也被稱為離線式UPS。后備式UPS電源的優(yōu)點(diǎn)是：運(yùn)行效率高、噪音低、價(jià)格相對(duì)便宜，主要適用于市電波動(dòng)不大，對(duì)供電質(zhì)量要求不高的場合，比較適合家庭使用。然而這種UPS存在一個(gè)切換時(shí)間問題，因此不適合用在關(guān)鍵性的供電不能中斷的場所。不過實(shí)際上這個(gè)切換時(shí)間很短，一般介于2至10毫秒，而計(jì)算機(jī)本身的交換式電源供應(yīng)器在斷電時(shí)應(yīng)可維持10毫秒左右，所以個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般不會(huì)因?yàn)檫@個(gè)切換時(shí)間而出現(xiàn)問題。后備式UPS一般只能持續(xù)供電幾分鐘到幾十分鐘，主要是讓您有時(shí)間備份數(shù)據(jù)，并盡快結(jié)束手頭工作，其價(jià)格也較低。對(duì)不是太關(guān)鍵的電腦應(yīng)用，比如個(gè)人家庭用戶，就可配小功率的后備式UPS。

二、在線式UPS

這種UPS一直使其逆變器處于工作狀態(tài)，它首先通過電路將外部交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，再通過高質(zhì)量的逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為高質(zhì)量的正弦波交流電輸出給計(jì)算機(jī)。在線式UPS在供電狀況下的主要功能是穩(wěn)壓及防止電波干擾；在停電時(shí)則使用備用直流電源（蓄電池組）給逆變器供電。由于逆變器一直在工作，因此不存在切換時(shí)間問題，適用于對(duì)電源有嚴(yán)格要求的場合。在線式UPS不同于后備式的一大優(yōu)點(diǎn)是供電持續(xù)長，一般為幾個(gè)小時(shí)，也有大到十幾個(gè)小時(shí)的，它的主要功能是可以讓您在停電的情況可像平常一樣工作，顯然，由于其功能的特殊，價(jià)格也明顯要貴一大截。這種在線式UPS比較適用于計(jì)算機(jī)、交通、銀行、證券、通信、醫(yī)療、工業(yè)控制等行業(yè)，因?yàn)檫@些領(lǐng)域的電腦一般不允許出現(xiàn)停電現(xiàn)象。

三、在線互動(dòng)式UPS

這是一種智能化的UPS，所謂在線互動(dòng)式UPS，是指在輸入市電正常時(shí)，UPS的逆變器處于反向工作（即整流工作狀態(tài)），給電池組充電；在市電異常時(shí)逆變器立刻轉(zhuǎn)為逆變工作狀態(tài)，將電池組電能轉(zhuǎn)換為交流電輸出，因此在線互動(dòng)式UPS也有轉(zhuǎn)換時(shí)間。同后備式UPS相比，在線互動(dòng)式UPS的保護(hù)功能較強(qiáng)，逆變器輸出電壓波形較好，一般為正弦波，而其最大的優(yōu)點(diǎn)是具有較強(qiáng)的軟件功能，可以方便地上網(wǎng)，進(jìn)行UPS的遠(yuǎn)程控制和智能化管理?？勺詣?dòng)偵測外部輸入電壓是否處于正常范圍之內(nèi)，如有偏差可由穩(wěn)壓電路升壓或降壓，提供比較穩(wěn)定的正弦波輸出電壓。而且它與計(jì)算機(jī)之間可以通過數(shù)據(jù)接口（如RS-232串口）進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，通過監(jiān)控軟件，用戶可直接從電腦屏幕上監(jiān)控電源及UPS狀況，簡化、方便管理工作，并可提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性。這種UPS集中了后備式UPS效率高和在線式UPS供電質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)，但其穩(wěn)頻特性能不是十分理想，不適合做常延時(shí)的UPS電源。

四、UPS分為標(biāo)準(zhǔn)型和長效型兩種

一般來說，標(biāo)準(zhǔn)型機(jī)內(nèi)帶有電池組，在停電后可以維持較短時(shí)間的供電（一般不超過25分鐘）；長效型機(jī)內(nèi)不帶電池，但增加了充電器，用戶可以根據(jù)自身需要配接多組電池以延長供電時(shí)間，廠商在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)加大充電器容量或加裝并聯(lián)的充電器。