引言

    隨著現(xiàn)代化技術(shù)的不斷發(fā)展，設(shè)備供電的可靠性與穩(wěn)定性已經(jīng)成為試驗工作的重點(diǎn)。一旦供電故障，測試設(shè)備和被試品等就會突然斷電，造成的損失不可估量。UPS穩(wěn)壓電源是保證技術(shù)陣地各系統(tǒng)正常工作的高可靠性設(shè)備，當(dāng)市電斷電時，由電池迅速供給各系統(tǒng)用戶使用，不至造成各系統(tǒng)有斷電情形發(fā)生，保證了試驗任務(wù)的順利進(jìn)行，因此，UPS電源在不同工作環(huán)境中得到了廣泛的應(yīng)用，UPS電源的維護(hù)保養(yǎng)工作也得到廣泛的重視。

1 UPS的組成及工作原理

    1．1 UPS電源的基本組成

    UPS是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要元件，穩(wěn)壓穩(wěn)頻的電源保護(hù)設(shè)備，主要由整流器、蓄電池、逆變器、靜態(tài)開關(guān)等幾部分組成。

    1．2 UPS電源的工作原理

    1．2．1 AC—DC變換：將來自電網(wǎng)的交流電經(jīng)自耦變壓器降壓、全波整流、濾波變?yōu)橹绷麟妷�，供給逆變電路。

    1．2．2 DC—AC逆變電路采用大功率IGBT模塊全橋逆變電路，具有很大的功率富余量，在輸出動態(tài)范圍內(nèi)輸出阻抗特別小，具有快速響應(yīng)特性。由于采用高頻調(diào)制限流技術(shù)及快速短路保護(hù)技術(shù)，使逆變器無論是供電電壓瞬變還是負(fù)載沖擊或短路，均可安全可靠地工作。

    1．2．3控制驅(qū)動：控制驅(qū)動是完成整機(jī)功能控制的核心，它除了提供檢測、保護(hù)、同步以及各種開關(guān)和顯示驅(qū)動信號外，還完成SP—WM正弦脈寬調(diào)制的控制。由于采用靜態(tài)和動態(tài)雙重電壓反饋，極大地改善了逆變器的動態(tài)特性和穩(wěn)定性。

    1．2．4電源工作過程：當(dāng)市電正常380VAC時，直流主回路有直流電壓，供給DC—AC交流逆變器，輸出穩(wěn)定的220VAC交流電壓，同時市電對電池充電。當(dāng)任何時候市電欠壓或突然掉電，則由電池組通過隔離二極管開關(guān)向直流回路饋送電能。從電網(wǎng)供電到電池供電沒有切換時間。當(dāng)電池能量即將耗盡時，不間斷電源發(fā)出聲光報警，并在電池放電下限點(diǎn)停止逆變器工作，長鳴告警。不間斷電源還有過載保護(hù)功能，當(dāng)發(fā)生超載(150％負(fù)載)時，跳到旁路狀態(tài)，并在負(fù)載正常時自動返回。當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重超載(超過200％額定負(fù)載)時，不問斷電源立即停止逆變器輸出并跳到旁路狀態(tài)，此時前面空氣開關(guān)也可能跳閘。消除故障后，只要合上開關(guān)，重新開機(jī)即可恢復(fù)工作。

2 利用UPS提高供電系統(tǒng)可靠性的幾點(diǎn)注意

    2．1 UPS的選型

    為了提高供電系統(tǒng)的可用性，首先耍根據(jù)用戶的實際情況選擇合適的機(jī)型，要在性能指標(biāo)上把關(guān)。在各種因素中。逆變電路是否連續(xù)工作對UPS的影響最大，這使UPS有了后備式與在線式之分。

    2．1．1后備式UPS

    最簡單的后備式UPS電路，當(dāng)市電輸入正常時，由市電逆變供電轉(zhuǎn)換控制電路輸出三路信號，其中的一路信號控制由電磁繼電器構(gòu)成的單刀雙擲開關(guān)接通市電供電(這條線路也叫交流旁路)，此時，負(fù)載直接由市電供電：第二路控制信號送至“面板顯示電路”，用來指示市電供電狀態(tài)：第三路控制信號送至逆變器，切斷逆變電路。

    后備式UPS具有運(yùn)行效率高、噪音低、價格相對低廉等特點(diǎn)，在對斷電時間要求不高、設(shè)備功率較小的一些終端通信設(shè)備上仍有較高的利用率。

    2．1．2在線式UPS

    在線式UPS的結(jié)構(gòu)與后備式UPS大同小異，只是將后備式UPS的斷電切換改為了持續(xù)供電。對于在線式UPS來說，當(dāng)市電供電正常時，它首先將市電交流電源變成直流電源。然后，UPS中的逆變器在機(jī)內(nèi)的脈寬調(diào)制(PWM)控制信號的作用下，將直流電源在逆變器中變成功率放大的脈寬調(diào)制驅(qū)動電源信號，再經(jīng)逆變器的輸出濾波器重新變成所需要的交流電來向負(fù)載供電。在線式UPS中的逆變器利用機(jī)內(nèi)的蓄電池所提供的直流電源來繼續(xù)維持正常工作，由于這時并不存在市電供電到逆變器供電的轉(zhuǎn)換操作，其轉(zhuǎn)換時間為零。只要不發(fā)生UPS因蓄電池被長時間放電而出現(xiàn)電池電壓過低自動關(guān)機(jī)狀況，UPS電源可以一直向負(fù)載提供高質(zhì)量的無任何時間中斷的電源，它和市電中斷與否毫無關(guān)系。

    在線式UPS的供電質(zhì)量明顯優(yōu)于后備式UPS。如果用戶對供電質(zhì)量要求很高，在使用過程中不允許有電壓不穩(wěn)、斷電等情況出現(xiàn)，應(yīng)該選擇在線式UPS。

    2．2 UPS蓄電池的性能特點(diǎn)

    每個UPS都具有一個或一組蓄電池。作為一種儲能元件，蓄電池的好壞直接關(guān)系到UPS的正常使用。目前，普遍使用的是小型免維護(hù)密封式鉛酸電池。這種電池的特點(diǎn)是密封性能好、免維護(hù)、充放電性能好、自行放電量小、啟動性能好、使用壽命和存儲壽命長。

    2．3防雷器

    有的用戶希望UPS具有防雷功能，實際上這是一個危險的問題。即使在UPS輸入端安裝一個三級防雷器，卻有將1 500—2000V的雷電高壓浪涌引入電路的危險。從圖1的比較可以看出，這相當(dāng)于兩只不同電壓的穩(wěn)壓管并聯(lián)，穩(wěn)壓管(B)應(yīng)將輸入的3000V電壓降到2000V，而穩(wěn)壓管(C)應(yīng)將輸入的2000V電壓降到1000V，而這種連接法卻使可接受2000V電壓的穩(wěn)壓管(C)來承受3000V的沖擊，此時該防雷器應(yīng)先被擊穿而通導(dǎo)，關(guān)鍵是二防雷器之間的連線壓降和C上的殘壓一起能使得穩(wěn)壓管(Bl通導(dǎo)，否則B就沒起任何作用。因此才造成使用危險。那么是否可以用一個電感將1000V降掉呢?看來似乎可以，其實不可，在這里是防雷器而不是穩(wěn)壓管，因為放在器件中的電感繞組的線徑不可能粗，能通過1A的電流就了不起了，對成百上千安培的電流是無能為力的，所以此種方案不可輕易使用。

3 UPS的使用和維護(hù)

    圖1 B+C防雷器的功能比較圖

    根據(jù)UPS使用情況，認(rèn)為在今后UPS的使用和維護(hù)工作中，應(yīng)做好以下幾方面工作：

    3．1主機(jī)的維護(hù)

    第一，保持UPS主機(jī)工作環(huán)境清潔衛(wèi)生，防止灰塵進(jìn)入機(jī)箱造成局部電路過熱，損壞元器件。并定期檢查散熱風(fēng)扇。第二，在斷電時，應(yīng)避免帶負(fù)載啟動UPS電源，應(yīng)先關(guān)掉負(fù)載，等UPS啟動后再開啟負(fù)載，否則會有多負(fù)載的沖擊電流和供電電流造成UPS電源瞬間過載，嚴(yán)重時會損壞變換器。第三，在每次開機(jī)前，要首先確認(rèn)UPS接線正確，檢查輸入市電接線的極性。這樣做一是為了操作人員人身安全，二是為了避免人為損壞UPS的情況發(fā)生。第四，UPS在功率選配上要有適當(dāng)?shù)挠嗔�，不能超載，負(fù)載總?cè)萘坎荒艽笥赨PS的額定功率。如為800W的負(fù)載選配UPS電源，其功率應(yīng)選購1000W以上的。第五，避免頻繁的開關(guān)機(jī)，最好長時間處于開機(jī)狀態(tài)。第六，UPS應(yīng)工作在干燥、通風(fēng)、清潔的環(huán)境中，避免熱源，陽光直射。

    3．2蓄電池的維護(hù)

    在使用UPS時，我們應(yīng)重視對蓄電池的使用及維護(hù)。蓄電池的價格可以占到整個UPS價格的三分之一到二分之一。大型的UPS，其電池組的價格比其他部件甚至可以高出好幾倍。如果使用不當(dāng)，將導(dǎo)致蓄電池?fù)p壞，就只能更換新的電池，造成不必要的損失。

    第一，蓄電池對環(huán)境溫度要求較高，工作環(huán)境一般要求在20～25℃之間，低于15℃時，其放電容量下降，溫度每降低1度，其容量下降1％，而溫度過高(大于30度)其壽命就會縮短。第二，電池不宜放電至低于預(yù)定的終止電壓，否則將導(dǎo)致過放電，而反復(fù)的過放電則會導(dǎo)致容量難以恢復(fù)，為達(dá)到最好的工作效率和最長的使用壽命，放電應(yīng)在0．05～3C之間。第三，要避免大電流充放電，否則會造成電池極板膨脹變形，使得極板活性物質(zhì)脫落，內(nèi)阻增大，容量下降，壽命縮短。第四，在電池連接過程中，要戴好防護(hù)手套，使用扭矩手板等金屬工具時，應(yīng)將金屬工具進(jìn)行絕緣包裝，以防觸電：絕對避免將金屬工具同時接觸到電池的正、負(fù)端子，造成電池短路。第五，由于不經(jīng)常停電，應(yīng)每隔一個月對UPS進(jìn)行一次人為的斷電，讓UPS電源在逆變狀態(tài)下工作一段時間，防止電解液沉淀，以便讓蓄電池維持良好的充放電特性，延長使用壽命。第六，注意防雷擊。一定要注意保證UPS的有效屏蔽和接地保護(hù)。第七，不能把不同容量、不同廠家、不同性能的電池聯(lián)在一起，否則會影響整組蓄電池的性能。第八，要定期對電池進(jìn)行檢查、測量，并做好記錄。一旦發(fā)現(xiàn)電池電壓異常、物理損傷、電解液泄漏、溫度異常等現(xiàn)象，應(yīng)找出原因并及時更換有故障的蓄電池。

    3．3避免人為操作失誤性故障

    在日常工作中，由于維護(hù)人員的疏忽未及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，或發(fā)現(xiàn)了卻未及時采取相應(yīng)措施而導(dǎo)致的UPS故障也非常常見�，F(xiàn)舉例如下：

    機(jī)場航管樓供電采取UPS雙機(jī)并聯(lián)冗余系統(tǒng)，負(fù)載被均分到兩臺機(jī)器上。有一次，由于某種巧合而導(dǎo)致其中的一臺逆變器關(guān)機(jī)，這時負(fù)載被全部轉(zhuǎn)移至另外一臺UPS上，由于維護(hù)人員沒有及時發(fā)現(xiàn)，未將關(guān)機(jī)的UPS逆變器重新開啟，恰巧遇到當(dāng)天下午市電中斷，變成單機(jī)供電，由于過載能力減弱，蓄電池后備時間減半，造成所帶負(fù)載全部中斷，險些發(fā)生緊急事故。

    UPS運(yùn)行時應(yīng)按時對電池進(jìn)行維護(hù)，發(fā)現(xiàn)有容量明顯降低的電池，應(yīng)立即更換。因為電池的損壞過程有的是逐漸積累造成的，也有的是瞬間發(fā)生的。在對蓄電池的維護(hù)中就遇到過此類情況，做月維護(hù)時個別電池雖然浮充電壓稍低，但還未到完全不能使用的程度，而在當(dāng)月市電停電后，有一組電池卻完全不能放電。所以，一旦發(fā)現(xiàn)電池有故障時，要及時進(jìn)行更換，以免釀成事故。

4 結(jié)束語

    UPS的應(yīng)用，不僅改善了電網(wǎng)質(zhì)量，同時也提高了用電系統(tǒng)的可靠性。因此用戶在選擇UPS電源上應(yīng)系統(tǒng)的分析，合理選擇，以適應(yīng)不同工作環(huán)境的實際要求：同時對UPS的維護(hù)應(yīng)制定并嚴(yán)格遵循一套科學(xué)有效的方法，才可能避免各種故障，使UPS的故障率降低到最小程度，真正做到不間斷地為設(shè)備提供安全、可靠的潔凈電源。

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本文標(biāo)題：淺析UPS電源的應(yīng)用及維護(hù)保養(yǎng)

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