引言
隨著現代化技術的不斷發展，設備供電的可靠性與穩定性已經成為試驗工作的重點。一旦供電故障，測試設備和被試品等就會突然斷電，造成的損失不可估量。UPS穩壓電源是保證技術陣地各系統正常工作的高可靠性設備，當市電斷電時，由電池迅速供給各系統用戶使用，不至造成各系統有斷電情形發生，保證了試驗任務的順利進行，因此，UPS電源在不同工作環境中得到了廣泛的應用，UPS電源的維護保養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，穩壓穩頻的電源保護設備，主要由整流器、蓄電池、逆變器、靜態開關等幾部分組成。
1．2 UPS電源的工作原理
1．2．1 AC—DC變換：將來自電網的交流電經自耦變壓器降壓、全波整流、濾波變為直流電壓，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，在輸出動態范圍內輸出阻抗特別小，具有快速響應特性。由于采用高頻調制限流技術及快速短路保護技術，使逆變器無論是供電電壓瞬變還是負載沖擊或短路，均可安全可靠地工作。
1．2．3控制驅動：控制驅動是完成整機功能控制的核心，它除了提供檢測、保護、同步以及各種開關和顯示驅動信號外，還完成SP—WM正弦脈寬調制的控制。由于采用靜態和動態雙重電壓反饋，極大地改善了逆變器的動態特性和穩定性。
1．2．4電源工作過程：當市電正常380VAC時，直流主回路有直流電壓，供給DC—AC交流逆變器，輸出穩定的220VAC交流電壓，同時市電對電池充電。當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向直流回路饋送電能。從電網供電到電池供電沒有切換時間。當電池能量即將耗盡時，不間斷電源發出聲光報警，并在電池放電下限點停止逆變器工作，長鳴告警。不間斷電源還有過載保護功能，當發生超載(150％負載)時，跳到旁路狀態，并在負載正常時自動返回。當發生嚴重超載(超過200％額定負載)時，不問斷電源立即停止逆變器輸出并跳到旁路狀態，此時前面空氣開關也可能跳閘。消除故障后，只要合上開關，重新開機即可恢復工作。
2 利用UPS提高供電系統可靠性的幾點注意
2．1 UPS的選型
為了提高供電系統的可用性，首先耍根據用戶的實際情況選擇合適的機型，要在性能指標上把關。在各種因素中。逆變電路是否連續工作對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，當市電輸入正常時，由市電逆變供電轉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成的單刀雙擲開關接通市電供電(這條線路也叫交流旁路)，此時，負載直接由市電供電：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：第三路控制信號送至逆變器，切斷逆變電路。
后備式UPS具有運行效率高、噪音低、價格相對低廉等特點，在對斷電時間要求不高、設備功率較小的一些終端通信設備上仍有較高的利用率。
2．1．2在線式UPS
在線式UPS的結構與后備式UPS大同小異，只是將后備式UPS的斷電切換改為了持續供電。對于在線式UPS來說，當市電供電正常時，它首先將市電交流電源變成直流電源。然后，UPS中的逆變器在機內的脈寬調制(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制驅動電源信號，再經逆變器的輸出濾波器重新變成所需要的交流電來向負載供電。在線式UPS中的逆變器利用機內的蓄電池所提供的直流電源來繼續維持正常工作，由于這時并不存在市電供電到逆變器供電的轉換操作，其轉換時間為零。只要不發生UPS因蓄電池被長時間放電而出現電池電壓過低自動關機狀況，UPS電源可以一直向負載提供高質量的無任何時間中斷的電源，它和市電中斷與否毫無關系。
在線式UPS的供電質量明顯優于后備式UPS。如果用戶對供電質量要求很高，在使用過程中不允許有電壓不穩、斷電等情況出現，應該選擇在線式UPS。
2．2 UPS蓄電池的性能特點
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系到UPS的正常使用。目前，普遍使用的是小型免維護密封式鉛酸電池。這種電池的特點是密封性能好、免維護、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，這相當于兩只不同電壓的穩壓管并聯，穩壓管(B)應將輸入的3000V電壓降到2000V，而穩壓管(C)應將輸入的2000V電壓降到1000V，而這種連接法卻使可接受2000V電壓的穩壓管(C)來承受3000V的沖擊，此時該防雷器應先被擊穿而通導，關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壓管(Bl通導，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
圖1 B+C防雷器的功能比較圖
根據UPS使用情況，認為在今后UPS的使用和維護工作中，應做好以下幾方面工作：
3．1主機的維護
第一，保持UPS主機工作環境清潔衛生，防止灰塵進入機箱造成局部電路過熱，損壞元器件。并定期檢查散熱風扇。第二，在斷電時，應避免帶負載啟動UPS電源，應先關掉負載，等UPS啟動后再開啟負載，否則會有多負載的沖擊電流和供電電流造成UPS電源瞬間過載，嚴重時會損壞變換器。第三，在每次開機前，要首先確認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的情況發生。第四，UPS在功率選配上要有適當的余量，不能超載，負載總容量不能大于UPS的額定功率。如為800W的負載選配UPS電源，其功率應選購1000W以上的。第五，避免頻繁的開關機，最好長時間處于開機狀態。第六，UPS應工作在干燥、通風、清潔的環境中，避免熱源，陽光直射。
3．2蓄電池的維護
在使用UPS時，我們應重視對蓄電池的使用及維護。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，將導致蓄電池損壞，就只能更換新的電池，造成不必要的損失。
第一，蓄電池對環境溫度要求較高，工作環境一般要求在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定的終止電壓，否則將導致過放電，而反復的過放電則會導致容量難以恢復，為達到最好的工作效率和最長的使用壽命，放電應在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，使得極板活性物質脫落，內阻增大，容量下降，壽命縮短。第四，在電池連接過程中，要戴好防護手套，使用扭矩手板等金屬工具時，應將金屬工具進行絕緣包裝，以防觸電：絕對避免將金屬工具同時接觸到電池的正、負端子，造成電池短路。第五，由于不經常停電，應每隔一個月對UPS進行一次人為的斷電，讓UPS電源在逆變狀態下工作一段時間，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。第七，不能把不同容量、不同廠家、不同性能的電池聯在一起，否則會影響整組蓄電池的性能。第八，要定期對電池進行檢查、測量，并做好記錄。一旦發現電池電壓異常、物理損傷、電解液泄漏、溫度異常等現象，應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，由于維護人員的疏忽未及時發現故障隱患，或發現了卻未及時采取相應措施而導致的UPS故障也非常常見。現舉例如下：
機場航管樓供電采取UPS雙機并聯冗余系統，負載被均分到兩臺機器上。有一次，由于某種巧合而導致其中的一臺逆變器關機，這時負載被全部轉移至另外一臺UPS上，由于維護人員沒有及時發現，未將關機的UPS逆變器重新開啟，恰巧遇到當天下午市電中斷，變成單機供電，由于過載能力減弱，蓄電池后備時間減半，造成所帶負載全部中斷，險些發生緊急事故。
UPS運行時應按時對電池進行維護，發現有容量明顯降低的電池，應立即更換。因為電池的損壞過程有的是逐漸積累造成的，也有的是瞬間發生的。在對蓄電池的維護中就遇到過此類情況，做月維護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，而在當月市電停電后，有一組電池卻完全不能放電。所以，一旦發現電池有故障時，要及時進行更換，以免釀成事故。
4 結束語
UPS的應用，不僅改善了電網質量，同時也提高了用電系統的可靠性。因此用戶在選擇UPS電源上應系統的分析，合理選擇，以適應不同工作環境的實際要求：同時對UPS的維護應制定并嚴格遵循一套科學有效的方法，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備提供安全、可靠的潔凈電源。
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本文標題：淺析UPS電源的應用及維護保養
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