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(yàn)工作的重點(diǎn)。一旦供電故障,測(cè)試設(shè)備和被試品等就會(huì)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(shí),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(yàn)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(chǔ)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(kāi)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(lái)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(dòng)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(wú)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(dòng):控制驅(qū)動(dòng)是完成整機(jī)功能控制的核心,它除了提供檢測(cè)、保護(hù)、同步以及各種開(kāi)關(guān)和顯示驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(dòng)態(tài)雙重電壓反饋,極大地改善了逆變器的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定性。
1.2.4電源工作過(guò)程:當(dāng)市電正常380VAC時(shí),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(shí)市電對(duì)電池充電。當(dāng)任何時(shí)候市電欠壓或突然掉電,則由電池組通過(guò)隔離二極管開(kāi)關(guān)向直流回路饋送電能。從電網(wǎng)供電到電池供電沒(méi)有切換時(shí)間。當(dāng)電池能量即將耗盡時(shí),不間斷電源發(fā)出聲光報(bào)警,并在電池放電下限點(diǎn)停止逆變器工作,長(zhǎng)鳴告警。不間斷電源還有過(guò)載保護(hù)功能,當(dāng)發(fā)生超載(150%負(fù)載)時(shí),跳到旁路狀態(tài),并在負(fù)載正常時(shí)自動(dòng)返回。當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重超載(超過(guò)200%額定負(fù)載)時(shí),不問(wèn)斷電源立即停止逆變器輸出并跳到旁路狀態(tài),此時(shí)前面空氣開(kāi)關(guān)也可能跳閘。消除故障后,只要合上開(kāi)關(guān),重新開(kāi)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(shí)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(duì)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(jiǎn)單的后備式UPS電路,當(dāng)市電輸入正常時(shí),由市電逆變供電轉(zhuǎn)換控制電路輸出三路信號(hào),其中的一路信號(hào)控制由電磁繼電器構(gòu)成的單刀雙擲開(kāi)關(guān)接通市電供電(這條線路也叫交流旁路),此時(shí),負(fù)載直接由市電供電:第二路控制信號(hào)送至“面板顯示電路”,用來(lái)指示市電供電狀態(tài):第三路控制信號(hào)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(jià)格相對(duì)低廉等特點(diǎn),在對(duì)斷電時(shí)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(duì)于在線式UPS來(lái)說(shuō),當(dāng)市電供電正常時(shí),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(hào)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(dòng)電源信號(hào),再經(jīng)逆變器的輸出濾波器重新變成所需要的交流電來(lái)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(lái)繼續(xù)維持正常工作,由于這時(shí)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(shí)間為零。只要不發(fā)生UPS因蓄電池被長(zhǎng)時(shí)間放電而出現(xiàn)電池電壓過(guò)低自動(dòng)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(wú)任何時(shí)間中斷的電源,它和市電中斷與否毫無(wú)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(duì)供電質(zhì)量要求很高,在使用過(guò)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(gè)UPS都具有一個(gè)或一組蓄電池。作為一種儲(chǔ)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(dòng)性能好、使用壽命和存儲(chǔ)壽命長(zhǎng)。
2.3防雷器
有的用戶希望UPS具有防雷功能,實(shí)際上這是一個(gè)危險(xiǎn)的問(wèn)題。即使在UPS輸入端安裝一個(gè)三級(jí)防雷器,卻有將1 500—2000V的雷電高壓浪涌引入電路的危險(xiǎn)。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(lái)承受3000V的沖擊,此時(shí)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(méi)起任何作用。因此才造成使用危險(xiǎn)。那么是否可以用一個(gè)電感將1000V降掉呢?看來(lái)似乎可以,其實(shí)不可,在這里是防雷器而不是穩(wěn)壓管,因?yàn)榉旁谄骷械碾姼欣@組的線徑不可能粗,能通過(guò)1A的電流就了不起了,對(duì)成百上千安培的電流是無(wú)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(guò)熱,損壞元器件。并定期檢查散熱風(fēng)扇。第二,在斷電時(shí),應(yīng)避免帶負(fù)載啟動(dòng)UPS電源,應(yīng)先關(guān)掉負(fù)載,等UPS啟動(dòng)后再開(kāi)啟負(fù)載,否則會(huì)有多負(fù)載的沖擊電流和供電電流造成UPS電源瞬間過(guò)載,嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞變換器。第三,在每次開(kāi)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(gòu)1000W以上的。第五,避免頻繁的開(kāi)關(guān)機(jī),最好長(zhǎng)時(shí)間處于開(kāi)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(yáng)光直射。
3.2蓄電池的維護(hù)
在使用UPS時(shí),我們應(yīng)重視對(duì)蓄電池的使用及維護(hù)。蓄電池的價(jià)格可以占到整個(gè)UPS價(jià)格的三分之一到二分之一。大型的UPS,其電池組的價(jià)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(duì)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(shí),其放電容量下降,溫度每降低1度,其容量下降1%,而溫度過(guò)高(大于30度)其壽命就會(huì)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(guò)放電,而反復(fù)的過(guò)放電則會(huì)導(dǎo)致容量難以恢復(fù),為達(dá)到最好的工作效率和最長(zhǎng)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(huì)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(guò)程中,要戴好防護(hù)手套,使用扭矩手板等金屬工具時(shí),應(yīng)將金屬工具進(jìn)行絕緣包裝,以防觸電:絕對(duì)避免將金屬工具同時(shí)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(gè)月對(duì)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(shí)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(zhǎng)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(huì)影響整組蓄電池的性能。第八,要定期對(duì)電池進(jìn)行檢查、測(cè)量,并做好記錄。一旦發(fā)現(xiàn)電池電壓異常、物理?yè)p傷、電解液泄漏、溫度異常等現(xiàn)象,應(yīng)找出原因并及時(shí)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(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患,或發(fā)現(xiàn)了卻未及時(shí)采取相應(yīng)措施而導(dǎo)致的UPS故障也非常常見(jiàn)。現(xiàn)舉例如下:
機(jī)場(chǎng)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(tái)機(jī)器上。有一次,由于某種巧合而導(dǎo)致其中的一臺(tái)逆變器關(guān)機(jī),這時(shí)負(fù)載被全部轉(zhuǎn)移至另外一臺(tái)UPS上,由于維護(hù)人員沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn),未將關(guān)機(jī)的UPS逆變器重新開(kāi)啟,恰巧遇到當(dāng)天下午市電中斷,變成單機(jī)供電,由于過(guò)載能力減弱,蓄電池后備時(shí)間減半,造成所帶負(fù)載全部中斷,險(xiǎn)些發(fā)生緊急事故。
UPS運(yùn)行時(shí)應(yīng)按時(shí)對(duì)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?yàn)殡姵氐膿p壞過(guò)程有的是逐漸積累造成的,也有的是瞬間發(fā)生的。在對(duì)蓄電池的維護(hù)中就遇到過(guò)此類情況,做月維護(hù)時(shí)個(gè)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(shí),要及時(shí)進(jìn)行更換,以免釀成事故。
4 結(jié)束語(yǔ)
UPS的應(yīng)用,不僅改善了電網(wǎng)質(zhì)量,同時(shí)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(shí)際要求:同時(shí)對(duì)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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