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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