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UPS可分成离线式、在线式、在线交互式3种[2]。离线式不断电系统,又称后备式,平常市电走旁边的一条路径(俗称旁路)直接供电给负载,只有停电时,才由蓄电池经逆变器转换为交流电源提供给负载电力。在线式UPS就是平常由逆变器输出给负载电力,只有UPS故障、过载或过热时才会转为旁路输出给负载。在线交互式UPS平常由旁路输出给负载,逆变器此时做为充电器。当断电时逆变器则将电池能量转为交流电输出给负载。
l.1在线式UPS原理
UPS系统主要由UPS主机和蓄电池组两部分组成。
在线式UPS主要包括:维修旁路、静态旁路电路,整流器(AC/DC),直流变直流转换器(DC/DC),逆变器(DC/AC),蓄电池充电器及控制、侦测电路[3]。
1.2UPS系统工作原理
a.整流器将交流电转换为直流电压。
b.直流直流转换器为一功率因数校正的倍压式升压转换器,校正交流输入电流与输入电压同步;并稳定地将电压提升至约400VDC输出。此控制电路,使输入电流能同步于输入电压,并且使UPS能承受更宽范围的输入电压。
c.逆变器将直流电压转换成交流电压输出,并且与输入市电同步,本逆变器为一半桥电路。
d.静态旁路电路可选择旁路输出或逆变器输出作为UPS输出的开关,逆变器关闭时以旁路输出。
e.充电器可接受市电做输入而转换,适合对电池充电的直流电压,使电池保持在充满状态。各机种内部充电器之*充电电流约为2.6A。
f.控制电路是侦测各部分控制电路运作。
g.手动旁路开关是用来隔离UPS的整流器、充电器、逆变器和静态开关,交流市电直接经手动旁路开关及输出断路器供电给负载,以便对UPS做维修保养。
h.输出隔离变压器提供电气隔离和多重输出电压。当UPS开机时,由输入交流电源经滤波器后分成2路输出,其中1路输出送至交流变直流转换器(AC/DC),转换成直流电后再送给半桥式直流变交流逆变器(DC/AC),呈交流输出;另1路作为旁通路径。一般而言,开机后UPS会进行内部自我诊断,若一切正常,旁通开关会选择逆变器输出,此种输出称为在线式模式输出。
当输入市电断电时,整流器与充电器即不工作,而直流直流转换器工作,将蓄电池的电压转换至逆变器的输入端,再转换为交流输出,即电池模式输出。
二、UPS选型要点
2.1UPS功率问题
UPS的输出功率与功率因数关系密切,在容性负载条件下,UPS的输出功率可以达到标称功率;在感性负载条件下,UPS的输出功率则大大下降。即使在功率因数为0.8(感性)时,其输出也只能达到标称功率的50。UPS的负载,一般都是计算机负载,而计算机负载内部电源大都是开关电源,在开关电源负载条件下,瞬时功率很高,但实际平均功率却很小。故一般UPS在开关电源作负载时,其功率因数只能达约0.65;而UPS在开关电源作负载时,其功率因数指标,一般为0.8[4],按此指标来带开关电源负载,就有可能损坏UPS设备。因此,选择UPS的功率时,一定要考虑负载的功率因数。
后备式方式输出的UPS不能带电感性负载,而且负载量在额定负载的约50*。因为在这种负载条件下,可以消除50Hz主波输出波形中的3次谐波(150Hz正弦波)分量,减轻开关电源中流过直流滤波电容中的电流,防止滤波电容因长期过流工作而损坏。
2.2UPS轻载运行问题
大多数UPS在50~100负载时,其效率*,当负载低于50时,其效率急剧下降。因此,当UPS过度轻载运行时,从经济角度讲是不合算的。另外,有的用户认为,负载越轻,机器的可靠性就越高,故障率就越低,其实,这种概念并不全面,因为负载轻,虽然可以降低末级功率管被损坏的概率,但对蓄电池却极其有害,过度轻载运行,一旦市电停电,如果UPS没有深放电保护系统,有可能造成蓄电池过度深放电,一次深度过放电可能会使蓄电池的使用寿命减少1-2年,甚至造成蓄电池的报废[5]。
2.3UPS是否须购买电源监控软件问题
当消费者在使用UPS时,可通过电源监控软件掌握UPS状态,及对市电的稳定度与状况记录并提供给相关人员分析。另当市电中断或蓄电池供电终止时,可自动储存档案、关闭系统及关闭UPS等功能。新一代电源监控软件,并具有远程监控UPS及定时开关UPS等功能。
为增加并完整发挥UPS的效能,一套适当的UPS监控软件是必须的。一般使用者*需要知道的是市电输入及蓄电池状态是否正常。当市电异常且又未装置电源监控软件时,使用者若在现场仍可因UPS所提供的电源进行应对措施如储存档案、关闭系统等。但若市电异常,又未配置监控软件,且使用者又不在现场,当UPS的蓄电池供电耗尽时,有形的损失有资料流失(个人计算机损失有限、网络工作站之损失无法计算),无形的损失是计算机与外围设备内部组件损坏而造成产品寿命减短。此时,所造成的损失,如同未安装UPS一样。所以购买UPS时,应同时购买电源监控软件以达到完善的电力保护。
2.4UPS的网络管理功能问题[6]
对于现在多人多任务所使用的计算机网络系统,系统须肩负着计算机工作站资料的管理与使用,虽仅是短短的停电,对系统本身所造成的损坏与大量资料的流失,则无法估计。所以使用者未来若有发展成计算机工作站计划,则选购UPS时,要选购具备联网功能的UPS,从而实现对UPS的网络远程监控。
三、UPS安装调试要点
3.1安装空间要点
a.为减少电击之危险,UPS应安装于少污染,且温度、湿度适当的室内,并请注意周围环境温度。蓄电池寿命*长的周围环境温度为15~25℃,蓄电池在过25℃时,每升高10℃,则其寿命将减低一半[5],容量也将降低一半[7],在正常运转情况下,*长电池寿命约可使用5年。
b.UPS要装置在通风良好之区域,勿使其暴露于雨水、尘垢太重或湿气太重的地方,并远离可燃液体瓦斯或爆炸物。
c.为确保UPS有良好的可靠性和避免过热,箱体的通风口不可被堵塞。安装UPS时,后面需有300mm空间作为通风。
d.磁性载体,如磁盘、磁带、卡带等必须与UPS保持距离0.7m以上,否则UPS所产生的磁场将消磁磁性载体上的资料。
3.2调试要点
a.UPS一般是提供现代化计算机和相关接口设备电源,如显示器、调制解调器、卡带磁带机、外接式软盘等。切勿使用在纯电感性或纯电容性负荷。UPS不宜带感性负载,有的单位在验收机器时,想用大功率风机、空调检验UPS的性能与输出功率,这是不适宜的。有的单位将风扇、马达等加到小功率的方波输出的UPS上,也是不行的。
b.在做任何维修服务时,须先将蓄电池保险丝取出,以切断蓄电池电路。
c.开机前,必须先从UPS配电箱中量测UPS输入的零、火线和零、地之间电压,确认其正常后再开机。
d.相序问题。三进三出的UPS输入电源若相序接反,LCD将显示相序反常故障(phaseabnormal)。此时,当逆变器关机时,不能自动跳旁路;在运行期间,闭合旁路电源输入断路器,将产生操作过电压,可引起炸机,损坏压敏电阻。
e.手动旁路开关只能在旁路模式(bypassmode)下才可使用。
四、UPS使用要点
4.1UPS不宜带载开机和关机
没有延迟启动功能的UPS,带载开机很容易在启动的瞬间,烧毁逆变器的末级驱动元件。因为刚开启时,控制电路的工作还未进入稳定状态,启动瞬间会产生较大的浪涌电流,对UPS的末级驱动元件而言,更是如此。当负载中包含有电感性负载时,带载关机也同样可能引起末级驱动元件的损坏。因此,不能带载开机和关机。
4.2示波器观察UPS注意要点
UPS逆变器正常运行时,禁止用示波器观察控制电路波形。UPS的核心部件是逆变器,逆变器运行时,请不要用示波器或其他测试工具观察控制电路的波形。因为测试时,尽管特别小心,也很难避免表笔与临近点相碰,更难防止因表笔接上后引起电路工作状态的变化。一旦电路工作异常,就有导致末级驱动元件烧毁的危险。在维修中已发现过多次人为烧毁逆变器的现象。有的是属于维修经验不足,有的是为了学,观察电路波形而引起的。
4.3后备式UPS不能加大市电输入保险丝容量
后备式UPS在逆变器供电时,一般都没有过载和短路自动保护功能,但在市电时,一般靠输入交流保险担当过载保护任务,所以用户不可轻易地加大市电输入保险丝的容量;否则,一旦UPS输出发生短路事故时,有可能出现输入保险烧不断,印制板上的印制线却被烧毁的危险。
五、UPS蓄电池维护要点
a.蓄电池安装场地应保证通风、避免阳光直射、环境温度不宜过高或过低,*在20-25℃。
b.定期对蓄电池进行检查,如有性能异常,池壳、盖子龟裂、变形等损伤及漏液发生时,要及时更换。
C.进行维护检修时,应使用绝缘手套、绝缘鞋等保护用品。如身体直接接触导线部有触电的危险。
d.清扫蓄电池时,应使用湿布等。如用干布或掸子清扫,产生的静电有引火爆炸的危险。
e.清扫合成树脂蓄电池壳时,不应使用香蕉水、汽油、挥发油等有机溶剂或洗涤剂,否则有可能使蓄电池壳破裂,导致电解液漏出。