UPS电源故障

UPS电源故障（精选9篇）

UPS电源故障 第1篇

关键词：故障,电压,逆变,检测

UPS电源的使用中需注意如风扇、防雷器等易损件的日常维护。做好机房、空调及交流供电等环境问题的检查, 做到定期检测, 及时发现问题, 及时维护和保养, 一旦出现故障, 应该作出科学地分析和研究, 对症下药, 彻底排查故障和全面维修。下面就UPS电源使用过程中常见问题及维修方法进行总结和分析。

一、逆变时有输出, 但电压偏高。

以稳压电源工作原理为依据进行分析, 上述故障问题的原因是电源的高压保护电路有故障或者是市电稳压电路有问题。电源输出电压经T2取样、整流、滤波, 加至电压比较器U7的 (8) 、 (9) 脚, 然后接参考电压端。

根据稳压电源工作原理可知, 只有当电源的高压保护电路和市电稳压电路有故障时, 才会出现上述现象。电源输出电压经T2取样、整流、滤波后, 加至电压比较器U7的 (8) 、 (9) 脚, 然后接参考电压端。要实现控制保护电压动作, 就要使脚 (4) 跳变成低电平输出, 而这时比较器U7的 (8) 脚电压必须高于 (9) 脚电压。针对这一故障进行检测时可分成两个步骤进行:

1检测市电稳压

继电器的吸合状态决定了市电电压的高低。检测时使用万用表逐个进行, 如果发现其中某一继电器的线圈被烧断, 就会不吸合, 导致输出电压偏高。由于没有相同规格的继电器去替换, 该稳压电源又直接和交流稳压器相接, 解决办法是把烧坏线圈的继电器中的第 (1) 、 (3) 短接。

2检测高压保护电路

首先要定期检查高压保护电路。其次在检测时先用万用表测得电压比较器U7的电压, 并逐个检查高压保护电路的各个元器件, 看看是不是存在故障。然后进行电位器的调整, 如果高压保护电路在下调到某一数值时突然正常启动, 说明电压偏高, 需要做第二次的调整。把电源输出端接电压表, 输入端接交流调压器, 接下来把调压器从175V慢慢调到250V, 当输出电压达到235V时, 逆时针方向调整电位器, 直至高压保护电路刚一启动即可。

二、停电时, 逆变停止工作

故障原因是蓄电池电压太低。此时可将机盖打开, 把蓄电池取出来进行充电。如果用一段时间后没有问题了, 说时把故障排除了。反之就有可能是充电回路有问题。这时可以用万用表电压档对充电回路中的三端可调稳压块进行检测, 看看输入端和输出端的电压是否正常, 否则就是其有损坏, 可以进行更换。

三、停电时逆变器不工作, 红色指示灯长亮

出现这种故障时分析是电池电压太低的原因导致。进行电压检测, 如果电压过低, 供电后, 电压没有变化, 说明充电电路有问题。可把其其送至可调稳压器U8 (MG317T) 稳压后, 给蓄电池充电。再经检测C21两端直流电压正常, 则滤波电路之后有故障。测量MG317T输出脚, 输出电压不正常, 可检查输出负载, 如果正常的话, 对VR3输出电压进行调整看有无变化, 没有变化说明U8损坏。用相同型号的MG317T进行更换, 把电池断开, 对VR3进行调整, 使得U8输出电压稳定在28V左右, 从而排除故障。

四、停电时逆变器不工作, 蜂鸣器长鸣

分析故障现象, 说明该稳压电源的转换控制电路正常, 用万用表进行电压检测, 电压正常, 则逆变回路电路有问题。可以先对脉宽调制器U1 (SG3524) 的 (10) 脚进行测量, 看看是不是被锁定了, 被锁定时为高电平, 接着在逆变管Q17、Q18静态工作时, 测量其对地的阻值。依据正常数据测得阻值偏低, 可发现逆变管Q17与Q18可能被烧坏, 可以进行更换来排除故障。

五、供电正常, 工作正常;切断供电, 无220V电压输出且伴有长鸣报警声

针对这一现象, 可先检查蓄电池电压是否正常;其次检查两只逆变器, 其大功率输出管和相应的驱动器是否正常。如果以上检查都没问题, 则考虑故障存在于蓄电池电压检测电路。一般情况下, 正常电压维持在1.2V左右;当蓄电池为正常值26V时, 计算出 (7) 脚电压大概是1.4V左右, (1) 脚电压为12V高电平。下面切断供电, 测量IC1的脚 (1) 、 (6) 、 (7) , 如果其中某一电压如第 (7) 脚电压偏低, 可以推断出R3、R4分压有故障。再进行R3、R4阻值的测量, 会发现断路, 找出故障后对断路的电阻进行更换进行故障排除。

六、供电正常, 逆变器工作指示灯闪烁, 蜂鸣器间断鸣叫

在市电供电时, RS触发器VH=“1”, VG=“0”, 复位端R (VF) 为高电平, 置位端S (VN) 为正向脉冲信号VN, 进行检测, VH和复位端R (VF) 都是低电平, VG为高电平, 都属非正常现象;此时, 如果测得置位端S (VN) 为一串正向脉冲, 再测IC3第 (8) 脚, 这两项检测都正常的话, 再进行电检测电压的检查, 看看是否正常, 如果没有市电检测电压, 会发现变压器的副边绕组断路。更换变压器, 故障排除。

七、市电正常时, 开机起动时, 交流保险丝熔断, UPS电源转向逆变器供电

市电供电主回路电流过大会引起交流保险丝熔断, 检查的时候要把重点放在输出回路, 看看输出回路中有没有短路故障。没有短路点的情况下, 再进行下一步的检测。在打开UPS电源的瞬间, 测量IC8输出端⒁, 有调制脉冲输出, 是非正常现象, 推测可能是在市电正常的情况下, 逆变器也工作, 同一个电源变压器供二者同时使用, 造成主回路中的电流过大, 导致保险丝熔断。经对市电供电—逆变器供电电路的转换控制电路进行检测, 发现IC5已损坏。需要更换IC5芯片来排除故障干扰。

结语

对于UPS电源, 应该学会正常使用和维护, 避免人为故障, 同时需要多了解常见问题, 一旦出现问题, 进行认真细心地排查疾患, 层层分析并解决问题, 减少UPS安全隐患, 延长其使用寿命, 节约人力资源和维修成本。

参考文献

[1]张颖超.UPS原理与维修[M].北京:化学工业出版社, 2011, 03, 11.

什么是UPS电源 第2篇

稳压电源(不间断电源)有的时候，我们正在写一段文章，或者编一个程序，或者在用画笔画一幅画，突然屏幕一下子变黑了DD停电了，唉，里面的东西都不见了，白干了半天。连存盘的机会都没有啊。要是搞科研的科学家也遇到这种情况，损失就更大了。能源能想个办法，使电脑继续工作，或者在市电停止的时候，机器能在短时间内保持一段时间的电，使用我们有机会把已经干完的工作存盘，以便下一次再接着工作呢?办法一，较为困难，要买一台发电机，这对于一般用户来说，基本上是做不到的，

第二种情况，则较为容易一些，那就是买一台UPS。UPS是英文“不间断电源”的缩写，顾名思义，它就是一台这样的机器，它在市电停止供应的时候，能保持一段供电，使我们有时间存盘，再从容地关闭机器。UPS电源，分为在线式和后备式等几种，它在机器有电工作时，就将市电交流电逆变，并储存在自己的电源中，一旦停止供电，它就能提供电源，使电脑维持一段时间的工作，保持时间可能是10分钟、半小时等。

UPS电源故障 第3篇

关键词：UPS,故障分析,处理

所谓的UPS, 即不间断电源, 是将蓄电池 (多为铅酸免维护蓄电池) 与主机相连接, 通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。本文就UPS不间断电源供电故障与处理进行了分析, 详细研究了故障产生的原因以及提出了一些有效的处理方案, 以期能为类似的供电故障与处理提供参考。

1 UPS工作原理介绍

某某IDC机房供电采用2套UPS设备并联共用1套蓄电池的结构, 正常情况下, 2套UPS互为备用, 其中1套正常工作即可满足使用工况。UPS供电模式分为以下3种。

(1) 主电源供电模式。主电源供电模式为UPS正常工作模式, 在此模式下, 负载由电源l经整流充电器和逆变器供电, 整流充电器同时给蓄电池组浮充充电。

(2) 静态旁路供电模式。电源2回路称为静态旁路, 作为电源1的后备。在UPSI和UPSZ的逆变器电压输出故障时, 静态开关自动导通, 负载不间断切换为电源2回路供电模式。

(3) 蓄电池供电模式。此种模式为应急工作模式, 当电源1和电源2供电中断时, 供电流程转换为蓄电池组经逆变器给负载输出电力;当2套UPS同时为蓄电池组供电模式时, 将触发安装在负载开关1上的时间继电器, 蓄电池组持续向外供电半小时后, 时间继电器发出信号断开负载开关1, 以保证负载开关2下的通信系统等设备的电力供应, 以此实现负载优先级的设置。

2 故障现象及原因分析

该机房发生过2次因UPS系统供电电源中断而导致的停产事件。事件发生时, 该机房电网工作正常, 2套UPS均为蓄电池供电模式, 负载开关处于分闸位置。

该机房的UPS为艾默生Liebert NX-120KVA型产品。在主电源正常的情况下, 2套UPS同时转换为蓄电池供电模式, 表明2套UPS充电器同时发生了故障, 但事后检查充电器无异常, 重新启动2台充电器, 均可正常运行。为了彻底查清原因并解决问题, 技术人员和UPS厂家工程师对产品的性能和使用工况进行了一次全面的数据收集和调研, 进而确定故障的具体原因。下面介绍排查工作的具体步骤。

(1) 参数设置和记录跟踪

运用TLS软件与UPS系统进行在线通信, 对机组PLC模块内的基本参数设定值和在线测量数据进行检查, 无异常发现。在报警记录的检查中, 发现“电源2相位超限”报警频繁出现, 出现频率约为每小时10次, 报警状态持续时间约4~8s, 在此报警产生的时间内UPS自动切换到电源2带载的功能将被禁止。又由于此报警为自动复位式报警, 因此UPS系统会在此报警自动复位消失后恢复电源2的正常工作状态。

(2) 波形采集及分析

用FLUKE43B电网分析仪对电源1和电源2的输入波形。电源2的输出波形以及逆变器的输出波形进行取样分析, 波形分析结果无异常。

(3) 局域电网结构分析

UPS电源1和电源2的供电电源均为平台电网, 单台发电机工作时的电网最大输出有功功率为4000k W, 日常带载量约为1600k W。平台电网具有网小但工况复杂的特点, 电网内设备种类 (包括变压器。马达。变频器和海缆等) 相对较多, 设备的突加突卸现象较频繁。对电网进行分析后, 结合上面两步的分析结果, 初步认定相对大功率设备的频繁启动可能是UPS“电源2相位超限”报警频繁产生的原因。

(4) 故障原因确定与验证

在假定了报警原因为大功率设备频繁启动的前提下, 决定在大功率设备旁进行蹲点测试, 选取1台l07k W的空调制冷压缩机 (星三角启动) 进行实测。实测发现在压缩机每次启动时, UPS便产生“电源2相位超限”报警, 报警持续4~8s, 与电机启动时间相符。从而确定。电源2相位超限。报警产生原因:当平台大功率设备启动时, 电源2的输人输出电压产生畸变, 导致相位超限并报警。由此进一步推论, 如果在短时间内有多台大功率设备先后启动, 那么电源1的输人波形和电源2的输人输出波形将产生畸变, 且畸变率逐渐增高, 畸变持续时间增长;电源2的畸变导致“电源2相位超限”报警的自动复位时间加长;电源1的高畸变率会使整流充电器误判为输人电压异常, 而使整流充电器保护性停止工作;电源1和电源2的同时故障, 使负载只能切换到蓄电池带载模式, 电池放电结束, DCS系统失电。这样就出现了UPS故障导致平台停产时电网工作正常的工况, 且一年约一次的出现频率也与推论中的极端工况相符。

3 系统故障分析及解决办法

实际工况决定了故障不大可能从根本上杜绝, 因此决定将UPS报警信号接人中控DCS系统, 以便设备产生故障报警后, 在状态可控前提下, 通过中断报警工况来阻止事态进一步扩大。具体处理思路如图1所示。

4 技术改造方案选择及实施

4.1 方案选择

要实现上面所描述的预防控制功能, 需将UPS的报警信号接人中控DCS系统, UPS机组能提供的接入方案有2种。

(1) 方案1:通过UPS通信卡件端口接入中控。UPS系统, 并在DCS电脑上安装UPS厂家工程师软件以实现远程在线监控。该方案优点在于能读取UPS设备的所有信息及数据;缺点在于中控DCS系统和UPS分属不同厂家, 不能认证加装在DCS电脑上的UPS厂家工程师软件, 这对DCS系统的稳定性有影响, DCS系统配合难度较大, 风险不可控。

(2) 方案2:串联UPS机组报警输出卡件上的开关触点, 将各类报警综合为1对公共故障报警信号接入DCS系统。该方案接入DCS系统的为无源开关信号, DCS系统在工程设计中预留有开关信号接人功能的卡件, 因此硬件接入条件满足;软件方面需在DCS系统内添加报警记录和报警输出界面, 对此仅利用DCS系统自身的软件就可实现。这种施工方案简单且接人的信号不影响DCS系统的稳定性, 缺点在于不能读取UPS系统详细的信息和数据。

从实际需求和改造难度综合考虑后, 认为方案2改动工作操作难度小、风险可控、功能满足既定目标, 更具可行性。

4.2 方案实施

方案的确定, 使检修工作进人了最后的图纸设计和现场施工阶段, 软硬件的配置是决定改造方案的基本条件, 主要涉及以下几方面。

(1) UPS报警输出卡件上均为无源常开和常闭触点, 触点电气参数为220VAC/5A, DCS系统卡件电压为24VDC, 触点电气参数满足接人条件。

(2) 串人的公共报警信号包括低电量关机警告、电池负载、维护配置、通用报警、逆变器负载等, 功能上最大限度地涵盖了各类输出报警工况。

(3) “电池负载”报警输出点已被占用, 故需加装中间继电器进行扩展。

根据以上实际条件和需要实现的功能, 在原图纸中进行了改动设计, 接线如图2所示。虚线为本次改动的接线, 除U11~U14, U21~U24外, 其余均为添加的新线, R1和R2为新添加的中间继电器。

在改动设计中, 将5类报警信号串联为1对开关信号接入DCS系统。在UPS正常工作时, DCS接收到的为常闭开关信号;一旦有故障报警信号产生, 串联回路就断开, DCS接收到的常闭开关信号消失, 触发DCS系统产生报警信号。为保证接线改动影响UPS系统的稳定性和功能, 利用UPS自身的输出电源作为中间继电器的驱动电源, 整个报警回路则遵循失电安全型规则。改动中, 新加中间继电器2个, 涉及到接线18根, 其中新加接线10根, 原有接线改向8根。

改造完成后, 对各种报警信号进行现场实际模拟测试, 每次均能将报警信号及时传人中控DCS系统, 动作及时可靠。

5 结束语

综上所述, UPS对许多行业的安全生产起到重要的作用。UPS在实际的运行中, 存在着各种各样的故障问题, 影响到UPS系统的稳定性和可靠性。所以, 为了及时处理UPS在日常运行中出现的故障, 就要提高理论知识, 结合实际采取相应有效的措施处理故障, 从而确保UPS的正常运行。

参考文献

[1]郭建军, 周松养.UPS故障诊断及处理[J].中国有限电视, 2012 (05) .

UPS不间断电源如何测试 第4篇

测试UPS的主要目的是鉴定UPS的实际技术指标能否满足使用要求。UPS的测试一般包括动态测试和稳态测试两类。稳态测试是在空载、50％额定负载以及100％额定负载条件下，测试输入、输出端的各相电压、线电压、空载损耗、功率因数、效率、输出电压波形、失真度及输出电压的频率等。动态测试一般是在负载突变(一般选择负载由0％—100％和由100％-0％)时，测试UPS输出电压波形的变化，以检验UPS的动态特性和能量反馈通路。工具/原料

电源扰动分析仪、存储示波器、调压器、失真度测量仪、负载、万用表 步骤/方法

一、动态测试

1.突加或突减负载测试

先用“电源扰动分析仪”测量空载、稳态时的相电压与频率，然后突加负载 由0％至100％或突减负载由100％至0％，若UPS输出瞬变电压在-8％-+10％之间(可依具体机型的该项指标而定)，且在20ms内恢复到稳态，则此UPS该项指标合格；若UPS输出瞬变电压超出此范围时，就会产生较大的浪涌电流，无论对负载还是对UPS本身都是极为不利的，则该种UPS就不宜选用。2.转换特性测试

此项主要测试由逆变器供电转换到市电供电或由市电供电转换到逆变器供 电时的转换特性。测试时需有存储示波器和能模拟市电变化的调压器。

转换试验要在100％负载下进行，特别是由市电转换到UPS上时，相当于UPS的逆变器突然加载，输出波形可能在1～2周期内有±10%的变化。切换时间就是负载的断电时间。此项测试是检测转换时供电有无断点，如有断点，且断点超过20ms就会造成信号丢失。在线式UPS一般不会有断点，但其波形幅值会有瞬时变化，要求在半周期内消失。另外，因为UPS在市电正常时，逆变器工作频率是跟踪市电频率的，一旦市电中断，逆变器频率完全由控制电路的本机振荡器来控制，这一突然变化是随机性的，它与市电中断前的瞬间状态和本机振荡器的状态有关，这种频率控制的瞬态变化，可能造成输出频率变化达30％，很多负载无法适应这一变化。

二、稳态测试

所谓稳态测试是指设备进入“系统正常”状态时的测试，一般可测波形、频率和电压。1.波形：

一般是在空载和满载状态时，观测波形是否正常，用失真度测量仪，测量输出电压波形的失真度。在正常工作条件下，接电阻性负载，用失真度测量仪测量输出电压波形总谐波相对含量，应符合产品规定的要求，一般小于5％。2.频率：

一般可用示波器观测输出电压的频率和用“电源扰动分析仪”进行测量。目前UPS的输出电压频 率一般都能满足要求。但当UPS的频率电路，本机振荡器不够精确时，也有可能在市电频率不稳定时，UPS输出电压的频率也跟着变化。UPS输出频率的精度一般在与市电同步时，能达到±0．2％。3.输出电压

UPS的输出电压可以通过以下方法进行测试判断：

(1)当输入电压为额定电压的90％，而输出负载为100％或输入电压为额定电压的110％，输出负载为0时，其输出电压应保持在额定值±3％的范围内。(2)当输入电压为额定电压的90％或110％时，输出电压一相为空载，另外两相为100％额定负载或者两相为空载，另一相为100％负载时，其输出电压应保持在额定值±3％的范围内，其相位差应保持在4°范围内。

要在不平衡负载情况下，使负载电压的幅值和相位，保持在允许范围内，逆变器的设计就必须做到每相都能单独调整。在对每一相电压的幅值和相位分别控制的情况下，可以做到三相负载电压始终是对称的。有的UPS不是每相都能单独调整，所以，当接单相负载时，输出电压就会出现明显的不平衡。对于这类UPS，就不能进行此种测试，使用时，也必须使三相负载尽量平衡。

另外，上述的不平衡负载一相为空载，另外两相为额定负载或者两相为空载，另一相为额定负载的条件较为严酷，有的机器是在不平衡负载为两相为额定负载，另一相为70%的额定负载或者一相为额定负载，另两相为70％的额定负载条件下来测试输出电压（各相电压，线电压）的稳压精度和三相输出不平衡度。(3)当UPS逆变器的输入直流电压变化土15％，输出负载为0％—100％变化时，其输出电压值应保 持在额定电压值±3％范围内。这一指标表面上与前面所述指标重复，但实际上它比前面的指标要求更高。这是因为控制系统的输人信号在大范围内变化时，表现出明显的非线性特性，要使输出电压不超出允许范围，对电路要求就更高了。3.效率

UPS的效率可以通过测量UPS的输出功率与输入功率求得。UPS的效率主要决定于逆变器的设计。大多数UPS只有在50％—100％负载时才有比较高的效率，当低于50％负载时，其效率就急剧下降。厂家提供的效率指标也多是在额定直流电压，额定负载(cosφ=0.8)条件下的效率。用户选型时最好选取效率与输出功率的关系曲线和直流电压变化±15％时的效率。

效率等于输出有功功率比输入有功功率再乘以100％，输入功率不包含蓄电池的充电功率。测试是在正常条件下，负载为100％或50％的阻性负载情况下测量。从经济角度讲，机器的效率高，可以节省电费，选用容量时，其裕量系数也可以减小些。

三、常规测试

1.过载测试

过载特性是用户极为关心，也是衡量UPS电源的一项重要指标。过载测试主要是检验UPS整机的过载能力，保证即使运行中出现过负荷现象时，UPS也能维持一定时间而不损坏设备。过载试验必须按设备指标测试，并且要在25℃以内的室温下进行。

2.输入电压过压、欠压保护测试

按设备指标输入电压允许变化范围进行测试，一般UPS允许输入电压变化± 10％，当输入电压超过此范围时应报警，并转换到蓄电池供电，整流器自动关闭，当输入电压恢复到额定允许范围内时，设备应自动恢复运行，即蓄电池自动解除，转为由市电运行。在蓄电池自动投入和解除的过程中，UPS输出电源波形应无变 化。

注意，此项测试一定要保证接线正确，特别是相序必须接对。另外，有的UPS在市电超出+10％范围时，只有报警，而无蓄电池自动投入的性能，只有当市电低于—10％范围时，才有蓄电池自动投入的功能。而有的UPS则是在市电超出±10％范围时，都有蓄电池自动投入的功能，测试时请注意这一点。3.放电测试

放电测试主要是检验蓄电池的性能。放电试验时，一是要记录放电时间；二是要观测放电时的输出电压波形及放电保护值；三是要检查是否有“落后”电池。放电试验前必须对蓄电池作连续24h的不间断充电。

四、特殊测试

对于一台UPS来说，进行上述三项内容的测试就可以了，但真正的验机及大批生产或订货是远远不够的，还必须进行专项测试。专项测试可用抽样的方式进行，其内容有：

1.在额定负载为超前及滞后两种情况下，观测UPS输出的稳压效果； 2.小负载条件下的效率测试。

在25％-35％的额定负载(滞后)条件下，质量好的UPS，效率可超过80％； 3.频繁操作试验。此项试验包括频繁起动与频繁转换。

(1)频繁起动的目的在于检验逆变器、锁相环、静态开关和滤波电容的动态稳定和热稳定。其方法是起动UPS，当逆变器起动成功，有输出电压和电流，达到技术要求后，带负载运行。然后减去负载，停机，再起动UPS，这样连续多次。(2)频繁切换试验，主要是检测转换时供电有无断点，在线式UPS是不应该出现断点的。

4.充电器的起动试验。

为了保护电池，避免充电器启动时对电网的冲击，一般UPS的充电器启动，均有限流启动功能，充电器由启动到正常运行的过渡过程，时间一般在10s以上，电流一般限定在电池容量的1/10。5.不带电池加载试验。

UPS不带电池时，UPS只具有稳压功能。不带蓄电池情况下加负载，可以检验整流器的动态性能。一般要求在20ms内保证输出电压恢复到(100土1)％以内。对于这一功能，不同UPS有不同的设计。6.高次谐波测试。

一般UPS的高次谐波分量总和小于5％，可用谐波分析仪来测试。良好的UPS能全部滤掉11次谐波以下的全部谐波，而且波形很稳。选用UPS也应尽量选用不含11次谐波以下谐波的UPS。7.输出短路试验。

此种试验一般不予进行，以防损坏UPS设备。这是因为有的UPS的输出短路保护功能不够完善。对于具有旁路电源的UPS，进行输出短路测试时，必须在断开旁路电源的情况下进行。否则当输出短路时，UPS会在限流的同时，将负载切人旁路电源，会烧断旁路电源保险丝来进行保护。这样，既看不出输出短路保护的限流情况，还将烧毁旁路电源的保险丝，是应该避免的。注意事项

UPS电源故障 第5篇

关键词：UPS电源,工作原理,供电故障,解决方案

UPS电源又称为不间断电源, 主要由整流器、逆变器和蓄电池等电源装置组成, 具有输出电压、频率稳定、电压失真度小和运行稳定等优点, 能够为计算机网络、电子设备装置和通信系统等重要用户提供可靠的优质电源, 并且保证用户不致因停电而丢失数据影响工作。目前UPS电源供电系统广泛应用于各个领域, 在各运营系统中发挥着关键的作用。但目前, 应用过程中还发生存在不少故障现象, 直接影响了它的可靠性。因此, 如何解决UPS电源供电故障成为了技术人员急需解决的难题之一。

1 UPS工作原理介绍

某厂供电采用两套UPS设备并联共用一套蓄电池的结构。正常情况下, 两套UPS互为备用, 其中一套正常工作即可满足使用工况。UPS供电模式分为以下3种。

(1) 主电源供电模式。主电源供电模式为UPS正常工作模式, 在此模式下, 负载由电源l经整流充电器和逆变器供电, 整流充电器同时给蓄电池组浮充充电。

(2) 静态旁路供电模式。电源2回路称为静态旁路, 作为电源1的后备。在UPS1和UPS2的逆变器电压输出故障时, 静态开关自动导通, 负载不间断切换为电源2回路供电模式。

(3) 蓄电池供电模式。此种模式为应急工作模式, 当电源1和电源2供电中断时, 供电流程转换为蓄电池组经逆变器给负载输出电力;当两套UPS同时为蓄电池组供电模式时, 将触发安装在负载开关1上的时间继电器, 蓄电池组持续向外供电半小时后, 时间继电器发出信号断开负载开关1, 以保证负载开关2下的通信系统等设备的电力供应, 以此实现负载优先级的设置。

2 故障现象及原因分析

该厂发生过2次因UPS系统供电电源中断而导致的停产事件。事件发生时, 该厂电网工作正常, 两套UPS均为蓄电池供电模式, 负载开关1处于分闸位置, 负载开关2处于合闸位置。

在主电源正常的情况下, 两套UPS同时转换为蓄电池供电模式, 表明两套UPS充电器同时发生了故障, 但事后检查充电器无异常, 重新启动两台充电器, 均可正常运行。为了彻底查清原因并解决问题, 该厂技术人员和UPS厂家工程师对产品的性能和使用工况进行了一次全面的数据收集和调研, 进而确定故障的具体原因。下面介绍排查工作的具体步骤。

2.1 参数设置和记录跟踪

运用TLS软件与UPS系统进行在线通信, 对机组PLC模块内的基本参数设定值和在线测量数据进行检查, 无异常发现。在报警记录的检查中, 发现“电源2相位超限”报警频繁出现, 出现频率约为每小时10次, 报警状态持续时间约4～8s, 在此报警产生的时间内UPS自动切换到电源2带载的功能将被禁止。又由于此报警为自动复位式报警, 因此UPS系统会在此报警自动复位消失后恢复电源2的正常工作状态。

2.2 波形采集及分析

用FLUKE43B电网分析仪对电源1和电源2的输入波形。电源2的输出波形以及逆变器的输出波形进行取样分析, 波形分析结果无异常。

2.3 局域电网结构分析

UPS电源1和电源2的供电电源均为平台电网, 单台发电机工作时的电网最大输出有功功率为4000kw, 日常带载量约为1600kw。平台电网具有网小但工况复杂的特点, 电网内设备种类 (包括变压器、马达、变频器和海缆等) 相对较多, 设备的突加突卸现象较频繁。对电网进行分析后, 结合上面两步的分析结果, 初步认定相对大功率设备的频繁启动可能是UPS“电源2相位超限”报警频繁产生的原因。

2.4 故障原因确定与验证

在假定了报警原因为大功率设备频繁启动的前提下, 决定在大功率设备旁进行蹲点测试, 选取1台l07kw的空调制冷压缩机 (星三角启动) 进行实测。实测发现在压缩机每次启动时, UPS便产生“电源2相位超限”报警, 报警持续4～8s, 与电机启动时间相符。从而确定。电源2相位超限。报警产生原因:当平台大功率设备启动时, 电源2的输入输出电压产生畸变, 导致相位超限并报警。由此进一步推论, 如果在短时间内有多台大功率设备先后启动, 那么电源1的输入波形和电源2的输入输出波形将产生畸变, 且畸变率逐渐增高, 畸变持续时间增长;电源2的畸变导致“电源2相位超限”报警的自动复位时间加长;电源1的高畸变率会使整流充电器误判为输入电压异常, 而使整流充电器保护性停止工作;电源1和电源2的同时故障, 使负载只能切换到蓄电池带载模式, 电池放电结束, DCS系统失电。这样就出现了UPS故障导致供电中断时电网工作正常的工况, 且一年约一次的出现频率也与推论中的极端工况相符。

3 系统故障分析及解决办法

实际工况决定了故障不大可能从根本上杜绝, 因此决定将UPS报警信号接入中控DCS系统, 以便设备产生故障报警后, 在状态可控前提下, 通过中断报警工况来阻止事态进一步扩大。具体处理思路如图1所示。

4 技术改造方案选择及实施

4.1 方案选择

要实现上面所描述的预防控制功能, 需将UPS的报警信号接入中控DCS系统, UPS机组能提供的接入方案有两种。

(1) 方案一:通过UPS通信模块端口接入中控。UPS系统, 并在DCS电脑上安装UPS厂家工程师软件以实现远程在线监控。该方案具有能读取UPS设备的所有信息及数据的优点;其缺点是:中控DCS系统和UPS分属不同厂家, 不能认证加装在DCS电脑上的UPS厂家工程师软件, 这对DCS系统的稳定性有影响, DCS系统配合难度较大, 风险不可控。

(2) 方案二:串联UPS机组报警输出模块上的开关触点, 将各类报警综合为一对公共故障报警信号接入DCS系统。该方案接入DCS系统的为无源开关信号, DCS系统在工程设计中预留有开关信号接入功能的模块, 因此硬件接入条件满足;软件方面需在DCS系统内添加报警记录和报警输出界面, 对此仅利用DCS系统自身的软件就可实现。这种施工方案简单且接入的信号不影响DCS系统的稳定性, 缺点在于不能读取UPS系统详细的信息和数据。

从实际需求和改造难度综合考虑后, 认为方案二改动工作操作难度小、风险可控、功能满足既定目标, 更具可行性。

4.2方案实施

方案的确定, 使检修工作进入了最后的图纸设计和现场施工阶段, 软硬件的配置是决定改造方案的基本条件, 主要涉及以下几方面。

(1) UPS报警输出模块上均为无源常开和常闭触点, 触点电气参数为AC 220V/5A;DCS系统控制模块电压为DC 24V, 触点电气参数满足接入条件。

(2) 串入的公共报警信号包括低电量关机警告、电池负载、维护配置、通用报警、逆变器负载等, 功能上最大限度地涵盖了各类输出报警状态。

(3) “电池负载”报警输出点已被占用, 故需加装中间继电器进行扩展。

根据以上实际条件和需要实现的功能, 在原图纸中进行了改动设计, 接线如图2所示。虚线为本次改动的接线, 除U11～U14, U21～U24外, 其余均为添加的新线, R1和R2为新添加的中间继电器。

在改动设计中, 将5类报警信号串联为一对开关信号接入DCS系统。在UPS正常工作时, DCS接收到的为常闭开关信号;一旦有故障报警信号产生, 串联回路就断开, DCS接收到的常闭开关信号消失, 触发DCS系统产生报警信号。为保证接线改动不影响UPS系统的稳定性和功能, 利用UPS自身的输出电源作为中间继电器的驱动电源, 整个报警回路则遵循失电安全型规则。改动中, 新增中间继电器2个, 涉及到接线18根, 其中新增接线10根, 原有接线改动8根。

改造完成后, 对各种报警信号进行现场实际模拟测试, 每次均能将报警信号及时传入中控DCS系统, 动作及时可靠。

结语

UPS电源供电系统对于保证现代通信系统安全平稳运行是至关重要的。实践证明, 采用将UPS的报警信号接入中控以DCS系统的解决方案, 有效减少了UPS供电不正常而导致的供电中断事件, 提高了UPS电源供电系统的安全可靠性, 对UPS电源的推广具有重要意义。

参考文献

[1]张小霞.数据中心机房的UPS电源选型[J].电子世界, 2011 (23) .

UPS电源 第6篇

交流不停电供电系统简称UPS电源,现对UPS电源的工作原理、组成结构、技术特点等进行分析介绍。

1 UPS不间断电源的基本原理及组成

UPS电源是一种含有储能装置,以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源,按工作方式可分为后备式(离线式)和在线式2种。

1.1 后备式UPS的工作特性

当输入电源的电压、频率满足输入指标时,由市电逆变供电转换控制电路输出3路信号,其中1路信号控制由电磁继电器构成的单刀双掷开关接通市电供电(这条线路就是交流旁路),此时负载直接由市电供电,对市电品质基本没有改变;第2路控制信号送到面板显示电路,用来显示市电的供电状态;第3路控制信号送至逆变器,以切断逆变电路;同时,市电还经过降压、整流,再经由充电电路给蓄电池充电。当市电因意外而中断时,市电逆变供电转换控制电路输出信号会发生变化,蓄电池内的直流电源会经过逆变器的作用而转变为交流电源,经输出变压器升压后,向负载提供220 V的交流电。不过,由电磁继电器控制单刀双掷开关从市电供电状态切换到逆变器供电时有一小段时间间隔,在此期间电流供应会发生中断;不过,像计算机这样的用电设备由于主机电源内有滤波电容的存在,因此当断电的瞬间滤波电容所储存的电能可以维持计算机继续工作至少8 ms～10 ms,而电磁继电器的切换时间一般只有2 ms～4 ms,所以不会发生因计算机重新启动而引发数据丢失的情况;但是,如果用电设备要求断电时间不得超过4 ms,则必须选用以双向可控硅作切换元件的UPS或在线式UPS。

1.2 在线式UPS的工作特性

在线式UPS的结构与后备式UPS很相似,二者之间的最大不同之处在于在线式UPS不再采用断电切换的工作方式,而是可以持续供电。简单地说,当市电供电正常时,它首先将市电交流电压经整流器和滤波器变为直流电送入逆变器,接下来逆变器将直流电变为功率放大的脉宽调制驱动电源信号,再经逆变器的输出滤波器重新变成交流电提供给负载。在线式UPS机内采用了反馈控制系统,可以向负载提供稳压精度高、频率稳定、波形失真度小、无干扰的瞬态响应特性好的高质量交流电。当在线式UPS的输出端承受100%的加载或减载时,它的输出电压波动不但小于5%,而且即便是这样小的瞬态电压波动也会在20 ms内恢复到正常稳压值。此外还配置了蓄电池作为储能单元,当市电供电中断时,UPS中的逆变器利用机内蓄电池所提供的直流电来维持负载的正常运转,由于不存在从市电供电到逆变器供电的转换步骤,因此就不存在转换时间长短的问题。一般在线式UPS电源均有旁路开关与备用电源相连(备用电源可以是另一路交流电,也可以是柴油发电机)。在线式UPS电源输出的是与市电电网完全隔离的纯净的正弦波电源,大大改善了供电的品质,保证了负载安全、有效的工作。可以向用电设备提供可靠的高质量的电流,这是在线式UPS的最大优势。

1.3 在线式UPS电源的原理图:

由图1可以看出UPS系统的基本组成主要有4部分:a)能源:市电电源;b)储能装置:蓄电池组;c)能量转换部件:主要包括整流器和逆变器,是UPS的核心部分;d)静态开关:是由晶闸管等大功率电子器以及逻辑控制电路组成。

2 各组成部分的作用及要求

2.1 逆变器

逆变器是UPS电源的关键设备,它由晶闸管主电路、输出变压器、交流滤波器以及各种控制电路组成,主要任务是将经过滤波的平稳直流电源变换为一定波形和一定频率的交流电,经过交流滤波装置,使负载得到50 Hz的正弦交流电压。

UPS的逆变器不仅仅是将直流简单地变换为交流输出,而是有一系列的要求:a)UPS的交流输出电压必须具备自动稳压性能,因此逆变器电路的输出波形,应该容易实现电压自动调节;b)UPS的输出通常为二频正弦波,对非线性失真有一定的要求,因此,逆变器输出波形的谐波成分应尽量小,这样才便于进行正弦化滤波,并可使滤波器简化;c)逆变器的交流二频输出要求能与市电或另外一台逆变器的二频输出锁相同步,以便进行同频切换或并机运行,因此,主电路输出波形的频率和相位应能方便地随时进行调;d)其他要求就是逆变器的效率要高,动态特性要好,触发控制回路要简单,元器件及材料消耗要少,无特殊规格要求,加工容易,成本低等。

逆变器的主要性能指标:a)直流输入电压:由接有蓄电池的多少而定,每只蓄电池的电压为1.75 V～2.25 V之间;b)交流输出电压:220±5%;c)输入功率:单相UPS一般在2 kVA～30 kVA,三相一般在30 kVA以上;d)频率:内振50 Hz,允许漂移不超过±0.5 Hz～1 Hz;e)谐波:<5%;f)效率:>75%～80%;g)功率因数:Cos滞后可达0.8;h)过流与限流:维持满载电流125%～150%内可调;i)环境温度:0℃～40℃应能工作。

UPS的技术性能很大程度上取决于逆变器的性能,它对UPS装置的输出波形极其谐波含量、装置效率,可靠性、对负载变化的瞬态响应能力、噪声甚至装置的体积重量均有决定影响。迄今为止,已能制造出多种形式的逆变器,其中有代表性的是:方波型、纯正谐波型、准方波型、稳压变压器型、阶梯波型、脉宽调制型、脉宽调制阶梯波型以及微处理器控制合成正弦波型。

2.2 整流器

UPS电源用的整流器由晶闸管及控制电路组成,从不可控的整流直到来往电抗器的双反星可控整流都有。主要功能是在市电正常时或市电故障由柴油发电机组提供电源时为逆变器提供波纹很小的直流电压。因为在UPS中逆变器有自动调节输出电压的能力,所以对整流器的稳压性能一般来说没有什么严格要求,把直流电压的变化作为一个扰动量加入逆变器的自动调压系统。如果直流电压的变化±10%,而逆变器的输出电压变化±(1%～2%),容量同时满足蓄电池均衡充电和逆变器满载运行的需要,就可满足负载供电的要求。

整流器的主要性能指标:a)输入交流电压:一般均为380 V±10%,三相四线制;b)频率:一般允许为50 Hz±5%;c)容量:应能同时满足蓄电池均衡充电和逆变器满载运行的需要;d)自动稳压精度:在直流输出镇定点上,交流输入电压波动±10%,负载电流在20%～100%的范围内,可以任意给定;e)自动稳流范围:在额定输出电流的10%～120%的范围内,可以任意给定;f)自动稳压范围:在额定输出电压的±20%范围内,可以任意给定;g)波纹电压:不大于额定输出电压的1%;h)效率:≥80%;i)功率因数:Cos≥0.7;j)限流:多数为额定负载电流的120%～150%。

一般常用整流器电路有不可控整流电路,可控整流电路、三相桥式半控整流电路3种。

2.3 静态开关

静态开关主要由晶闸管等大功率电子器件以及逻辑控制电路组成。可分为2类:1类是转换型,即两路交流电源通过转换开关相互切换的不间断供电方式。另1类是并机型,即由多台逆变器或逆变器和市电电源组成的并机型供电方式。静态开关是UPS的关键,它决定了UPS的“停电连接能力”,静态开关的切换时间主要取决于电压或电流的检测时间,采用瞬时值检测可提高静态开关的切换速度,使UPS的切换时间下降100μs,在开机运行系统中,无切换时间(t=0)。正常情况下,负载由和市电锁相同步的逆变器静态开关转向逆变器一边,再由逆变器供电,同时给电池充电,市电正常时,电池通过逆变器给负载供电。目前,国内外大量采用的是具有转换开关的转换型方式。

2.4 UPS用蓄电池的种类

UPS电源要求所选用的蓄电池必须在全载下供电时间一般在30 min,对电池来说是处于高倍率电流放电,在半载时一般不超过50 min。常用的蓄电池有3种,它们都属于铅酸蓄电池。

a)经济型HS型电池和适合于低温工作的AH型电池;b)适用于长放电时间要求的es型电池;c)小型密封式M型电池。其中M型电池因其体积小,而且密封无需维护,被广泛用于小型UPS电源中。

3 交流不停电电源UPS的种类

3.1 按输出功率分

微型UPS(≤1 kVA)、小型UPS(1 kVA～5 kVA)、中型(5 kVA～30 kVA)和大型UPS(30 k VA～100 kVA)。

3.2 按输出输入方式分

单相输入/单相输出、三相输入/单相输出和三相输入/三相输出。

3.3 按输出波形和逆变器的功率器件分为

正弦波、方波。

3.4 按后备时间分为

标准机和长效机。

3.5 按UPS电源内部线路分

a)在线式(On-Line)UPS;b)离线式也叫后备式(Off-Line)UPS;c)带转换开关的UPS电源;d)采用并机型静态开关的UPS;e)具有多重并联功能的UPS＿冗余系统;f)三端口UPS。

摘要：叙述了UPS不间断电源的基本原理、组成部分和种类,以及各部分的作用和要求。

UPS电源发展现状探讨 第7篇

UPS电源作为计算机的重要外设,已从最初的提供后备时间的单一功能发展到今天的提供后备时间及改善电网质量的双重功能,在保护计算机数据、改善电网质量、防止停电和电网污染对用户造成危害等方面起着很重要的作用。目前,UPS电源分类方式很多:按工作方式可分为后备式UPS、在线互动式UPS、在线式UPS、串并联调整式UPS;按后备时间可分为标准机、长效机;按输入/输出方式可分为单相输入/单相输出UPS、三相输入/单相输出UPS、三相输入/三相输出UPS;按输出波形分为正弦波、方波及阶梯波;按输出容量分为微型、小型、中型、大型;按安装方式可分为立式、机架式;按电池接线方式可分为蓄电池浮充式和开关切换式(也称分离式);按UPS主接线方案,供电可靠性、连续性、稳定性,电源容量及其它参数要求,可分为单一式不停电电源系统、并联式不停电电源系统、冗余式不停电电源系统。其中,按工作方式进行分类最普遍。

(1)后备式UPS也称非在线式UPS,工作原理如图1所示。正常供电时,市电经滤波后通过交流旁路通道再经转换开关直接向负载提供电源,机内的逆变器作为充电器给蓄电池充电,电池充满后逆变器处于停滞工作状态;当市电供电中断或低于170V时,逆变器紧急切换到工作状态,将蓄电池的直流电转变为稳压、稳频的方波交流电源输出。这种UPS存在2～10ms的切换时间,且持续供电一般仅十几分钟,因此不适用于对电能要求较高、供电不能中断的设备。

(2)在线式UPS工作原理如图2所示。工作时,UPS一般采用双变换模式。市电正常时,输入的交流电通过充电电路对蓄电池进行充电,同时整流器(AC/DC电路)将交流电转换为直流电,然后通过脉冲宽度调制技术,由逆变器(DC/AC电路)再将直流电逆变成正弦波交流电供给负载,起到无级稳压的作用。而当市电出现中断情况时,后备蓄电池开始进入工作状态,此时蓄电池储存的直流电能通过逆变器变换成交流电并供给负载。由于市电经过了交流到直流再到交流的转换过程,因此市电中原有的干扰和脉冲电压成分已经被过滤,而且无论是在市电正常还是中断时,逆变器一直处于工作状态,这就从根本上消除了来自电网的电压波动和干扰对负载的影响,真正实现了负载的无干扰、稳压、稳频以及输出电压零中断的切换目标。

(3)在线互动式UPS工作原理如图3所示。在线互动式UPS是介于后备式UPS和在线式UPS工作方式之间的UPS设备。在线互动式UPS的逆变器具有双向功能且长期处于工作状态:市电正常时,逆变器反向工作,起充电器的作用,给蓄电池组充电;市电异常时,逆变器立刻进入逆变工作状态,把蓄电池组储存的直流电能转换为交流正弦波。在线互动式UPS也有转换时间,但比后备式UPS短,保护功能较强;另外,采用了铁磁谐波变压器,抽头调压在市电供电时具有较好的稳压功能。但是,由于在线互动式UPS使用的是工频变压器,同样有着笨重、体积大的问题且输出频率不稳定,存在转换时间(4ms)。

(4)串并联调整式UPS工作原理如图4所示。串并联调整式UPS电源在在线式UPS的基础上进行了重大改进,它采用双向逆变器代替调压稳压器,产生既有串联调整又有并联调整的双重调整结构。图4中仅画出一相的电路,实际上三相电路是相同的,并且具有公共的直流母线。Delta变换器是一个正弦波电流源,串联在主电路中,它的功能是提供正弦波电流、监控蓄电池组的充电电平、调整输入功率因数和补偿市电电压与输出电压之间的差值ΔU。从电路结构上讲,它是一个双向变换器:逆变时输出功率,在主电路对输入电压做正补偿;整流时吸收功率,对输入电压做负补偿。该拓扑一般应用于三相大功率UPS电源系统中,这种双向变换的电路把交流系统稳压技术中的电压补偿原理应用到UPS电源的主电路。在调压的基础上,再叠加一个可大可小、可正可负的补偿电压来弥补UPS电源输出电压与输入市电的差异,使UPS电源系统拓宽了市电输入范围,提高了输出稳压精度。

2 UPS电源配置类型

(1)单台UPS。这是最简单、常用的配置方式。

(2)串联备用冗余UPS。这种方式不需要额外的切换装置,主机正常时100%地承担负载电流,故障时由从机提供后备电源。由于备用UPS在主机旁路且处于等待工作状态,因此又称为热备份。UPS热备份即UPS电源串联冗余,有主机和从机之分。其缺点为:主机静态切换开关发生故障时,将可能导致整个系统供电出现问题;在市电故障或市电超限时,因UPS有封锁旁路的功能,故主、从机无法按预先设定的方式切换,造成热备份失效;另外,备机长期处于热备用状态,电池也长期处于浮充状态,影响电池寿命。图5为一用一备串联冗余方式;图6为二用一备串联冗余方式。

(3)并联备用冗余UPS。这种方式需要另外配置切换装置,两台UPS的旁路必须是同一个AC电源。图7为一用一备并联冗余方式,适用于单AC母线系统;图8为二用一备并联冗余方式,适用于双交流母线系统。

(4)多机并联备用冗余UPS。这种方式是将多台型号、功率等参数相同的UPS电源模块,通过并机元件(并电源技术供配

机柜、并机模块或并机板等),把输出端同期并接而成。并机目的是为了共同分担总负载功率,其基本原理是:正常情况下,多台UPS均有各自的逆变器输出,但平分总负载和电流,当其中的一台或两台UPS模块故障时,由剩下的其它UPS模块承担全部负载和电流。其中三机并联是常用的一种并机方式,如对于80kVA的负载,可以考虑三台40kVA并联,即使一台UPS出现故障,另两台UPS仍能承担全部负载,且满足设计要求,此为N+1并联冗余。图9为多机备用并联冗余方式。

3 选配UPS电源的原则

(1)确定所需UPS的容量:计算所有的负载总和S,UPS的容量不小于S/0.8(考虑UPS的抗冲击能力及扩容需要)。

(2)确定所需UPS的类型:根据负载对输出稳定度、切换时间、输出波形的要求,确定UPS类型(在线式、在线互动式、后备式以及正弦波、方波等)及配置方式。

(3)确定所需电池后备时间:在UPS电源运行中如发生市电中断,那么蓄电池必须在预期的时间内向逆变器提供足够的直流能源,以便在带额定输出负载的情况下电池电压不致降到所允许的最低临界放电电压以下。

(4)附加功能:为了提高系统的运行可靠性,建议采用UPS热备份系统,考虑串联备用冗余UPS、并联备用冗余UPS及多机并联备用冗余UPS系统;选用远程监控面板,实现在远端监视和控制UPS的工作;选用网络适配器,实现UPS的网络化管理(基于SNMP);在多雨雷地区,可配用防雷器。

(5)售后服务:由于UPS较重,而且大容量机型一般组屏生产,内部接线较复杂,需要上门指导安装、调试、最终送电运行及进行必要的维护,因此要选择售后有保障的优质供应商。

4 UPS电源使用时的注意事项

(1)使用UPS电源时,应严格遵守厂家的产品说明书中有关规定,保证UPS所接市电的火线、零线顺序符合要求,确保直流(电池)正负极的正确性。

(2)配备UPS电源的主要目的是保证计算机及网络系统的正常工作和数据不受干扰。对于不需要UPS的设备(如打印机及一般的用户终端)直接接入市电;对于网络系统,可考虑UPS只供电给主机(或服务器)及有关部分。

(3)不要超负载使用UPS。UPS电源的最大负载量是其标称负载量的80%(后备式UPS一般选取额定功率的60%～70%负载量,在线式UPS一般选取额定功率的70%～80%负载量),超载使用在逆变状态下常造成逆变三极管击穿。此外,在使用UPS电源时,严禁接日光灯等感性负载,而只能接纯电阻或较小的电容性负载;UPS电源也不宜长期处于过度轻载状态。

(4)UPS开启约1min后,待UPS进入工作状态,再接通负载的电源开关,而且负载的电源开关要逐个地去接通;关机时的顺序正好相反,先逐个关掉负载的电源开关,再关闭UPS电源。

(5)不要频繁关闭和开启UPS电源。一般要求在关闭UPS电源后,至少要等待6s后才能再开启,否则UPS电源可能处于“启动失败”的状态,即UPS电源处于既无市电输出又无逆变器输出的不正常状态。

(6)为了补偿电池能量和提高电池寿命,UPS电源要进行及时、较长时间的连续充电(通常不少于48h,可以带或不带负载),以避免电池衰竭引起故障。新购置或存放很久的,使用前应先充电12h;长期存放不用的,每隔3个月应充电12h;若处于高温地区,则每隔2个月充电1次。

摘要：介绍UPS电源分类、配置类型、选配原则及使用注意事项,以增强相关人员对UPS的了解。

高压直流UPS电源的研究 第8篇

随着现在越来越多的信息数据化,通信服务器基站的数量也在不断增加,而通信基站中电源的可靠性和效率是关注的重点。一方面,电源的可靠性直接决定机站的稳定性,即使是瞬间的供电中断都会使通信基站全部中断或者瘫痪;另一方面,通信电源的转换效率影响着电能的损耗,2009年,我国服务器拥有量约为366万台,全国数据中心总耗电量约为364亿k Wh,约占当年全国用电量的1%[1],至2015我国数据中心总量已超过40万个,年耗电量超过全社会用电量的1.5%[2],电能消耗量很大,电源效率的提升所能节省的电能相当可观。

国内传统的通信基站供电电源有工频UPS电源、高频UPS电源和-48 V直流电源3种[3]。工频UPS电源出现最早,其缺陷也较多,包括结构复杂、输入功率因数低、电流谐波含量大、效率低、噪声污染大、蓄电池匹配能力差、电网适应能力差、体积和重量大等,现已慢慢被淘汰。高频UPS电源克服了工频UPS电源输入功率因数低、电流谐波含量大和噪声污染大的缺点,并在效率、体积和重量上有了一定改善[4]。但其结构仍需经过AC-DC、DC-AC和AC-DC三级变换才能给服务器供电,结构复杂。且蓄电池仍挂接于第一级整流电路输出直流母线上,蓄电池与服务器之间仍有两级电路,可靠性较低。针对交流UPS电源存在的问题,研究人员提出了直流电源供电方案并研制了-48 V直流通信电源。其采用了两级电路结构,前级电路实现功率因数校正和整流功能,后级电路实现隔离和DC-DC变换功能,结构简单,体积小重量轻,电源最高效率可达92%[5]。且其蓄电池直接挂接于电源输出与通信服务器之间,在发生断电时能瞬时给服务器供电,可靠性高。但因其输出电压为48 V,导致其输出电流非常大,需要线径较大的线缆,增加了线缆成本和布置难度。为了解决以上问题,高压直流UPS电源方案受到了越来越多的关注。根据国际电联(ITU)制定的国际标准ITU L.1200和ITU L.1201,高压直流UPS电源的国际标准输出电压范围为260 V~400 V,过渡电压范围为192 V~288 V[6]。中国国内早期以240 V输出电压等级作为过渡,现已逐渐靠近国际标准。

本研究介绍一种输出直流电压为380 V,采用两级结构的高压直流UPS电源系统。在电路结构上,电源前级采用T型三电平整流电路,后级采用输入串联输出并联型全桥电路;在控制上,通过引入负载电流前馈控制,提高电源的动态响应速度,保证电源在负载剧烈波动时的稳定输出。本研究针对所提出的方案制作功率为15 k W的一台样机,并给出相应实验波形。

1 主电路结构

主电路由两级电路组成。前级为实现整流和功率因数调整功能的T型三电平整流电路,后级为实现输出电压调整和隔离功能的输入串联输出并联型全桥电路。

1.1 前级三相T型三电平整流电路及工作原理

多电平PWM整流技术已逐渐成为功率因数校正技术(power factor correction,PFC)的主流,而其中的三电平整流技术较两电平整流技术性能更加优越,其优点如下:

(1)所使用开关器件少;

(2)开关管所需承受电压应力仅为直流母线电压的一半、能有效减小器件开关损耗;

(3)三电平电路开关时因为承受的电压变化小,可以减小电力电子装置产生的电磁干扰;

(4)三电平电路输入电流波形更接近正弦波,减小了输入电流的THD,可以有效减小滤波电感,从而减小装置体积,降低成本。

本研究所采用的电路为T型三电平整流电路,电路原理图如图1所示。

La,Lb,Lc—输入端起储能和滤波作用的电感;D1~D6—升压二极管;Sa1,Sa2,Sb1,Sb2,Sc1,Sc2—三路双向导通的开关通路;C1,C2—正负母线滤波电容;C3,C4—正负母线储能电解电容

其工作原理可参考T型三电平逆变电路和VIEN-NA整流电路[7,8]。

1.2 后级交错并联型DC/DC变换电路及工作原理

在DC/DC变换电路中,变换器的输出功率通常与功率开关管数量成正比[9],所以本研究选择双管隔离型变换器。其中移相全桥电路与LLC谐振转换电路相比,其多模块并联均流控制简单,所以本研究选用了移相全桥电路。整流电路输出母线电压最大值为800V,为了减小其对开关管的电压应力,并且减小输出电流纹波,本研究采用了输入串联输出并联的结构,并应用了交错并联技术,其优点如下:

(1)每个单元全桥电路功率开关器件的电压电流应力仅为原来的一半,降低了开关损耗;

(2)该电路输入侧上下母线自然均压,产生自然母线中电,降低了控制系统设计难度;

(3)该电路能有效降低输出电流纹波,减小输出滤波电感的体积和重量。

该变换器电路原理图如图2所示。其由两个移相全桥电路单元组成,两个单元工作频率都为100 k Hz,经副边全桥整流电路后电流纹波频率为200 k Hz,为了使减小输出电流纹波,两单元之间错开90°相角进行驱动控制,每个单元内部采用典型的移相控制方式[10]。其中,Vbus+和Vbus-是两个单元的输入,两者自然均压幅值相等;为了提高电源效率,Q1~Q8采用了8个COOLMOSFET开关管,D1~D8分别为Q1~Q8的体二极管,C1~C8分别是Q1~Q8的寄生电容;Lr1和Lr2是谐振电感,主要由变压器的漏感组成,帮助开关管实现软开关。记Q1~Q4所在电路为A单元,Q5~Q8所在电路为B单元。

该电路整体工作波形如图3所示。

以A单元为例,移向控制其基本工作原理如下,每个桥臂的两个开关管均为互补导通,且设有死区,其中Q1、Q3(Q5、Q7)组成超前臂能实现零电压开关,Q4、Q2(Q8、Q6)组成滞后臂能实现零电流开关。两个桥臂相应开关管的驱动信号之间相差一定的移相角δ,通过调节移相角的大小来调节输出电压幅值,移相角越小,输出电压越高,反之则越低。两单元的输出电流iLf1和iLf2相差180°相位,如图3所示,两者合并后的电流iLf的电流纹波大大小于单个单元电流纹波的两倍,减小了输出电流纹波,同时能减小输出滤波电感和滤波电容的大小。

2 负载电流前馈控制

2.1 传统电压电流双闭环控制

前级AC/DC电路和后级DC/DC电路的传统电压电流双闭环PI控制框图分别如图4所示。其有很好的稳态特性,稳态精度高。

AC/DC电路控制框图如图4(a)所示,其中电压环作为外环,电压环的控制较为简单,将输出直流母线上的正母线电压Vbus+和负母线电压Vbus-进行相加,将相加值与电压基准vsum_ref做比较,将比较值再经过PI运算器运算所得输出作为电流环的基准id_ref;电流环作为内环,电流环的控制较为复杂,首先对流经电感La、Lb、Lc的电流ia、ib、ic进行dq变换,将abc自然坐标系下的电流转换为dq旋转坐标系下的电流id和iq,电流环的控制思路是通过控制d轴电流id,实现母线电压的控制,通过控制q轴电流iq使其为0,实现网侧单位功率因数控制。

DC/DC电路控制框图如图4(b)所示,其中外环由输出电压vout反馈电路形成,内环由霍尔采样输出电感电流iL形成。在该双环控制中,由电压外环控制电流内环,即内环电流在每一开关周期内上升,直至达到电压外环设定的误差电压阈值,电流内环是瞬时快速进行逐个脉冲比较工作的,并且监测输出电感电流iL的动态变化,电压外环只负责控制输出电压。

2.2 引入负载电流前馈的电压电流双闭环控制

传统双闭环控制能获得非常理想的稳态特性,但是其在负载剧烈变化的情况下,因控制策略自身在结构上存在的滞后性,使得电压环输出即电流环基准无法迅速改变,使得输入输出能量不平衡,进而导致输出电压出现较大的偏差,使得系统动态性能受到影响。对此,本研究根据控制原理中引入负载电流前馈能有效提高系统动态性能的原理,在双闭环PI控制的基础上增加了负载电流前馈控制[11],控制框图如图5所示。

引入负载电流前馈后的AC/DC电路控制框图如图5(a)所示,图5(a)中虚线框所示引入了负载电流补偿变量Δid,其由输出电感电流iL乘以一定比例后得到。当负载发生变化时,补偿量Δid会加在id_ref上迅速调节基准,进而消除了负载电流iL的变化对系统直流输出的影响,使得直流母线输出电压只与电压控制器输出vsum有关。此时,vsum的稳态值恰好完全由负载电流前馈通道的输出决定,电压环路控制器的输出为零,这意味着电压环路控制器在负载突变时只起到微调的作用,保证输出电压的恒定。

引入负载电流前馈后的DC/DC电路控制框图如图5(b)所示,图5(b)中虚线框所示引入了负载电流补偿变量ΔiL。当有负载扰动时,本研究利用负载电流产生的补偿量ΔiL,对iref基准进行快速调节,从而快速使输出电压恢复到所要求值附近,再通过电压环的精细控制来使得系统快速建立平衡。加入负载电流前馈补偿后,输出电压只与电压控制器输出vout有关,输出负载电流的变化对系统直流输出的影响已被ΔiL抵消,只需电压环路在负载突变时起到精确微调作用,引入负载电流前馈减轻了电压环在负载突变时大范围调节输出电压的负担,避免了电压环路控制器由于带宽低、调节速度慢,从而对系统动态调节造成影响,大大提高了系统动态响应的速度。

3 实验及分析

为了验证所提出的高压直流UPS电源方案,本研究设计制作了一台样机进行试验验证,交流输入线电压范围为300 V~410 V,输出直流电压范围300 V~400 V,输出最大功率15 k W。系统参数如表1所示。

实验平台如图6所示。

从50%负载突变为75%负载,再降为50%负载的相关切载波形如图7~9所示。此时高压直流UPS电源在三相输入线电压为310 V交流、直流母线电压为600 V、电源直流输出电压为360 V。图中:1号波形—三相T型三电平电路输出直流母线波形vbus;2号波形—系统直流输出电压波形vout,为了观察其在负载变动时的波动,其基准线已减去360 V;3号波形—交流输入电流波形iin。由图9可得输出电压因负载突变引起的波动完全恢复仅需0.8 s,且其变化幅值仅为5V,仅为输出电压的1.39%。由图8、图9可得,因负载电流前馈的引入,当负载突变时,输入功率会迅速跟随负载变化,动态响应快,使得母线电压和直流输出电压波动范围小于1.5%,提高了电源可靠性。

引入负载电流前馈后负载突变时波形如图7所示。

从50%负载突变为75%负载时波形如图8所示。

从75%负载突变为50%负载时的波形如图9所示。

本研究所做样机效率曲线如图10所示。

在50%负载至75%负载之间系统效率较高,最高效率为96%,相对传统-48 V直流电源和高频UPS电源提高了3%~4%的效率。

4 结束语

本研究提出了一种高压直流UPS电源的设计方案,并进行了参数设计,研制了一台15 k W样机。采用了前级三相T型三电平电路和后级交错并联型移相全桥电路,电路结构简单,最高效率高达96%,在控制方面引入了负载电流前馈控制,实验证明其动态性能良好,负载突变时系统跟随非常及时。

本研究仍存在不足之处。首先在输出电流较小的轻载工作状态下系统不稳定,后续研究中考虑在轻载下使用其他控制模式;另外DC/DC电路中全桥整流电路的二极管尖峰使用了电阻吸收,后续研究中可改进为能量回馈电路吸收。

摘要：针对传统通信基站UPS供电电源存在的系统结构复杂、电源效率低、可靠性差的问题,研究采用了一种两级结构的高压直流UPS电源。在电路结构方面,电源前级采用了T型三电平整流电路,改善了输入功率因数和输入电流THD;后级采用了输入串联输出并联型全桥电路,并采用交错并联技术,减小了输出电流纹波。在控制方面,引入了负载电流前馈控制,提高了电源的动态响应速度,保证电源在负载剧烈波动时输出电压纹波很小。研究结果表明,高压直流UPS电源的最高效率为96%;其负载突变时恢复时间小于200μs,电压波动小于5%,动态响应快,输出特性好。

关键词：高压直流UPS电源,高效率,高可靠性,负载电流前馈控制

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浅谈UPS电源的使用与维护 第9篇

UPS (Uninterruptible Power Supply) , 即不间断电源, 是一种含有储能装置, 以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时, UPS将市电稳压后供应给负载使用, 此时的UPS就是一台交流市电稳压器, 同时它还向机内电池充电;当市电中断 (事故停电) 时, UPS立即将机内电池的电能, 通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电, 使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS作为保护性的电源设备, 它的性能参数具有重要意义, 应是我们选购时的考虑重点。市电电压输入范围宽, 则表明对市电的利用能力强 (减少电池放电) 。输出电压、频率范围小, 则表明对市电调整能力强, 输出稳定。波形畸变率用以衡量输出电压波形的稳定性, 而电压稳定度则说明当UPS突然由零负载加到满负载时, 输出电压的稳定性。还有UPS效率、功率因数、转换时间等都是表明UPS性能的重要参数, 决定了对负载的保护能力和对市电的利用率。性能越好, 保护能力也越强。

1 对通信电源系统的基本要求

对通信电源系统的基本要求是可靠性和稳定性。一般通信设备发生故障的影响面比较小, 是局部性的, 但如果通信电源系统一旦发生故障, 通信系统将全部中断, 所以电源系统要应有备份设备, 电源设备要有备品备件, 市电要有双路或多路输入, 交流和直流互为备用。我国对通信电源的要求是:防雷措施要求完善, 设备允许的交流输入电压波动范围大, 多重备用系统以防止电源系统发生电源完全中断故障。由于电网分布和利用市电的条件存在千差万别, 许多地方的市电电压波动范围很大。特别是一些变电站、微波站、光通信站和模块站等, 有时交流电电压波动范围达±30%以上。为提高市电的可用度, 要求电源设备具有更宽的工作电压范围, 否则就要增加稳压装置。

2 通信电源的管理

2.1 加强对电源设备的重视

电源设备与通信网中的其它设备 (如交换、传输等) 有较大的不同, 本质上, 电源设备是机电设备而非通信设备。正因为如此, 在通信中, 它得不到充分的重视, 无论是在组织机构、人员、资金还是管理上, 都得不到相应的保证。然而, 必须看到, 通信电源作为整个通信电信网中的能量保证, 它的作用是整体和全局性的。虽然它不是通信网主流设备, 但它却是通信网中最重要、最关键的设备。

2.2 加强电源管理上的专业化

对通信电源要求通信网上的各级管理层次和建设、维护方面应该有独立的电源专业管理机构和人员。因为通信电源是一个专业, 而且是个包括多种系统和学科的大专业, 因此, 应该对它作相应的专业管理, 由其它专业人员来兼管电源专业是不够的, 也是不科学的。

2.3 重视通信电源系统初期的设计、安装

电源系统设计时应充分考虑容量大小、地理位置、空间布置、未来发展、设备质量、工作勘察与设计、运行方式选择、建设管理、运行维护管理等各个环节。其中对于设备选择、方案设计、工程管理等环节尤其要加强重视和管理。

2.4 电源设备购置

在购置通信电源过程中, 除考虑性价比外, 要考虑高可靠性、多种自动保护功能、宽电压、良好的均流均衡性能、在线运行模式, 要考虑是否严格按照ISO-9000质量保证体系组织生产, 另外系统故障率、防雷和电涌措施、交直流配电一体化等都应是分析考虑配置的重点。要选用可靠性高的设备, 合理配置备份设备。

3 UPS电源的使用维护

3.1 开关机顺序

为了避免负载在启动瞬间产生的冲击电流对UPS造成损坏, 在使用时应首先给UPS供电, 使其处于旁路工作状态, 然后再逐个打开负载, 这样就避免了负载电流对UPS的冲击, 使UPS的使用寿命得以延长。

3.2 充电电压

在UPS的充电过程中, 如果充电电压过高会导致电池组的过量充电, 反之则会造成电池组的充电不足。当充电电压不正常的时候, 可能会让电池配置数据产生错误。在安装电池组时, 一定要注意电池规格和数量的正确性, 不同规格、不同品牌的电池应尽量避免混用, 外接充电器也最好不要采用低价劣质产品。

3.3 充电电流

在对UPS电池组进行充放电时应尽量避免过大的电流通过。虽然有的时候UPS的电池组可以接受一定程度的大电流, 但在实际操作中还是应该尽量避免, 否则会使电池极板变形, 导致电池内阻增大, 严重时电池容量将会严重下降, 导致电池组寿命大幅缩短。

3.4 放电深度

UPS的放电深度对电池使用寿命的影响也是非常大的, 电池放电深度越深, 其循环使用次数就越少, 因此在使用时应避免电池的深度放电。

3.5 安全防护

由于UPS的电池组电压很高, 对人体存在一定的电击危险, 所以在装卸导电连接条和输出线时应具有安全保障, 采用的工具应绝缘, 特别是输出接点更应该有防止触电的设置。