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UPS不間斷電源工作原理及應(yīng)用說明2008年10月25日 星期六 03:21 P.M.摘要：本文介紹了UPS電源系統(tǒng)的基本組成，原理及特點，并對如何對其全面、完善維護做了詳細的闡述。關(guān)鍵字：UPS 儲能電池Abstract: Basic composing,theory and characteristic of UPS power are introduced in this article.It particular explains how to excessive maintenance.Key words: UPS Saving battery一、引言保證任何情況下的正常供電，是冶金行業(yè)的重要基礎(chǔ)。為此,除工業(yè)電網(wǎng)正常供電外，還需配備UPS供電系統(tǒng)。UPS電源是保障供電穩(wěn)定和連續(xù)性的重要設(shè)備，因其主要機智能化程度高，儲能器材采用免維護蓄電池，使得在運行中往往忽略了對該系統(tǒng)的維護與檢修。其實維護的好壞，對電源的壽命和故障率有很大影響，下面根據(jù)我們使用中的具體情況和維護經(jīng)驗介紹UPS電源的使用注意事項和日常維護要求。雖說各企業(yè)配置的UPS供電系統(tǒng)設(shè)備型號及系統(tǒng)容量有所不同，但其原理和主要功能基本相同。在UPS電源類型選擇上各站都選擇了在線式，這時因為在線式UPS電源系統(tǒng)具有對各類供電的零時間切換，自身供電時間的長短可選，并具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、凈化的特點。當(dāng)UPS電源系統(tǒng)本身出現(xiàn)故障時有自動旁路功能，當(dāng)需要檢修時可采用手動旁路，使檢修、供電互不影響。在功率選擇上，萊鋼中小型棒材生產(chǎn)線選用了中功率系統(tǒng)。二、UPS電源系統(tǒng)UPS電源系統(tǒng)由4部分組成：整流、儲能、變換和開關(guān)控制。其系統(tǒng)的穩(wěn)壓功能通常是由整流器完成的，整流器件采用可控硅或高頻開關(guān)整流器，本身具有可根據(jù)外電的變化控制輸出幅度的功能，從而當(dāng)外電發(fā)生變化時（該變化應(yīng)滿足系統(tǒng)要求），輸出幅度基本不變的整流電壓。凈化功能由儲能電池來完成，由于整流器對瞬時脈沖干擾不能消除，整流后的電壓仍存在干擾脈沖。儲能電池除可存儲直流直能的功能外，對整流器來說就象接了一只大容器電容器，其等效電容量的大小，與儲能電池容量大小成正比。由于電容兩端的電壓是不能突變的，即利用了電容器對脈沖的平滑特性消除了脈沖干擾，起到了凈化功能，也稱對干擾的屏蔽。頻率的穩(wěn)定則由變換器來完成，頻率穩(wěn)定度取決于變換器的振蕩頻率的穩(wěn)定程度。為方便UPS電源系統(tǒng)的日常操作與維護，設(shè)計了系統(tǒng)工作開關(guān)，主機自檢故障后的自動旁路開關(guān)，檢修旁路開關(guān)等開關(guān)控制。如圖1所示，在電網(wǎng)電壓工作正常時，給負載供電如所示，而且，同時給儲能電池充電；當(dāng)突發(fā)停電時，UPS電源開始工作，由儲能電池工給負載所需電源，維持正常的生產(chǎn)（如粗黑所示）；當(dāng)由于生產(chǎn)需要，負載嚴重過載時，由電網(wǎng)電壓經(jīng)整流直接給負載供電（如虛線所示）。UPS電源系統(tǒng)主要分兩大部分，主機和儲能電池。額定輸出功率的大小取決于主機部分，并與負載屬那種性質(zhì)有關(guān)，因為UPS電源對不同性能的負載驅(qū)動能力不同，通常負載功率應(yīng)滿足UPS電源70的額定功率。儲能電池容量的選取當(dāng)負載功率確定后主要取決其后備時間的長短，這個時間因各企業(yè)情況不同而不同，主要由備用電源的接入時間來定，通常在幾分鐘或幾個小時不等。萊鋼中小型棒材生產(chǎn)線因生產(chǎn)需要不允許斷電，因此，UPS電源系統(tǒng)在檢測到電網(wǎng)電壓中斷后，可自行啟動供電，且隨著儲能電池慢慢放電，儲能電池的容量隨著時間會逐漸降低，考慮到壽命終止時儲能電池容量下降到50并留有一定的余量，我廠UPS電源系統(tǒng)的工作時間當(dāng)儲能電池滿容量時為2小時，半容量為1小時。2.1電源工作原理2.1.1 AC-DC變換：將電網(wǎng)來的交流電經(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。AC-DC輸入有軟啟動電路，可避免開機時對電網(wǎng)的沖擊。2.2 .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(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)，及快速短路保護技術(shù)，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。2.3.3 控制驅(qū)動：控制驅(qū)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(guān)和顯示驅(qū)動信號外，還完成SPWM正弦脈寬調(diào)制的控制，由于采用靜態(tài)和動態(tài)雙重電壓反饋。極大地改善了逆變器的動態(tài)特性和穩(wěn)定性。不間斷電源工作原理框圖如圖2所示。2.3電源工作過程當(dāng)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(wěn)定的220Vac交流電壓，同時市電對電流充電。當(dāng)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(guān)向直流回路饋送電能。從電網(wǎng)供電到電池供電沒有切換時間。當(dāng)電池能量即將耗盡時，不間斷電源發(fā)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(dāng)發(fā)生超載（150%負載）時，跳到旁路狀態(tài)，并在負載正常時自動返回。當(dāng)發(fā)生嚴重超載（超過200%額定負載）時，不間斷電源立即停止逆變器輸出并跳到旁路狀態(tài)，此時前面空氣開關(guān)也可能跳閘。消除故障后，只要合上開關(guān)，重新開機即開始恢復(fù)工作。為使不間斷電源充分工作，避免在過載或欠載下運行，電源在開機前，首先計算負載容量。FR-UK型不間斷電源（標稱額定功率）80%的阻性負載設(shè)計負載能力，一般帶計算機負載時可承受的按下式估算：i=1 n PiP其中P為不間斷電源輸出容量（VA），P為第i個負載伏安數(shù)每套PLC功率： 220V*0.5=110VA每臺操作站功率： 220V*2A=440VAIBM PC客戶機及服務(wù)器：220V*1.5A=330VA則總功率：10*110VA+4*440VA+11*330VA=6490VA6490VA/0.8=8112VA因此，在這條棒材生產(chǎn)線上，采用10KVA的不間斷電源比較合適。三、UPS電源系統(tǒng)的使用與維護1 、UPS電源系統(tǒng)開、關(guān)機1.1 第一次開機(1)按以下順序合閘：儲能電池開關(guān)自動旁路開關(guān)輸出開關(guān)依次置于“ON。(2)按UPS啟動面板“開”鍵，UPS電源系統(tǒng)將徐徐啟動，“逆變”指示燈亮，延時1分鐘后，“旁路”燈熄滅，UPS轉(zhuǎn)為逆變供電，完成開機。經(jīng)空載運行約10分鐘后，按照負載功率由小到大的開機順序啟動負載。1.2 日常開機只需按UPS面板“開”鍵，約20分鐘后，即可開啟電腦或其它儀器使用。通常等UPS啟動進入穩(wěn)定工作后，方可打開負載設(shè)備電源開關(guān)（注：手動維護開關(guān)在UPS正常運行時，呈“OFF狀態(tài)）。1.3 關(guān)機先將電腦或其它儀器關(guān)閉，讓UPS空載運行10分鐘，待機內(nèi)熱量排出后，再按面板“關(guān)”鍵。2、UPS電源系統(tǒng)使用注意事項UPS電源系統(tǒng)因其智能化程度高，儲能電池采用了免維護蓄電池，這雖給使用帶來了許多便利，但在使用過程中還應(yīng)在多方面引起注意，才能保證使用安全。(1)UPS電源主機對環(huán)境溫度要求不高，+540都能正常工作，但要求室內(nèi)清潔，少塵，否則灰塵加上潮濕會引起主機工作紊亂。儲能蓄電池則對溫度要求較高，標準使用溫度為25，平時不能超過+15+30。溫度太低，會使儲電池容量下降，溫度每下降1，其容量下降1。其放電容量會隨溫度升高而增加，但壽命降低。如果在高溫下長期使用，溫度每高10，電池壽命約降低一半。(2)主機中設(shè)置的參數(shù)在使用中不能隨意改變。特別是對電池組的參數(shù)，會直接影響其使用壽命，但隨著環(huán)境溫度的改變，對浮充電壓要做相應(yīng)調(diào)整。通常以25為標準，環(huán)境溫度每升高或降低1時，浮充電壓應(yīng)增加18mV（相對于12V蓄電池）。(3)在無外電靠UPS電源系統(tǒng)自行供電時，應(yīng)避免帶負載啟動UPS電源，應(yīng)先關(guān)斷各負載，等UPS電源系統(tǒng)起動后再開啟負載。因負載瞬間供電時會有沖擊電池，多負載的沖擊電流和加上所需的供電電流會造成UPS電源瞬間過載，嚴重時將損壞變換器。(4)UPS電源系統(tǒng)按使用要求功率余量不大，在使用中要避免隨意增加大功率的額外設(shè)備，也不允許在滿負載狀態(tài)下長期運行。但工作性質(zhì)決定了UPS電源系統(tǒng)幾乎是在不間斷狀態(tài)下運行的，增加大功率負載，即使是在基本滿載狀態(tài)下工作，都會造成主機出故障，嚴重時將損壞變換器。(5)自備發(fā)電機的輸出電壓，波形、頻率、幅度應(yīng)滿UPS電源對輸入電壓的要求，另久發(fā)電機的功率要遠大于UPS電源的額定功率，否則任一條件不滿，將會造成UPS電源工作異常或損壞。(6)由于組合電池組電壓很高，存在電擊危險，因此裝卸導(dǎo)電聯(lián)接條、輸出線時應(yīng)用安全保障，工具應(yīng)采用絕緣措施，特別是輸出接點應(yīng)有防觸摸措施。 (7)不論是在浮充工作狀態(tài)還是在充電、放電檢修測試狀態(tài)，都要保證電壓、電流符合規(guī)定要求。過高的電壓或電流可能會造成電池的熱失控或失水、電壓、電流過小會造成電池虧電，這都會影響電池的使用壽命，前者的影響更大。(8)在任何情況下，都應(yīng)防止電池短路或深度放電，因為電池的循環(huán)壽命和放電深度有關(guān)。放電深度越深、循環(huán)壽命越短。在容量試驗中或是放電檢修中，通常 放電達到容量的3050就可以了。(9)對電池應(yīng)避免大電流充放電，雖說在充電時可以接受大電流，但在實際操作中應(yīng)盡量避免，否則會造成電池極板膨脹變形，使得極板活性物質(zhì)脫落，電池內(nèi)阻增大，溫升越高，嚴重時將造成容量下降，壽命提前終止。3、日常維護與檢修(1)UPS電源在正常使用情況下，主機的維護工作很少，主要是防塵和定期除塵。特別是氣候干燥的地區(qū)，空氣中的灰粒較多，機內(nèi)的風(fēng)機會將灰塵帶入機內(nèi)沉積、當(dāng)遇空氣潮濕時會引起主機控制紊亂造成主機工作失常，并發(fā)生不準確告警，大量灰塵也會造成器件散熱不好。一般每季度應(yīng)徹底清潔一次。其次就是在除塵時，檢查各連接件和插接件有無松動和接觸不牢的情況。 (2)雖說儲能電池組目前都采用了免維護電池，但這只是免除了以往的測比、配比、定時添加蒸餾水的工作。但外因工作狀態(tài)對電池的影響并沒有改變，不正常工作狀態(tài)對電池造成的影響沒有變，這部分的維護檢修工作仍是非常重要的，UPS電源系統(tǒng)的大量維修檢修工作主要在電池部分。a.儲能電池的工作全部是在浮充狀態(tài)，在這種情況下至少應(yīng)每年進行一次放電。放電前應(yīng)先對電池組進行均衡充電，以達全組電池的均衡。要清楚放電前電池組已存在的落后電池。放電過程中如有一只達到放電終止電壓時，應(yīng)停止放電，繼續(xù)放電先消除落后電池后再放。b.核對性放電，不是首先追求放出容量的百分之多少，而是要關(guān)注發(fā)現(xiàn)和處理落后電池，經(jīng)對落后電池處理后再作核對性放電實驗。這樣可防止事故，以免放電中落后電池惡化為反極電池。c.平時每組電池至少應(yīng)有8只電池作標示電池，作為了解全電池組工作情況的參考，對標示電池應(yīng)定期測量并做好記錄。d.日常維護中需經(jīng)常檢查的項目有：清潔并檢測電池兩端電壓、溫度；連接處有無松動，腐蝕現(xiàn)象、檢測連接條壓降；電池外觀是否完好，有無殼變形和滲漏；極柱、安全閥周圍是否有酸霧逸出；主機設(shè)備是否正常。e.免維護電池要維護，不是什么無稽之談，應(yīng)從廣義的維護立場出發(fā)，做到運行、日常管理的周到、細致和規(guī)范性，保證設(shè)備（包括主機設(shè)備）保持良好的運行狀況，從而延長使用年限；保證直流母線經(jīng)常保持合格的電壓和電池的放電容量；保證電池運行和人員的安全可靠。這就是電池維護的目的，也是電池運行規(guī)程中包括的內(nèi)容和進行規(guī)則。(3)當(dāng)UPS電池系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，應(yīng)先查明原因，分清是負載還是UPS電源系統(tǒng)；是主機還是電池組。雖說UPS主機有故障自檢功能，但它對面而不對點，對更換配件很方便，但要維修故障點，仍需做大量的分析、檢測工作。另外如自檢部分發(fā)生故障，顯示的故障內(nèi)容則可能有誤。 (4)對主機出現(xiàn)擊穿，斷保險或燒毀器件的故障，一定要查明原因并排除故障后才能重新啟動，否則會接連發(fā)生相同的故障。(5)當(dāng)電池組中發(fā)現(xiàn)電壓反極、壓降大、壓差大和酸霧泄漏現(xiàn)象的電池時，應(yīng)及時采用相應(yīng)的方法恢復(fù)和修復(fù)，對不能恢復(fù)和修復(fù)的要更換，但不能把不同容量、不同性能、不同廠家的電池聯(lián)在一起，否則可能會對整組電池帶來不利影響。對壽命已過期的電池組要及時更換，以免影響到主機。四、結(jié)束語再好的設(shè)備也有壽命，也會出現(xiàn)各類故障，但維護工作做的好可以延長壽命，減少故障的發(fā)生，這和人的壽命長短、生老病死是一樣的道理。不要因為高智能、免維護而忽略了本應(yīng)進行的維護工作，預(yù)防在任何時候都是安全運行的重要保障。不間斷電源UPS的工作原理按UPS的工作方式來分，可分為在線（online）式UPS和離線（offline）式UPS。離線式UPS又稱后備式UPS，它還可分為正弦波輸出、方波輸出、帶穩(wěn)壓的或不帶穩(wěn)壓的。廣告插播信息維庫最新熱賣芯片： 2N5551 LT1625 MAX203ECPP AD8314ARM-REEL7 CY7C235A-30JC IR3081 NM93C46AM8X BR24L16F-WE2 BU208A Z85C3008VSC （1）后備式UPS 后備式UPS是指UPS中的逆變器只在市電中斷或欠壓失常狀態(tài)（欠壓值約在170V，即UPS投人電壓）下才工作，向負載供電，而平時逆變器不工作，處于各用狀態(tài)。圖1為后備式UPS電能流程圖。市電供電正常時，市電一方面直接通過交流旁路支路轉(zhuǎn)換開關(guān)，經(jīng)濾波器輸出至負載；另一方面通過電源變壓器，經(jīng)整流后變成直流電，再經(jīng)充電回路向蓄電池組充電。當(dāng)市電供電中斷時，蓄電池儲存的電能通過逆變器變成交流電，經(jīng)濾波器繼續(xù)向負載供電。圖1 后備式UPS電能流程圖在后備式UPS中實際電路也含有各種保護、告警等控制回路，比較復(fù)雜。（2）在線式UPS 圖2為在線式UPS電能流程圖。市電供電正常時，市電經(jīng)過電源變壓器、整流器后，一路經(jīng)逆變器、濾波器輸出至負載；另一路經(jīng)充電回路向蓄電池組充電。當(dāng)市電中斷，蓄電池組端電壓低于設(shè)定值或逆變器故障時，市電就通過旁路支路經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)、濾波器向負載供電。由此可見，不管市電正常或中斷，在線式UPS的逆變器總是在工作。圖2 在線式UPS電能流程圖（3）UPS的主要組成部分 UPS主要由逆變器、蓄電池、整流器充電器和轉(zhuǎn)換開關(guān)等組成。逆變器主要由晶體三極管、變壓器和控制回路等組成，其作用是變直流為交流輸出，它是UPS的核心部分，UPS的技術(shù)性能、質(zhì)量主要取決于它。蓄電池是UPS儲能裝置。UPS中的蓄電池應(yīng)具有良好的大電流放電特性，能經(jīng)得住反復(fù)地充放電，壽命要長，目前UPS常用的是免維護密封式鉛酸蓄電池。整流器充電器是把市電變成直流電，為逆變器和蓄電池提供電能的裝置。轉(zhuǎn)換開關(guān)（靜態(tài)開關(guān)）的作用是通過瞬時的高速檢測回路，當(dāng)市電有干擾或出現(xiàn)大的浪涌時，把UPS迅速轉(zhuǎn)到旁路輸出，以保護UPS；它的第二個作用是提供維修通道。對轉(zhuǎn)換開關(guān)要求切換時間快、過載能力大。（4）各類UPS的特點在線式UPS的特點。a在線式UPS都為正弦波輸出，其最顯著的特點是實現(xiàn)了對負載的真正不間斷供電。b在線式UPS實現(xiàn)了對負載的抗干擾供電。因為在線式UPS無論由市電或蓄電池對負載供電，都要通過逆變器進行，這就可能從根本上消除來自市電電網(wǎng)上的所有電壓波動和電干擾對負載的影響，UPS始終向負載提供一個穩(wěn)壓穩(wěn)頻的高質(zhì)量交流電源。而且，在線式UPS的正弦失真系數(shù)最小。c與后備式UPS相比，在線式UPS具有優(yōu)良的瞬時特性時，它在100負載加載或減載時，其輸出電壓的變化小于4，時間約1040ms。d在線式UPS具有較高的工作可靠性。后備式正弦波輸出的UPS的特點。a一般后備式正弦波輸出的UPS電路中均采用抗干擾式分級調(diào)壓穩(wěn)壓技術(shù)，當(dāng)市電在180250V的范圍內(nèi)時，能輸出一個具有抗干擾的穩(wěn)壓的正弦波電壓。b切換時間較短，約4ms，最短2ms。c其輸出端的零線和火線是固定的，這是因為UPS中市電供電或逆變器對負載供電都是由同一電源變壓器來完成。所以用戶在連接這種UPS時，應(yīng)符合廠家的規(guī)定。后備式正弦波輸出的UPS都有零、火線判錯電路，一旦發(fā)現(xiàn)輸人端零、火線與UPS要求的不一致，UPS會自動保護，沒有輸出。還需指出的是，后備式UPS中220V輸人的零線就是UPS控制線路的地線。后備式方波輸出的UPS的特點。a與后備式正弦波輸出的UPS一樣，該線路中采用抗干擾式分級調(diào)壓穩(wěn)壓技術(shù)，當(dāng)市電在180250V之間變化時，它的穩(wěn)壓精度在510；市電中斷時，逆變器對負載提供個穩(wěn)定度在5、無干擾的方波電源。b方波輸出的后備式UPS的控制線路中未采用與市電同步的技術(shù)，其切換時間相應(yīng)比正弦波輸出的后備式UPS要長一些，約49ms。c與后備式正弦波輸出的UPS一樣，它的輸出端零、火線是固定的。使用時，交流輸入端的極性應(yīng)符合出廠規(guī)定。d不能接像日光燈那類性質(zhì)的負載，否則會達不到機器的出廠指標，或損壞UPS本身。并且，它不能進行頻繁的關(guān)閉和啟動。UPS關(guān)機后，如立即再啟動，它就不能正常工作，此時無電壓輸出且蜂鳴器長鳴，稱為啟動失敗。所以，關(guān)機后，如需重新開機，要等6s以上時間。歡迎轉(zhuǎn)載，信息來源維庫電子市場網(wǎng)（） 什么是UPS不間斷電源及UPS工作原理USP是Uninterruptable Power Supply的英文縮寫，翻譯成中文就是不間斷電源的意思，能常能接觸的就是在計算機的應(yīng)用當(dāng)用，保護意外斷電數(shù)據(jù)丟失的一種備用電源設(shè)備，可以在交流電斷開的情況下，提供一定的時間供電以使安全關(guān)機在網(wǎng)絡(luò)上的解析是這樣的:在國內(nèi)，比較出名的品牌有以下的:山特 powerware 山頓APC 臺達科技 四通 ATA等品牌中文：Uninterruptable Power Supply -不間斷電源具有備用電池或備用發(fā)電機和自動控制器的電源，可以確保在主電源中斷時連續(xù)供電英文:United Parcel Service, Inc. (UPS) is the worlds largest package delivery company, delivering over 14 million packages a day to over 200 countries around the world. It has recently expanded its operations to include logistics and other transportation-related areas. It is headquartered in Atlanta, Georgia.UPS is well-known for its brown trucks, also known as package cars (hence the company nickname Big Brown). ./wiki/UPSUps is an open-source source-level debugger developed in the late 1980s for UNIX and UNIX-like systems. It supports C and C+, and Fortran on some platforms. Unlike more popular debugger stacks for these platforms, ups is completely self-contained not merely a graphical front-end to lower-level debuggers like gdb (although some work has been done to make ups usable in that way). ./wiki/Ups_(debugger)UPS stands for:*Ubiquitin proteasome system*Underground Press Syndicate*Uninterruptible power supply*United Parcel Service package delivery company serving most of the world, founded in Seattle, Washington*University of Puget Sound in Tacoma, WA*Universal Press Syndicate*Ups (debugger)*USS Puget Sound*Universal Pantheist S/wiki/UPS_(disambiguation)英文的翻譯比較多，我們只摘錄了三段.UPS介紹:其輸出功率從500VA3000KVA不等。UPS電源按其工作方式可分為后備式UPS和在線式UPS兩大類；而按其輸出波形又可分為方波輸出UPS和正弦波輸出UPS兩種。后備式UPS電源的優(yōu)點是：運行效率高、噪音低、價格相對便宜，主要適用于市電波動不大，對供電質(zhì)量要求不高的場合。在線式UPS電源與后備式UPS電源相比，在線式UPS電源的供電質(zhì)量明顯優(yōu)于后備式UPS電源，因為它可以實現(xiàn)對負載的穩(wěn)頻、穩(wěn)壓供電，且在由市電供電轉(zhuǎn)換到蓄電池供電時，其轉(zhuǎn)換時間為零。方波輸出的UPS電源帶負載能力差(負載量僅為額定負載的4060)，不能帶電感性負載。如所帶的負載過大，方波輸出電壓中包含的三次諧波成份將使流入負載中的容性電流增大，嚴重時會損壞負載的電源濾波電容。正弦波輸出的UPS電源的輸出電壓波形畸變度與負載量之間的關(guān)系沒有方波輸出UPS電源那樣明顯，帶負載能力相對較強，并能帶微電感性負載。不管那種類型的UPS電源，當(dāng)它們處于逆變器供電狀態(tài)時，除非迫不得已，一般不要滿載或超載運行，否則會使UPS電源的故障率明顯增多。UPS是英語Uninterruptiable Power Supply的縮