UPS系統(tǒng)原理、性能介紹、選配及操作維護指南

1、UPS系統(tǒng)原理、性能介紹、選配及操作維護指南目錄一、UPS工作原理- 2 -1.1 UPS的兩大組成- 2 -1.2 UPS的運行方式- 2 -二、UPS電氣性能參數(shù)介紹- 4 -三、UPS選配要點- 5 -3.1確定UPS的容量- 5 -3.2 “離線型（Off-line）”與“在線型（On-line）”- 6 -3.3 UPS供電時間- 8 -3.4 遠程提示與監(jiān)控- 8 -3.5 電源管理及檢測軟件- 9 -四、UPS系統(tǒng)安裝要點- 10 -4.1 安裝地點的選擇- 10 -4.2 電線的連接要求- 10 -4.3 UPS電池的安裝- 11 -五、UPS電源系統(tǒng)的使用- 12 -5.1

2、UPS電源系統(tǒng)開、關(guān)機- 12 -5.2 UPS電源系統(tǒng)使用注意事項- 12 -六、UPS維護指南- 14 -6.1 UPS 日常維護重點- 15 -6.2 UPS主機維護重點- 15 -6.3 UPS儲能電池維護重點- 15 -6.4 UPS故障排查- 16 -結(jié)束語- 16 -不間斷電源（ Uninterruptible Power System），簡稱UPS，是指在主電源（通常是市電）出現(xiàn)供應(yīng)故障情況下臨時向需要不間斷工作的系統(tǒng)連續(xù)供電的電源系統(tǒng)。UPS在主電源輸入正常時，也可對品質(zhì)不良的電源進行穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、抑制浪涌、濾除噪聲、防雷擊、凈化電源、避免高頻干擾等，從而提供給使用者一個穩(wěn)定純

3、凈的電源，因此在工業(yè)中得以廣泛應(yīng)用。不僅如此，UPS提供的電源還具有較高的電壓、頻率穩(wěn)定性好、波形失真小、噪聲和干擾更優(yōu)于外電網(wǎng)等幾大優(yōu)點，是計算機系統(tǒng)最理想的供電方式。一、UPS工作原理1.1 UPS的兩大組成UPS電源系統(tǒng)主要分兩大部分，UPS主機和儲能電池（又稱備用發(fā)電機）。額定輸出功率的大小取決于主機部分，通常負載功率應(yīng)滿足UPS電源70的額定功率。儲能電池的容量當負載功率確定后主要取決其后備時間的長短，通常在幾分鐘或幾個小時不等。再長時間可以考慮用備用發(fā)電機。1.2 UPS的運行方式UPS正常運行時一般有二路輸入電源，其一為主市電、其二為蓄電池。正常情況上由主市電經(jīng)由UPS主機整流穩(wěn)

4、壓再經(jīng)逆變后向負載供電，當主市電中斷時，由電池經(jīng)逆變后向負載供電；當市電恢復(fù)時，再轉(zhuǎn)換為市電供應(yīng)。另外，當UPS故障或檢修需要時，UPS還可采用旁路供電模式。下面介紹一下UPS系統(tǒng)的三種運行方式：1.2.1正常運行方式UPS正常運行時，由市電向UPS系統(tǒng)供電，以380V或220V交流電為電源，經(jīng)自藕變壓器后輸入整流器將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，再經(jīng)濾波電抗器濾除直流電壓的諧波，輸入脈寬調(diào)制逆變器轉(zhuǎn)換為交流電壓，由濾波電抗器濾除來自逆變器輸出中的諧波電壓，以使逆變變壓器輸出端電壓獲得低非線性失真的正弦波，將220V、50Hz交流電送到UPS負載。1.2.2蓄電池供電運行方式當系統(tǒng)停電或整流器輸入電

5、壓超出允許范圍時，UPS由蓄電池供電，直流電經(jīng)直流隔離二極管和電池扼流圈（以減少單相逆變器在電池中產(chǎn)生的脈動），輸入脈寬調(diào)制逆變器完成向負載供電。1.2.3 UPS系統(tǒng)旁路運行方式當UPS故障或整機需要脫離電網(wǎng)運行時，經(jīng)旁路系統(tǒng)向負載供電，如下圖：二、UPS電氣性能參數(shù)介紹市場上所售的UPS電源，以W或VA來標識容量。通常容量較小的以“W”為單位來標識；超過1千瓦時，用“VA”標識?！癢”與“VA”值是有區(qū)別的。用“VA”能更準確的表示出UPS的負載容量的匹配程度，因為決定UPS輸出能力的是電流值（A）。它們之間的換算關(guān)系可用如下公式計算出來：W = VA功率因數(shù)其中，功率因數(shù)在01之間，它表

6、示了負載電流做的有用功（W）的百分比。只有電熱器或電燈泡等的功率因數(shù)為1。對于其他設(shè)備來說，有一部分負載沒有做功。這部分電流是諧波或電抗電流，它是負載特性引起的。由于有這部分電流，所以“VA”值比“W”值大，“W”可以看作是“VA”值當功率因數(shù)為1時的特例。 目前，大多數(shù)計算機設(shè)備容量用“VA”表示，有些計算機也用“W”表示容量（如IBM），但總體而言還是用“VA”的多，所以UPS用“VA”表示容量更能反映出和負載的匹配程度。美國APC公司生產(chǎn)的所有UPS都同時提供了“W”和“VA”兩種值。一般，計算機的瓦特（W）值是它的“VA”值的6070。事實上如今所有的計算機電源的功率因數(shù)值都在6070

7、左右，微型機趨向于60，大型機趨向于70。最新研制出的UPS具有功率因數(shù)自動校正（PFC）功能，它的功率因數(shù)號稱為1。有些UPS廠商用“W”表示容量，而實際上他們指的是“VA” 值。計算機負載“W”值應(yīng)為該標出值的60070，所以標出值是100W的UPS電源，能夠驅(qū)動一個100瓦燈泡，但只能驅(qū)動65W的計算機。三、UPS選配要點UPS作為保護性的電源設(shè)備，它的性能參數(shù)具有重要意義，應(yīng)是我們選購時的考慮重點。市電電壓輸入范圍寬表明對市電的利用能力強（減少電池放電），輸出電壓頻率范圍小則表明對市電調(diào)整能力強，輸出穩(wěn)定。波形畸變率用以衡量輸出電壓波形的穩(wěn)定性，而電壓穩(wěn)定度則說明當UPS突然由零負載加

8、到滿負載時，輸出電壓的穩(wěn)定性。在選購UPS之前，請根據(jù)以下選配要點為參考依據(jù)，以便選擇到最合適的品牌型號：3.1確定UPS的容量選擇UPS最關(guān)鍵的一步是根據(jù)所連接設(shè)備的耗電量確定UPS的容量（功率）。如何計算UPS的容量呢？在這里推薦三種簡單易操作的方法：3.1.1 檢查設(shè)備背后的銘牌銘牌標識在不同的國家有不同的規(guī)定，但多數(shù)要求在主電源接口旁邊附有一個銘牌標明設(shè)備的瓦特（W）或安培（A）數(shù)。如果是安培形式，就將其乘以線上的電壓算出VA（伏安）值，而UPS正是以VA標稱的。舉例來說，110V下5A表示550VA，230V下2A表示460VA。如果銘牌上標的是瓦特形式，將這個數(shù)值除以0.7以便應(yīng)付

9、大多數(shù)電器設(shè)備的開關(guān)模式特征。這種方法的唯一缺點在于，銘牌是為安全安裝保險絲的要求而設(shè)，所以有些廠家會將實際的數(shù)值翻倍以確保萬無一失。在這種情況下，就會造成對功率需求的高估。 3.1.2 使用UPS廠商提供的表格UPS廠商提供的表格上面直接列有各種設(shè)備所需VA的標稱，而無需再進行手工轉(zhuǎn)換。這種方法的問題是表上的數(shù)據(jù)可能是過時了的，或者只是標準設(shè)備的數(shù)值，而沒有將增強型設(shè)備或兼容機的數(shù)據(jù)列在表上。 3.1.3 用安培表進行測量這種方法最為準確。值得注意的是，設(shè)備在啟動時一般需要平時正常工作所需的幾倍的電流，尤其是那些采用了電動馬達的設(shè)備或大型CRT顯示器（21英寸以上）?？朔@種問題的辦法是用一

10、塊有敏感的反應(yīng)速度的安培表在啟動時反復(fù)地仔細測量幾次。 3.2 “離線型（Off-line）”與“在線型（On-line）”目前使用的UPS可以分為兩大類型：“離線型（Off-line）”與“在線型（On-line）”，兩種類型中的高級型號都有減弱高輸入電流及加強低輸入電流的調(diào)整能力，而無需電池的幫助。一個規(guī)律是5kVA以上功率的UPS幾乎全部是在線型的。由于成本的原因，600VA以下的UPS大多是離線型的。其區(qū)別具體如下：3.2.1 離線型UPS離線型UPS即在電源正常時將輸入電流直接傳遞到輸出接口的UPS系統(tǒng)。它可以持續(xù)地監(jiān)測著線路狀況，當出現(xiàn)嚴重的電壓下降情況時，就將開啟直流/交流逆變器

11、，由內(nèi)部的電池向外部設(shè)備供電，直到外部電壓恢復(fù)正常并穩(wěn)定地持續(xù)一段時間。離線型UPS的設(shè)計原理決定了在UPS的轉(zhuǎn)換期間會有一個暫時性的無電狀態(tài)，但由于這種狀態(tài)一般只持續(xù)5毫秒左右，對一般的設(shè)備來說并沒有什么影響。較昂貴的型號還會帶有對主電源整流的功能，它能夠輸出純凈的正弦波交流電，而不像廉價型號那樣輸出方波或梯形波。3.2.2 在線型UPS在線型UPS即逆變器始終工作，輸入電流首先被轉(zhuǎn)換為直流電，在為電池充電的同時向逆變器供電的UPS系統(tǒng)。當主電源斷電時，連接在逆變器上的電池繼續(xù)為其供電，所以不會產(chǎn)生離線型UPS的暫時電流中斷的情況。在線型UPS的設(shè)計原理是先將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，再將其轉(zhuǎn)換為

12、純凈的交流電，所以具有很好的電流輸出品質(zhì)。因其需要配備能夠持續(xù)工作的逆變器，所以成本也高一些，許多名牌在線UPS產(chǎn)品還提供一種稱為“靜態(tài)傳遞（ Static Bypass）”的附加保護措施，在逆變器出故障的時候?qū)⒅鬏斎腚娫刺^逆變器直接輸出，避免因此造成的斷電。3.3 UPS供電時間幾乎所有的標準UPS都能在滿負荷狀態(tài)下提供5到10分鐘之間的電源供應(yīng)。您可以非常粗略地估計它在半負荷下能支持10到20分鐘。有些UPS（主要是在線型UPS）帶有擴充電池的設(shè)備，從而增加UPS的供電時間。如果需要增加電池，請盡量選擇集成充電器的電池盒。否則很難用一個小充電器為一個大型的電池組充電。 在某些情況下，根據(jù)

13、UPS品牌和型號的不同，有時購買一個配有發(fā)電機的10分鐘UPS要比擴充大量的電池更為經(jīng)濟。在主電源出現(xiàn)故障時發(fā)電機將自動啟動，能夠有效地維持幾乎無限的不間斷電源供應(yīng)。3.4 遠程提示與監(jiān)控監(jiān)控軟件則是一種不是必需但很有用的工具。它一般通過圖形方式顯示出電池電量、主輸入電壓、剩余供電時間以及 UPS狀態(tài)及其他信息。監(jiān)控信息一般通過SNMP協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，而不像關(guān)機軟件使用當?shù)氐拇谶B接以防在斷電情況下集線器或路由器失效。當UPS出現(xiàn)異常情況時，它就會在SNMP監(jiān)測工作站上顯示出來。因為計算機有時要在無人的條件下工作，如果用戶無法察覺斷電進而采取應(yīng)急措施的話，那么UPS延長的使用時間也就意義不大

14、了。現(xiàn)在的關(guān)機軟件大多能在電源發(fā)生故障時通過傳呼機發(fā)出警告，可以使網(wǎng)絡(luò)管理員在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、因特網(wǎng)（intemet）及內(nèi)部網(wǎng)（intranet）等層次對UPS電源進行遠程控制。這是一項極為有用的功能，它能夠及時通知網(wǎng)絡(luò)管理員趕回來解決電源的故障。3.5 電源管理及檢測軟件如果服務(wù)器需要在無人控制的條件下連續(xù)運行的話，那么電源管理軟件就顯得非常重要了。電源管理軟件能夠?qū)PS發(fā)送的信息進行反應(yīng)，向用戶播放警告信息，然后等待一定的時間，再進行一個有次序的關(guān)機過程。有的電源管理軟件還能在關(guān)閉整個系統(tǒng)前先關(guān)閉正在運行的程序。 盡管有些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需全天24小時的連續(xù)工作，其他設(shè)備卻可在非高峰時關(guān)閉以減少

15、能源消耗并延長設(shè)備的使用壽命。電源管理軟件能幫助網(wǎng)絡(luò)管理員在其座位上就將某些設(shè)備關(guān)閉，而無需親自走到每臺設(shè)備前。但因為UPS只有有限的電池支持時間，所以它的電能應(yīng)該用于網(wǎng)絡(luò)上最關(guān)鍵設(shè)備的供電（如打印機和顯示器之類的設(shè)備），同時應(yīng)當注意不要無謂地浪費UPS寶貴的電源。在與UPS搭配時，電源管理軟件能將非關(guān)鍵部分的負載關(guān)閉以盡可能長地維持系統(tǒng)運行時間。如果許多設(shè)備同時啟動的話，大負荷產(chǎn)生的突發(fā)電流常常導(dǎo)致電源故障。電源管理軟件能夠依照用戶規(guī)定的時間間隔依次啟動不同的設(shè)備，從而克服了這個問題，節(jié)省了不必要的配線和大功率UPS系統(tǒng)。綜上所述：最客觀的選配原則是在確定UPS容量、機型后，主要應(yīng)從性能特點

16、的實用性、質(zhì)量保證的可靠性、服務(wù)承諾的真實性以及合理可接受的產(chǎn)品價格（性價比、可靠性和服務(wù)保證）等方面評估后來購買。四、UPS系統(tǒng)安裝要點4.1 安裝地點的選擇由于UPS通常采用大量電池組作為備用電源，因此，在安裝時必須要考慮到UPS系統(tǒng)安裝地板的承重。因此，UPS電池柜最好安裝在地面樓層或載重梁位置。4.2 電線的連接要求電線的選用標準為：每平方毫米800-1000W,4-5A，輸入插座要求16a以上的容量。電線連接要注意以下細節(jié)：4.2.1 UPS輸入、輸出需接保護地線；4.2.2 UPS輸出插座直接連接負載；4.2.3 UPS輸入電源線接入有過流保護器裝置的合適插座或端子臺上；4.2.4

17、 電源線應(yīng)安裝避雷設(shè)備，最好能從總配電處、分開關(guān)處、UPS輸入端分別做避雷防護；4.2.5 要將計算機系統(tǒng)接到專用的電源線路上；4.2.6 計算機系統(tǒng)供電一定要有保護措施，最常用的是采用UPS；4.2.7 所有計算機外設(shè)使用專用電源時，應(yīng)降低組件間潛在的干擾；4.2.8 計算機系統(tǒng)接地。使用粗電纜，各個設(shè)備都要接地，合理的接地可以減少由電源本身和計算機外設(shè)所產(chǎn)生的噪聲，抵消閃電噪聲或電涌干擾，減少電擊的危險，保證人身安全；4.2.9 計算機應(yīng)遠離有噪聲的電氣設(shè)備，如空調(diào)、工業(yè)機床、復(fù)印機等，主機房與空調(diào)機房應(yīng)分區(qū)域設(shè)置；4.2.10 在有“噪聲”的環(huán)境里，要屏蔽計算機電線和電纜；4.2.11

18、執(zhí)行程序時不要關(guān)閉計算機電源，否則會毀掉數(shù)據(jù)，甚至燒掉電子電路；4.2.12 對重要的計算機系統(tǒng)要保證電源的冗余備份，如雙回路、雙UPS、發(fā)電機組等。4.3 UPS電池的安裝電池安裝環(huán)境要求保持適宜的環(huán)境溫度，最佳環(huán)境溫度是在2025之間。遠離熱源和放射源，避免陽光直照。首先將電池串聯(lián)接好，測量電池組二端電壓基本滿足要求。將電池線之紅線接電池“+”端，黑線接電池“-”端，黃綠線接電池箱保護地。讓外接電池箱靠近UPS。確認正、負極連接正確后，將電池線插頭端插入UPS。安裝后如果沒有接市電，應(yīng)斷開電池和UPS的連接。若由于某種原因不能斷開設(shè)備和電池的連接(原則上是不允許的，尤其是長時間連接更不允許

19、)，應(yīng)同時將兩組電池都連接上，不允許只接其中一組電池，同時記錄連接的起始時間和設(shè)備的耗電電流。五、UPS電源系統(tǒng)的使用5.1 UPS電源系統(tǒng)開、關(guān)機 5.1.1 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。 （3）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。5.1.2 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

20、關(guān)（注：手動維護開關(guān)在UPS正常運行時，呈“OFF”狀態(tài)）。5.1.3 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。 5.2 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。 5.2.1 UPS電源主機對環(huán)境溫度的要求通常應(yīng)保持在+540的幅度，要求室內(nèi)清潔，少塵，因為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

21、。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。5.2.2 主機中設(shè)置的參數(shù)不要隨意改變對電池組的參數(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）。 5.2.3 避免帶負載啟動UPS電源在無外電靠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流，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。 5.2.4 避免隨意增

22、加大功率的額外設(shè)備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。5.2.5 做好安全保障措施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。5.2.6 保證電壓、電流符合規(guī)定要求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。 5.2.7 防止電池短路或深度放電在任何情況下，都應(yīng)防止電池短路或深度放

23、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。 5.2.8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。六、UPS維護指南保證任何情況下的正常供電，是計算機系統(tǒng)正常運行的重要前提。但是,UPS電源作為保障供電穩(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)我實際工作中遇到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。6.1 UPS 日常維護重點UPS系統(tǒng)的日常維護中需經(jīng)常檢查的重點有：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。6.2 UPS主機維護重點UPS電源在正常使用情況下，主機的維護工作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