1、UPS 原理与正确使用维护 13439UPS 原理与正确使用维护洛阳电务段 王亚东摘要：UPS 对电子设备的正常不间断运行有重要作用，现在各种设备上的使用越来越多，本文讲述了它的原理和分类，以及如何正确选购、使用和维护。关键词：UPS 原理 分类 选购 使用维护在 TDCS、微机监测、微机联锁等计算机类设备中，采用的电源一般都配备了 UPS,本文就 UPS 的原理、分类以及日常维护等方面做个简要的介绍。一、什么是 UPS不间断电源设备(UPS)是一种电子电源系统，其基本功能是当市电电源发生故障时，不间断地为用户设备提供符合规定的交流电源。二、为什么要使用 UPS这与电力电源的自身问题有关。电源
2、有哪些问题呢？通常大家认为我们使用的市电，除了偶尔发生的断电事故，是连续而且恒定的，其实不然。市电系统作为公共电网，上面连接了成千上万各种各样的负载，其中一些较大的感性、容性、开关电源等负载不仅从电网中获得电能，还会反过来对电网本身造成影响，恶化电网或局部电网的供电品质，造成市电电压波形畸变或频率漂移。另外，意外的自然和人为事故，如地震、雷击、输变电系统断路或短路，都会危害电力的正常供应，从而影响负载的正常工作。根据电力专家的测试，电网中经常发生并且对电脑和精密仪器产生干扰或破坏的问题主要有以下几种：1 电涌（powersurges）：是指输出电压有效值高于额定值100，而且持续时间达一个或数
3、个周期。电涌主要是由于在电网上连接的大型电气设备关机时，电网因突然卸载而产生的高压。2 高压尖脉冲（highvoltagespikes）：是指峰值达 6000V，持续时间从万分之一秒至二分之一周期（10ms）的电压。这主要由于雷击、电弧放电、静态放电或大型电气设备的开关而产生。3 暂态过电压（switchingtransients）：是指峰值电压高达20000V，但持续时间界于百万分之一秒至万分之一秒的脉冲电压。其主要原因及可能造成的破坏类似于高压尖脉冲，只是在解决方法上会有区别。4 电压下陷(powersags)：是指市电电压有效值介于额定值的 80至 85之间的低压状态，并且持续时间达一个
4、到数个周期。大型设备开机，大型电动机启动，或大型电力变压器接入都可能造成这种问题。5 电线噪声（electricallinenoise）：是指射频干扰(RFI)和电磁干扰（EFI）以及其它各种高频干扰。马达的运行、继电器的动作、马达控制器的工作、广播发射、微波辐射、以及电气风暴等，都会引起线噪声干扰。6 频率偏移（frequencyvariation）：是指市电频率的变化超过3Hz 以上。这主要由应急发电机的不稳定运行，或由频率不稳定的电源供电所致。7 持续低电压（brownout）：是指市电电压有效值低于额定值，并且持续较长时间。其产生原因包括：大型设备启动和应用、主电力线切换、启动大型电动
5、机、线路过载。8 市电中断(powerfai1)：是指市电中断并且持续至少两个周期到数小时的情况。其产生原因有：线路上的断路器跳闸、市电供应中断、电网故障。三、UPS 的发展历史和原理从其发展历史来说，UPS 经历了两个阶段:旋转式 UPS 和静态变换式UPS。旋转式 UPS 由整流器、电池、直流电动机、柴（汽）油机、飞轮和发电机组成。在市电供电情况下，电动机带动飞轮和发电机给负载供电；当断电后，由于飞轮的惯性作用，会继续带动发电机的转子旋转，从而使发电机能持续给负载提供电源（电能-动能-电能） ，起到缓冲的作用，同时启动柴（汽）油机。当油机转速与发电机转速相同时，油机离全器与发电机相连，完成
6、从市电到油机的转换。这是 UPS 的较早形式，尽管其维护简单，也比较稳定，但系统庞大，操作不便，而且效率低，噪声大，电力品质不高，技术条件的限制迫使人们不得不采用这种最简单的解决方案。在 6502 的老站，我们可以见到的转换屏即采用了类似方式，只是转换屏起到的作用是将电源从一路电转到二路电。随着电脑网络、医疗器械和精密仪器的不断涌现和大量应用，旋转式 UPS 已难以满足要求。因此随着电力电子技术的发展，另一种形式的 UPS-静态变换式 UPS 便应运而生了，这是我们目前最常见到的 UPS 类型。从技术上讲，静态式 UPS 分为三类：离线式（OFFLINE） 、在线式（ONLINE）和在线互动式
7、（ONLINEINTERACTIVE） 。一般来说，静态变换式 UPS 主要有两种工作状态，分别工作于不同的市电环境下。当市电正常时， （指 UPS 可以接受、认可的电压幅值、频率和波形比负载接受的范围要大） ，由市电通过 UPS 给负载供电。UPS 对市电进行滤波、稳压和稳频调整后，提供给负载更加稳定和洁净的电源。同时，UPS 通过充电器把电能转变为化学能储存在电池中。当 UPS 侦测到市电异常时，切换到电池供电，通过逆变器（INVERTER）把化学能转变为交流电能，供给负载，以保证对负载的不间断电力供应。四、静态变换式 UPS 的分类1 在线式 UPS：这种 UPS 一直使其逆变器处于工作
8、状态，它首先通过电路将外部交流电转变为直流电，再通过高质量的逆变器将直流电转换为高质量的正弦波交流电输出给计算机。在线式 UPS 在供电状况下的主要功能是稳压及防止电波干扰；在停电时则使用备用直流电源（蓄电池组）给逆变器供电。由于逆变器一直在工作，因此不存在切换时间问题，适用于对电源有严格要求的场合。在线式UPS 不同于后备式的一大优点是供电持续长，一般为几个小时，也有大到十几个小时的，它的主要功能是可以让您在停电的情况可像平常一样工作，显然，由于其功能的特殊，价格也明显要贵一大截。这种在线式 UPS 比较适用于计算机、交通、银行、证券、通信、医疗、工业控制等行业，因为这些领域的电脑一般不允许
9、出现停电现象。2 后备式 UPS：平时处于蓄电池充电状态，在停电时逆变器紧急切换到工作状态，将电池提供的直流电转变为稳定的交流电输出，因此后备式 UPS 也被称为离线式 UPS。后备式 UPS 电源的优点是：运行效率高、噪音低、价格相对便宜，主要适用于市电波动不大，对供电质量要求不高的场合，比较适合家庭使用。然而这种 UPS 存在一个切换时间问题，因此不适合用在关键性的供电不能中断的场所。不过实际上这个切换时间很短，一般介于 2 至 10 毫秒，而计算机本身的交换式电源供应器在断电时应可维持 10 毫秒左右，所以个人计算机系统一般不会因为这个切换时间而出现问题。后备式 UPS 一般只能持续供电
10、几分钟到几十分钟，主要是让您有时间备份数据，并尽快结束手头工作，其价格也较低。对不是太关键的电脑应用，比如个人家庭用户，就可配小功率的后备式 UPS。3 在线互动式 UPS：这是一种智能化的 UPS，所谓在线互动式UPS，是指在输入市电正常时，UPS 的逆变器处于反向工作（即整流工作状态） ，给电池组充电；在市电异常时逆变器立刻转为逆变工作状态，将电池组电能转换为交流电输出，因此在线互动式 UPS 也有转换时间。同后备式 UPS 相比，在线互动式 UPS 的保护功能较强，逆变器输出电压波形较好，一般为正弦波，而其最大的优点是具有较强的软件功能，可以方便的上网，进行 UPS 的远程控制和智能化管
11、理。可自动侦测外部输入电压是否处于正常范围之内，如有偏差可由稳压电路升压或降压，提供比较稳定的正弦波输出电压。而且它与计算机之间可以通过数据接口（如 RS-232 串口）进行数据通讯，通过监控软件，用户可直接从电脑屏幕上监控电源及 UPS 状况，简化、方便管理工作，并可提高计算机系统的可靠性。这种 UPS 集中了后备式 UPS 效率高和在线式 UPS 供电质量高的优点，但其稳频特性能不是十分理想，不适合做常延时的 UPS 电源。五、上述几种 UPS 的对比1 指标对比 UPS 种类后备式在线式在线互动式容量 250VA-2KVA1KVA 以上 1KVA-5KVA 功能基本功能完全保护功能较完全
12、保护功能转换时间=负载容量08 即负载容量应为 UPS 额定容量的 80%以下。选择 80%负载主要是考虑到负载启动的冲击电流以及用户今后扩容的需要。2 放电时间的配置停电后 UPS 是依靠电池储能供电给负载的，标准性 UPS 本身机内自带电池,在停电后一般可继续供电几分钟至几十分钟，而长效型 UPS配有外置电池组,可以满足用户长时间停电时继续供电的需要，一般长效型 UPS 满载配置时间可达数小时以上。一般长效型 UPS 备用时间主要受电池成本、安装空间大小以及电池回充时间等因素的限制。一般在电力环境较差，停电较为频繁的地区采用 UPS 与发电机配合供电的方式。当停电时,UPS 先由电池供电一
13、段时间，如停电时间较长,可以启动备用发电机对 UPS 继续供电，当市电恢复时再切换到市电供电。3 电池供电时间计算电池供电时间主要受负载大小、电池容量、环境温度、电池放电截止电压等因素影响。一般计算 UPS 电池供电时间,可以计算出电池放电电流,然后根据电池放电曲线查出其放电时间。电池放电电流可以按以下经验公式计算：放电电流=UPS 容量(VA)功率因数/电池放电平均电压效率如要计算实际负载放电时间,只需将 UPS 容量换为实际负载容量即可。七、使用 UPS 要注意哪些事项UPS 的使用环境应注意通风良好，利于散热。并保持环境的清洁。UPS 输出插座有明确标识，勿插入无相关负载。切勿带感性负载
14、，如点钞机、日光灯、空调，以免造成损坏。若用户在市电停电期间使用发电机供电，应保证发电机功率大于两倍。开启 UPS 负载时，一般遵循先大后小的原则。UPS 电源的使用应严格遵守厂家产品说明书的有关规定，保证 UPS所接市电的火线、零线顺序符合要求。不要频繁的关闭和开启 UPS电源，一般在关闭 UPS 电源后，至少要等待 6 秒钟后才能再开启UPS 电源。不要超负载使用 UPS，UPS 电源的最大负载量应该是其标称负载量的80%。如果超载使用，会造成其中的逆变三极管被击穿。新购置或存放的 UPS，在使用前，要先充电 12 小时。长期存放不用的 UPS，每隔 1 个月，要充电 12 小时。UPS
15、不充电就使用，就很容易损坏蓄电池。蓄电池是 UPS 电源中的核心部件，目前，在中小型 UPS 电源中被广泛使用的是密封式免维护铅酸蓄电池，它的成本占有整个 UPS 电源成本的一半以上。因此，正确地维护好蓄电池，对延长整个 UPS 电源的使用寿命，起着重要作用，一般应注意以下几点：(1)不要让电池过度放电，过度放电容易使电池的端电压低于蓄电池所允许的放电终止电压，造成电池的永久损坏；(2)对于长期闲置不用的 UPS 电源，应每隔一个月对电池充一次电，充电时间为 10-20 小时；(3)对于经常不停电的用户，建议每隔一个月，人为的停一下电，让UPS 电源在逆变状态下工作 5-10 分钟，以便让电池有良好的充放电特性。
