众盈电子UPS知识培训资料

UPS知识培训资料目录一、基本原理及结构…….…….………1二、技术参数说明…….…….………11三、 UPS主机维护 12四、 蓄电池及其维护…….…….………15五、 常见问题解答…….…….………20UPS技术培训资料一、基本原理及结构什么是UPS所谓UPS(UninterruptiblePowerSystem)*不间断Hl源系统,就址当停电时能够接替市电持续供应电力的设备，含有赭能装置，后备动力来自电池组，由于电子元器件反应速度快’停电的瞬间在牛遛毫秒内或无中断时间下继续供应电力"为什么要用UP吕现在全世界各国的大众供应系统都是交流电源，一个理想的交流电源，应该满足以下儿个条件:■频率稳定■吐爪稳定(110%内)■不含谐波失K(<5%)■没有噪声計扰(符YNEEE587,FCC,CE等标准规定)■低输出阻抗目前，我国仅有少数局部地直刚刚解抉『电力紧张的问题’大部分地区和大城市还面临着电力供应紧张的迫切问题，供电质量更是不能得到保证。市电无法提供敏感电子设备需要的干净、稳定的电源，用户最终为设备的健康和安全运行负责。但即使是在早已实现电气化的美国和其它西方国家，电网的质量也远非可靠*由于电网本身的质量有问题与各种偶然因素的作用，再加上自然灾害的破坏，电压浪涌,电磁噪声，持续电压偏髙，持续低压等电网不良现象在发达国家也是常事*甚至还可能发生长时间停电。事实上，在造成数据丢失的各种因素中，电源緩障以45-3%的机率居首位，其它几种主要的因素分别是：暴风雨9.4%.火灾&2%、硬软件故障8,2%.録水6.7沐地震55乩可以想象如果未使用不间断电源系统，那么当市电发生异常，将造成计算机掉电*死机*甚至造成硬件故障*在医院里’电子医疗设备如果因为停电而停止工作+对病人的影响是致命的口硬件的故障可花钱消灾”但是万一丢失重要数据资料而没仃备份,花塞少钱可能都不能弥补，所以为您的设备添购不断电系统,就如同买保险一样，有备无患口UPS系统并不是只有当停电时才有动作的，前面所提到的市电异常.包含了市电电压过低、过高、突波、噪声等*均是足以影响设备正常运作的电源品质问题，而用备不断电系统能一次性解决几乎所尙的电源问题口由此可WiUPS的讯要性口UPS的作用］）停电保护:交流输入屮断时UPS立即将电池巴流电源转换成交流电继续供电朋备供电时间长翹山电池容量、负载大小竽因数决仁2） 岛低电圧保护：市电电爪过高或过低时UPS内稳爪器（AVR）将做适当的调整，使UPS输岀的电压保持在可使用的范围，若电压过低或过高超过可使用范］韦I,UPS将电池直流电源转换成交流电继续供电，以保护用户役备。3） 波形失真处理：由于电力经由输配电线路传送至客户端，各种机器设备的使用往往造成市电电压波形的失真，因为波形失真将产生谐波干扰设备,n会使电力系统变压器温度升高，一般要求決真率<5%,—般ups设计火真率<3%.©4） 频率稳朮：币电频率分为50Hz/60Hz两种，所谓频率就是每一秒变动为冏期，50H艺就是每秒50周次，中国是50Hn发电机运转时受到客户端用电量的突然变化迄成转速的变动将使转换H来旳吃力频率飘移不定*经UPS转换后的电力可提供稳定的频率°5） 电压稳定：市电电压易受电力输送线路品质的影响，离变电所较近的用广电压较高约240-260V,离变电所较远的用户电压较低约180^200V,电压太高或太低会使用户设备缩短寿命，严重时会烧毁浚备，使用在线式UPS可提供稳定的电源电压，可延长设备寿命及保护设备.6） 抑制差模噪声：差模噪声产生在火线与零线之间。7） 抑制共模噪声：共模噪声产尖在火线/零线与地线之间。8） 突波保护；一般UPS会加装突波吸收器或尖端放电设汁吸收究波*以奴护用户设铸。 °9） 瞬时响应保护：市电受干扰时有时会造成电压凸出或下陷或瞬间中断，使用在线式UPS可提供稳疋的电压,使电圧变动在校小范围内.可延长设备寿命及保护浚备。10） 监控电源：配合UPS的智能型通讯接口及监控软件町显示UPS电压、频率、负载、电池、温度等实肘状态信息，在市电中断后显示倒计时关机时间,并右皿池耗尽前安介口动关闭系统及UP311源*UPS的原理UPS主要分为两大类三种形式：一类是后备式（OFFLine）,另一类是在线式（OnLine）。还有一种介于两者之间的在线互动式（LineInteractive）。后备式：在市电正常时，市电经非常简单的交流稳压电路直接输出给负载，逆变器不工作当市电中断后，再启动逆变器由电池组经逆变器供电给负载，其转换时间为5〜8毫秒。逆变器输出波形一般为方波，功率容量在2kVA以下。对电网污染抗干扰能力差，特点是线路简单，价格便宜，通常只适合办公室、家庭等要求不高的PC机使用。在线互动式：实际上是后备式的变种。在市电正常时其状态与后备式一样，不同的是逆变器一直在工作，但不输出能量。市电中断时，负载转由成后备电池供电的速度较快。逆变器输出为正弦波。缺点与后备式一样。因上述两种UPS不适于在电网质量十分差的环境下工作和对供电质量要求较高的负载使用。本资料只着重介绍在线式UPS。以下如无特别说明，所述的UPS都指在线式。在线式UPS原理如图1所示：

输出市电整盍器逆变器电池旁路开关——►市输出市电整盍器逆变器电池旁路开关——►市电正常 电翘工作——旁路工作在线式充电器主要由整流器、逆变器、静态转换开关和后备电池组成。经过交流直流交流的能量转换过程，只从市电取出能量，输出的交流电源是经过逆变器重新产生，其电压、波形由UPS本身控制，具有稳压、稳频、净化和不间断等功能。下面就各部分的功能及其结构分别加以说明。1.1整流器整流器是将输入交流电源转换成直流电源供给逆变器，同时对电池进行充电最基本的结构是采用全桥整流方式，包括单相和三相整流，如图2所示。输入交流电源经可控硅（或二极管）整流后，由电感和电容构成的滤波回路进行滤波获得平滑直流电源，同时也滤除了电网上的杂讯干扰。对于大、中功率UPS而言，整流器直接对电池组充电，起到了充电器的作用。这类UPS的电池组是直接接至整流器的输出端（即与滤波电容并联）。而小型UPS一般都有独立的充电器，将整流后的直流进行变换，得到所要求的电压以恒压限流的方式对电池组充电。全桥式整流方式的优点是电路简单、可靠性高；缺点是输入电流谐波失真大，输入功率因数低，对电网污染较严重以及体积大、生产运行成本高。为了克服输入电流谐波失真大、功率因数低的缺点，目前已逐渐采用功率因数补偿技术（PFC）。使整流器的输入特性接近线性。在UPS中目前最新的整流方式是采用脉宽调制（PWM）实现整流功能。该技术能完全克服传统整流方式的缺点，输入功率因数几乎接近1，即相当于线性负载（纯阻性）。但控制部分相对而言较复杂。1.2逆变器逆变器是将整流后的直流电源变换成稳压、稳频、纯净的正弦波交流电源。目前几乎所有UPS的逆变器，特别是大、中功率UPS基本上采用脉宽调制（PWM）技术,结构如图3所示：直流直流图3.逆变器结构在控制电路中，利用高频三角波作为载波，对标准正弦波进行脉宽调制，产生脉宽随正弦波幅度而相应变化的高频脉冲序列，驱动功率开关管Q1〜Q4,推动逆变变压器工作。经变压器功率变换，在次级一侧获得放大了的脉宽调制脉冲序列。然后由逆变变压器T的漏感和交流电容C组成的滤波电路滤除高频载波，还原成正弦波，完成了直流至交流的逆变过程。逆变变压器的作用主要是隔离和电压变换。1.3静态转换开关其作用是在主电源和旁路电源之间，实现不间断地自动转换。结构如图4所示：每一路由两个可控硅按相反的极性并接而成。逆变器输出和旁路电源之间可控硅的驱动信号逻辑关系是非逻辑，即始终保持只有一路电源导通。逆变输出的相位一直跟踪旁路电源的相位，在转换过程中不会产生电压跃变。如两路电源存在电压差，也只是细小的幅度变化。转换过程的断电时间实际就是可控硅关闭和开通的时间，属于微秒或纳秒级。而毫秒级的间断才会对负载设备造成影响，所以静态开关的转换是不间断的。1.4后备电池组是后备电源，在主电源和旁路电源都中断时，供电给逆变器。通常由多个电池串联组成，

其容量根据实际情况要求而定。同一台UPS，电池的个数是一定的。目前应用最广的是免维护密封铅酸电池。1.4UPS工作状态正常工作状态：主电源T整流器T逆变器T静态转换开关T负载。能量由主电源提供。如图5所示。旁路电源沖”fl-维修旁路主电源整流器＞负载静态转换开关旁路电源沖”fl-维修旁路主电源整流器＞负载静态转换开关电池图5.主电源供电后备电池组供电：电池组T逆变器T静态转换开关T负载。能量由电池组提供，电池处于放电状态。当主电源断电或整流器故障时，UPS工作在该状^态。维修旁路旁路电源鼾主电源静态转换开关旁路电源鼾主电源静态转换开关电池图6.电池组供电旁路工作状态：旁路电源T静态旁路开关T负载

旁路电源直接供电给负载，负载完全从UPS系统中脱离。在正常情况下，由正常工作状态转为维修旁路时，是不间断转换的。如图7所示。旁路电源►-主电源►维修旁路负载静态转换开关旁路电源►-主电源►维修旁路负载静态转换开关电池图7.静态旁路供电状态维修旁路状态：维修旁路负载当UPS需要维修或做定期保养须清扫机内灰尘时，转入此状态。转入前须检查旁路电源电压和频率，以免损坏负载，同时负载方需做好可能停电的准备，如备份数据等。如图8所示。维修旁路旁路电源主电源整流器静态转换开关旁路电源主电源整流器静态转换开关电池图8.维修旁路供电状态二、技术参数说明2.1输入电压范围：允许输入电源电压均方根值变化范围。典型值：220V(380V)±15%频率：允许输入电源频率变化范围。典型值：50Hz±5%功率因数：UPS的输入阻抗特性。典型值：0.8〜1输出电压：输出额定电压及静态时电压变化范围。典型值：220V(380V)±2%频率：输出频率变化范围。典型值：50Hz±1%频率跟踪速率：单位时间内，逆变器输出频率跟踪旁路电源频率的速度。典型值：1Hz/秒过载能力：逆变器承受过载的能力，从侧面也反映了逆变器所采用的功率器件余量的大小。典型值：110% 1小时：一般通过检测功率器件的温升产生保护动作；150% 10秒：检测输出电流的平均值；300% 1周期：检测输出电流的瞬时值。波形：逆变器输出的电压波形。典型值：正弦波总谐波失真：逆变器输出电压波形畸变程度。典型值：W3%(线性负载)波峰因数：逆变器承受容性负载的能力。典型值：3：1动态电压瞬变范围：负载由空载到满载(或从满载到空载)变化时，输出电压变化范围典型值：W±5%整机效率：满载时，交流输出功率与输入功率之比。典型值：80%平均无故障时间：UPS可靠性概率统计值。典型值：100,000小时电池组后备时间：满载时，电池组所能供电的时间。典型值：8〜10分钟电池再充电时间：电池组完成放电后，充电至接近满容量所需的时间。典型值：8小时其他工作温度、贮存温度、相对湿度、海拔和尺寸等。三、UPS主机维护3.1环境要求保持室内通风良好，空气洁净；环境温度应控制在技术参数所要求的范围内，典型值为：0〜40。UPS四周应预留一定的空间，特别是散热风扇的通风孔不要被异物塞住；UPS四周不应堆放杂物。注意不要将磁记录介质的物品靠近UPS,因机内的磁场可能损坏其中的数据；UPS的底部及进线孔等应设置防鼠网等。3.2日常维护观察UPS仪表、指示灯和运行声音；•测试并记录输入、输出的电压电流值；检查UPS散热系统；检查输入、输出电缆是否老化和发热；接线端子是否发热、松动和氧化等；输出终端是否接有与负载无关的电气设备，如电炉、吸尘器和电热水壶等；检查电池组外观是否有变形、破损，接线端子是否氧化或由和分泌物等，触摸外壳是否发热。如使用水性电池，检查液面是否超出允许范围。3.3定期保养此项目一般直接由厂家或由厂家认可的客户技术人员进行。检查的项目如下：保养项目（1） 清扫UPS；（2） 检查所有损耗器件的工作寿命，到期的需进行更换；（3） 检查所有连接线，包括输入、输出电缆及配电箱；（4） 校验所有表计；（5） 检查主回路元件；（6） 检查各部分插件；（7） 检查各部分动力和控制开关；（8） 检查辅助系统；（9） 检查保护回路；（10）电池检测；整机测试；检查各信号显示系统、报警回路；试运行。具体实施内容取出全部插件并编号；用吸尘机、毛刷等器具清除各部分灰尘；记录损耗器件(包括散热风扇、交直流电容)的工作时间，检查所有接线，包括输入、输出电缆及配电箱内连接端等的外观有无锈蚀断裂；有无发生过过热等现象。并紧固所有螺栓。校验电压、电流、频率等所有表计；主回路元件的检查和测试：检查主电路熔断器和继电器有无异常现象；检查功率器件有无异常现象；检查交流、直流滤波电容外观有无变形、漏液；检查输入、输出变压器和电感有无损伤过热现象；控制电路部分检查(7.1)本机振荡部分；(7.2)锁相同步；(7.3)逻辑控制；(7.4)各功率器件的驱动电路(7.5)充电控制(7.6)保护电路(7.7)显示和报警维修或更换已老化或损坏的元器件；检查电源开关、控制开关触点有无过热、烧伤或损坏的元器件。开关动作是否灵活；(10)检查辅助电路(10.1)检查冷却风扇；(11)检查保护电路(11.1)检查保护回路中的传感器等元器件有无损伤；(11.2)校验保护回路中的继电器。(12)检查电池外观、连接端子和连线有无腐蚀、断裂等现象。检测电池充放电情况；(13)回装保养中拆卸的所有插件、元器件、连接线。(14)开启UPS测试UPS参数及波形整流器输入输出电压和电流值；充电器电压、电流值；逆变器输出电压、电流、频率值及波形静态开关切换时间值及波形电池各个单元电压值。模拟各种保护动作，检查信号显示系统及报警回路有无误动作和拒动。整理报告1)检测报告；2)各测试值及波形记录3)测试结果分析；4)存在的问题和建议；5)整改方案；3.4到期零部件的更换按厂家的要求定期更换寿命到期的零部件。如厂家未提供有关资料，可参考下列要求进行1)散热风扇：2年2)电解电容：8年3)交流滤波电容：10年4)继电器：10年5)印刷电路板：15年6)LCD：7年7)保险丝：8年8)温度传感器：10年四、蓄电池及其维护蓄电池分类及容量定义蓄电池主要分为酸性电池和碱性电池。以酸性水溶液为电解质者称为酸性电池；以碱性水溶液为电解质者称为碱性电池。酸性电池和碱性电池下面还有分类，由于篇幅有限，本文只介绍阀控式密封铅酸电池和阀控式密封镍铬电池。在UPS中一般采用阀控式密封电池。主要参数是额定电压和容量。额定电压：根据容量的不同，单个电池的额定电压不一样。额定容量：额定容量是指制造电池时，规定电池在一定放电条件下，应该放出最低限度的电量，单位：安时（Ah）。电池容量C（Ah）=放电电流（安培A）x放电最终时间（小时h）蓄电池组后备时间计算：计算电池放电电流I：I=（UPS额定容量x输出功率因数）（逆变器效率x电池数量x放电终止电压）说明：UPS额定容量：厂家提供的额定值，单位：VA输出功率因数：一般取0.8逆变器效率：一般为90%放电终止电压：每一个电池单元终止放电的电压，单位：V计算电池放电率：放电率CA=放电电流A/电池容量C查阅放电特性曲线图，得出以上述电池放电率放电的时间。在20°C(68°F)時的放電特性曲線(伏) (伏)吃伏電池6伏電池12.011,010.09,08.0举例:12.011,010.09,08.0举例:10kVAUPS,输出功率因数0.8，逆变器效率90%，电池组：22个12V/24Ah串联。问此UPS系统的后备时间有多长？计算：1.电池放电电流=(10000x0.8)一(0.8x22x11)=41.32A电池放电率=41.32A-24C=1.72CA从放电特性曲线图查得：放电时间约为15分钟。阀控式密封铅酸电池非密封铅酸电池的充电放电反应可用下面的等式表示：阴极电解质 阳极放电阴极电解质阳极PbO2+2H2SO4+PboPbS04+2H2O+PbSO4充电充电过程完成后，如果再继续充电，即过充，会导致电解质中水的电离，在阳极上产生O2气体而在阴极上产生H2气体。这些气体被释放到电池的外面，这就使电解质液面下降，就需要补充纯水。而密封铅酸电池的阴极容量相对于阳极容量过剩。这样一来，虽然在阳极板上由于过充电

而产生了o2，但在阴极板仍无h2而产生了o2，但在阴极板仍无h2产生。反应而生成氧化铅(PbO)。氧化铅又接着与硫酸(^SOq)反应生成硫酸铅(PbSO4),就使得阴极板放电。换句话说，由阳极上产生的02被阴极板吸收而不逸出。由于阴极板在02的作用下产生放电，因此在那里总是存在着不受放电影响的部分。其结果，在阴极极板上永远不会产生H2。这就完全避免了水的损失。在UPS电源中所以广泛地采用了密封兔维护蓄电池就是因为这种反应和开放式的完全不同，所以也就不用专人去定期观察，定期加水，同时也净化了环境，避免了溢出的02和h2燃烧的危险。密封铅酸电池的工作原理可用下面的反应式表示氧O2(由阳极产生) 阴极板氧O2(由阳极产生) 阴极板1/2O2 t(PbO)氧气 氧化铅阳极板(已充电)tH2SO4+(PbO)tPbSO4+电解质2H2O阳极板(已充电)Pb＋海绵状铅图14.图14.密封铅酸电池放电过程两电极反应原理图15密封铅酸电池内部结构电池内部结构如图15所示，由正负极板、隔板、阀控气塞、接线端子等组成。5.4阀控式密封镍铬电池镍铬电池属碱性电池，与铅酸电池相比，具有比能大、自放电小、低温性能好、耐过充电和耐过放电能力强、寿命长等优点。但价格也十分昂贵。镍铬电池的电化反应原理，如图16.充放电过程电池反应式为：2Ni(OH)2+Cd(OH)2^2NiOOH+Cd+2H2O

图16.镍铬电池放电过程电极反应充放电过程可用图16表示。图中表明了负极活性物质给出电子，而与0H-生成Cd(OH)2。正极得到从负极输入的电子，活性物质NiOOH在水的参入下，生成Ni(OH)2。在电解液中，OH-自正极携带负电荷迁移到负极，完成电荷的传递。充电过程是放电过程的逆过程。借助于外电源的作用，使电子从正极输出，经负载之后交给负极，正极Ni(OH)2又恢复为NiOOH,负极Cd(OH)2也恢复为Cd。电解液中OH-从负极迁移至正极，完成导电作用内部结构见图17.极柱泄气阀壳体图17.镍铬电池内部结构负极极耳的连接极柱泄气阀壳体图17.镍铬电池内部结构负极极耳的连接负板板.隔膜、正极板/绝缘外壳5.5蓄电池维护须经常检查的项目⑴端电压。连接处有无松动、腐蚀现象。电池壳体有无渗漏和变形。极柱、安全阀周围是否有酸雾溢出。充放电阀控式密封铅酸电池在初次使用前不须进行初充电，但应进行补充充电，并做一次容量试验。补充充电应采用低压恒压充电方法，充电电压应按说明书规定进行。补充充电的电压和充电时间如下：单体电池电压： 2.30V充电时间： 24小时上述充电时间适用于环境温度25°C,如环境温度高于25°C,则应缩短充电时间,环境温度低于25°C，则应增加充电时间。如遇下列情况之一时也应对电池组进行补充充电:a浮充电压有两只低于2.18V/只；b放出了20％以上额定容量；c搁置停用时间超过了三个月；d全浮充运行已达三个月；蓄电池的放电a每年应以实际负荷做一次核对性放电试验，放出额定容量的30％一40％。b每三年做一次容量试验，到使用六年后应每年做一次。c蓄电池每次放电期间，每小时应测量一次端电压(单体电池和电池组)、放电电流环境温度。浮充运行的维护蓄电池组在全浮充方式时：浮充电压采用说明书规定上限值。浮充时全组各电池端电压的最大差值应不大于0．05V。每月对各电池的端电压和环境温度测量一次。周期维护项目(1)每月a全面清洁b测量各电池端电压和环境温度每季：进行一次补充充电每年：进行一次下列内容的操作：a、 检查引线及端子接触情况、测量馈线母线、电缆及软连接头压降；b、 放电试验；c、校正仪表；•d、 容量试验(三年一次)。五、常见问题解答6.1UPS选型(1) 功率器件承担了ACTODC及DCTOAC的变换，是UPS的心脏，它的性能与质量是决定UPS可靠性的第一因素。⑵ 电路设计方式决定了UPS工作可靠性第二因素。UPS的基本功能是AC-DC-AC，这是任何品牌UPS都具有的，但这功能是如何实现的，各个品牌UPS确有非常大的差别，从变换、控制、反馈、测量、显示、通信等均采用全数字化技术，代表当今UPS的技术水平。全部参数均由系统软件设定，内部无调整电位器，因此不存在温度漂移、老化漂移等影响UPS稳定性的因素，提高了整个系统的可靠性。宽输入电压范围才能适应我国电网的要求。当市电电压超出UPS输入电压范围时，会自动转由蓄电池供电，这样输入电压范围窄的UPS经常启动电池工作。这便会大大降低蓄电池使用寿命，增加运行成本不算，更重要降低了UPS系统的可靠性。输入功率因数指标，由于目前在中国市场销售的大功率UPS，大多数UPS都是6脉冲整流，其输入功因很低，约为0.65—0.7，其无功损耗大，约有20％左右。同时，6脉冲整流UPS输入谐波电流为27%—34%