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        UPS電源的工作原理及維護(hù)

        2014-04-29 19:32:58王翀鴻
        電子世界 2014年21期
        關(guān)鍵詞:逆變器維護(hù)蓄電池

        【摘要】本文闡述了UPS電源的種類和運(yùn)行特點(diǎn),以及日常應(yīng)用中的維護(hù)和維修方法。

        【關(guān)鍵詞】UPS;逆變器;智能化;蓄電池;維護(hù)

        UPS電源也稱不間斷電源,能夠提供持續(xù)、穩(wěn)定、不間斷的電源供應(yīng)的重要外部設(shè)備。它在市電停止供應(yīng)的時(shí)候,能保持一段供電時(shí)間,使人們有時(shí)間存盤,再?gòu)娜莸仃P(guān)閉機(jī)器。

        一、UPS電源的工作原理

        UPS電源按工作原理分成后備式、在線式與在線互動(dòng)式三大類。UPS電源現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于:工業(yè)、通訊、國(guó)防、醫(yī)院、廣播電視、計(jì)算機(jī)業(yè)務(wù)終端、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備等領(lǐng)域。

        1.在線式

        在線式UPS的運(yùn)作模式為市電和用電設(shè)備是隔離的,市電不會(huì)直接供電給用電設(shè)備,而是到了UPS就被轉(zhuǎn)換成直流電,再兵分兩路,一路為電池充電,另一路則轉(zhuǎn)回交流電,供電給用電設(shè)備,市電供電品質(zhì)不穩(wěn)或停電時(shí),電池從充電轉(zhuǎn)為供電,直到市電恢復(fù)正常才轉(zhuǎn)回充電,UPS在用電的整個(gè)過(guò)程是全程介入的。其優(yōu)點(diǎn)是輸出的波型和市電一樣是正弦波,而且純凈無(wú)雜訊,不受市電不穩(wěn)定的影響,可供電給電感型負(fù)載,例如電風(fēng)扇,只要在UPS輸出功率足夠的前題下,可以供電給任何使用市電的設(shè)備。

        UPS電源一直使其逆變器處于工作狀態(tài),通過(guò)電路將外部交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?,再通過(guò)高質(zhì)量的逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為高質(zhì)量的正弦波交流電輸出給計(jì)算機(jī)。在線式UPS在供電狀況下的主要功能是穩(wěn)壓及防止電波干擾;在停電時(shí)則使用備用直流電源(蓄電池組)給逆變器供電。由于逆變器一直在工作,因此不存在切換時(shí)間問題,適用于對(duì)電源有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合。在線式UPS電源不同于后備式的一大優(yōu)點(diǎn)是供電持續(xù)長(zhǎng),一般為幾個(gè)小時(shí),也有大到十幾個(gè)小時(shí)的,它的主要功能是可以讓您在停電的情況可像平常一樣工作,顯然,由于其功能的特殊,價(jià)格也明顯要貴很多。這種在線式UPS比較適用于計(jì)算機(jī)、廣電、交通、銀行、證券、通信、醫(yī)療、工業(yè)控制等行業(yè),因?yàn)檫@些領(lǐng)域的電腦一般不允許出現(xiàn)停電現(xiàn)象。

        2.后備式

        后備式又稱為非在線式不間斷電源,它只是“備援”性質(zhì)的UPS,市電直接供電給用電設(shè)備也為電池充電,一旦市電供電品質(zhì)不穩(wěn)或停電了,市電的回路會(huì)自動(dòng)切斷,電池的直流電會(huì)被轉(zhuǎn)換成交流電接手供電的任務(wù),直到市電恢復(fù)正常,UPS只有在市電停電了才會(huì)介入供電,不過(guò)從直流電轉(zhuǎn)換的交流電是方波,只限于供電給電容型負(fù)載,如電腦和監(jiān)視器。平時(shí)處于蓄電池充電狀態(tài),在停電時(shí)逆變器緊急切換到工作狀態(tài),將電池提供的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的交流電輸出,因此后備式UPS也被稱為離線式UPS。后備式UPS電源的優(yōu)點(diǎn)是:運(yùn)行效率高、噪音低、價(jià)格相對(duì)便宜,主要適用于市電波動(dòng)不大,對(duì)供電質(zhì)量要求不高的場(chǎng)合,比較適合家庭使用。然而這種UPS存在一個(gè)切換時(shí)間問題,因此不適合用在關(guān)鍵性的供電不能中斷的場(chǎng)所。不過(guò)實(shí)際上這個(gè)切換時(shí)間很短,一般介于2至10毫秒,而計(jì)算機(jī)本身的交換式電源供應(yīng)器在斷電時(shí)應(yīng)可維持10毫秒左右,所以個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般不會(huì)因?yàn)檫@個(gè)切換時(shí)間而出現(xiàn)問題。后備式UPS一般只能持續(xù)供電幾分鐘到幾十分鐘,主要是讓您有時(shí)間備份數(shù)據(jù),并盡快結(jié)束手頭工作,其價(jià)格也較低。對(duì)不是太關(guān)鍵的電腦應(yīng)用,比如個(gè)人家庭用戶,就可配小功率的后備式UPS。

        3.線上交錯(cuò)式

        線上交錯(cuò)式又稱為線上互動(dòng)式或在線互動(dòng)式,基本運(yùn)作方式和離線式一樣,不同之處在于線上交錯(cuò)式雖不像在線式全程介入供電,但隨時(shí)都在監(jiān)視市電的供電狀況,本身具備升壓和減壓補(bǔ)償電路,在市電的供電狀況不理想時(shí),即時(shí)校正,減少不必要的切換,延長(zhǎng)電池壽命。

        這是一種智能化的UPS電源,所謂在線互動(dòng)式UPS,是指在輸入市電正常時(shí),UPS的逆變器處于反向工作(即整流工作狀態(tài)),給電池組充電;在市電異常時(shí)逆變器立刻轉(zhuǎn)為逆變工作狀態(tài),將電池組電能轉(zhuǎn)換為交流電輸出,因此在線互動(dòng)式UPS也有轉(zhuǎn)換時(shí)間。同后備式UPS相比,在線互動(dòng)式UPS電源的保護(hù)功能較強(qiáng),逆變器輸出電壓波形較好,一般為正弦波,而其最大的優(yōu)點(diǎn)是具有較強(qiáng)的軟件功能,可以方便地上網(wǎng),進(jìn)行UPS的遠(yuǎn)程控制和智能化管理。可自動(dòng)偵測(cè)外部輸入電壓是否處于正常范圍之內(nèi),如有偏差可由穩(wěn)壓電路升壓或降壓,提供比較穩(wěn)定的正弦波輸出電壓。而且它與計(jì)算機(jī)之間可以通過(guò)數(shù)據(jù)接口(如RS-232串口)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊,通過(guò)監(jiān)控軟件,用戶可直接從電腦屏幕上監(jiān)控電源及UPS狀況,簡(jiǎn)化、方便管理工作,并可提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性。這種UPS集中了后備式UPS效率高和在線式UPS供電質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn),但其穩(wěn)頻特性不是十分理想,不適合做常延時(shí)的UPS電源。

        隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展,現(xiàn)在在網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的UPS不再

        只是單純的電源設(shè)備,而逐步成為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中電源的管理中心,UPS由最初單純不間斷供電已發(fā)展到今天的智能化、多功能。新型的UPS本身融合了多種新技術(shù),UPS不僅是提供不間斷電源的工具,而且當(dāng)作為負(fù)載的設(shè)備在無(wú)人值守時(shí),當(dāng)市電故障后,UPS可以按照事先的約定順序關(guān)機(jī),甚至還可以自動(dòng)發(fā)傳呼或E-mail給管理者?,F(xiàn)代的UPS與服務(wù)器上的軟件協(xié)同工作,還能實(shí)現(xiàn)事件記錄、故障告警、UPS參數(shù)自動(dòng)測(cè)試分析、調(diào)節(jié)等多項(xiàng)功能,提供了完全的電源管理解決方案。現(xiàn)在有些UPS甚至可以對(duì)環(huán)境溫度、濕度和煙霧等進(jìn)行監(jiān)視。

        二、日常維護(hù)與修理

        1.UPS電源在正常應(yīng)用情況下,主機(jī)的維護(hù)操作很少,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(jī)內(nèi)的風(fēng)機(jī)會(huì)將灰塵帶入機(jī)內(nèi)沉積、當(dāng)遇空氣潮濕時(shí)會(huì)引起主機(jī)控制紊亂造成主機(jī)工作失常,并發(fā)生不準(zhǔn)確告警,大量灰塵也會(huì)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(shí),檢查各連接件和插接件有無(wú)松動(dòng)和接觸不牢的情況。

        2.雖說(shuō)儲(chǔ)能電池組現(xiàn)在都采用了免維護(hù)電池,但這只是免除從前的測(cè)比、配比、定時(shí)增加蒸餾水的作業(yè)。但外因工作狀態(tài)對(duì)電池的影響并沒有轉(zhuǎn)變,不正常工作狀態(tài)對(duì)電池造成的影響沒有變,這部分的維護(hù)修理工作仍是十分重要的,UPS電源系統(tǒng)的大量維修修理工作主要在電池部分。

        a.儲(chǔ)能電池的作業(yè)全副是在浮充狀態(tài),在這種情況下至少應(yīng)每年進(jìn)行一次放電。放電前應(yīng)先對(duì)電池組進(jìn)行均衡充電,以達(dá)全組電池的均衡。要清楚放電前電池組已存留的退步電池。放電過(guò)程中如有一只達(dá)到放電終止電壓時(shí),應(yīng)停止放電,繼續(xù)放電先鏟除退步電池后再放。

        b.核對(duì)性放電,不是首先尋求放出容量的百分之多少,而是要關(guān)注發(fā)現(xiàn)和處理退步電池,經(jīng)對(duì)退步電池處理后再作核對(duì)性放電實(shí)驗(yàn)。這樣可避免事端,以免放電中退步電池惡化為反極電池。

        c.平時(shí)每組電池至少應(yīng)有8只電池作標(biāo)示電池,作為了解全電池組工作情況的參看,對(duì)標(biāo)示電池應(yīng)定期測(cè)量并做好記錄。

        d.日常維護(hù)中需檢查的項(xiàng)目有:清潔并檢測(cè)電池兩端電壓、溫度;連接處有無(wú)松動(dòng),腐蝕現(xiàn)象、檢測(cè)連接條壓降;電池外觀是否完整,有無(wú)殼變形和滲漏;極柱、安全閥周圍是否有酸霧逸出;主機(jī)設(shè)備是否正常。

        e.免維護(hù)電池要維護(hù),不是什么無(wú)稽之談,應(yīng)從廣義的維護(hù)立場(chǎng)出發(fā),做到運(yùn)行、日常管理的周到、細(xì)致和規(guī)范性,保證設(shè)備(包括主機(jī)設(shè)備)保持良好的運(yùn)行狀況,從而延長(zhǎng)應(yīng)用年限;保證直流母線保持合格的電壓和電池的放電容量;保證電池運(yùn)行和人員的安全可靠。這就是電池維護(hù)的目的,也是電池運(yùn)行規(guī)程中包括的內(nèi)容和運(yùn)行守則。

        3.當(dāng)UPS電池系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),應(yīng)先查明理由,分清是負(fù)載還是UPS電源系統(tǒng);是主機(jī)還是電池組。雖說(shuō)UPS主機(jī)有故障自檢功能,但它對(duì)面而不對(duì)點(diǎn),對(duì)更換配件很方便,但要維修故障點(diǎn),仍需做大量的分析、檢測(cè)工作。另外如自檢部分發(fā)生故障,顯現(xiàn)的故障內(nèi)容則可能有誤。

        4.對(duì)主機(jī)出現(xiàn)擊穿,斷保險(xiǎn)或焚毀器件的故障,定然要查明理由并消除故障后才能從頭啟動(dòng),不然會(huì)接連發(fā)生等同的故障。

        5.當(dāng)電池組中發(fā)現(xiàn)電壓反極、壓降大、壓差大和酸霧泄露現(xiàn)象的電池時(shí),應(yīng)即時(shí)采用相應(yīng)的方法還原和修復(fù),對(duì)不能還原和修復(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,不然可能會(huì)對(duì)整組電池帶來(lái)不利影響。對(duì)壽命已過(guò)期的電池組要即時(shí)更換,以免影響到主機(jī)。

        再好的設(shè)備也有壽命,也會(huì)出現(xiàn)各類故障,但維護(hù)工作做的好可以延長(zhǎng)壽命,減少故障的發(fā)生,這和人的壽命長(zhǎng)短、生老病死是一樣的道理。不要因?yàn)楦咧悄?、免維護(hù)而忽略了本應(yīng)進(jìn)行的維護(hù)工作,防備在任何時(shí)候都是安全運(yùn)行的重要保障。

        作者簡(jiǎn)介:王翀鴻(1976—),男,工程師,甘肅省廣電局冬青頂轉(zhuǎn)播臺(tái)機(jī)組長(zhǎng)。

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