民航華北空管局技術(shù)保障中心 趙 旭

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UPS不間斷電源的原理及維護(hù)保養(yǎng)分析

民航華北空管局技術(shù)保障中心 趙 旭

UPS不間斷電源與空中管制設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行息息相關(guān)，直接影響著飛行保障服務(wù)工作。本文主要研究了UPS類型、UPS基本工作原理以及UPS 系統(tǒng)維護(hù)。

UPS不間斷電源；原理；維護(hù)保養(yǎng)

引言

眾所周知，科學(xué)合理的使用、維護(hù)UPS可以在一定程度上強(qiáng)化

數(shù)據(jù)的可靠性、負(fù)載設(shè)備的穩(wěn)定性，保障飛行的安全性。

1.UPS類型分析

1.1后備式UPS

一般情況下，在市電正常運(yùn)作的前提下，主要是由抗浪涌無(wú)源濾波器、專業(yè)設(shè)備濾波對(duì)市電進(jìn)行處理，并且將其傳送到負(fù)載，此時(shí)蓄電池就會(huì)以充電狀態(tài)存在。一旦遇到故障致使難以正常運(yùn)行的情況時(shí)，逆變器便會(huì)開啟，促進(jìn)蓄電池內(nèi)運(yùn)行的電壓由直流轉(zhuǎn)化為交流電壓，接著才會(huì)被傳送到負(fù)載。通常類型不同電壓在轉(zhuǎn)變階段內(nèi)消耗的時(shí)間與繼電器跳動(dòng)時(shí)間、逆變器的開啟時(shí)間息息相關(guān)，即使UPS電源價(jià)格低、極易獲得，但是在很大程度上由于需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，市電波會(huì)制約著輸出效率，致使供電質(zhì)量不盡人意，難以真正滿足用電設(shè)備的實(shí)際需要。

1.2在線式UPS

1.2.1三端口UPS

三端口UPS的工作原理和鐵磁諧振穩(wěn)壓變壓器的工作原理差異性不大。鐵心中包括了3個(gè)繞組，也就是：雙向變換器繞組、輸出繞組、市電繞組。而核心組成部分主要是由雙向逆變器構(gòu)成，即整流逆變器。在市電未發(fā)生問(wèn)題的情況下，逆變器的整流功能得到了最大化的發(fā)揮，致使負(fù)載的正常性得以保證，從而確保蓄電池的穩(wěn)定充電。但是一旦由于故障而發(fā)生中斷的情況下，設(shè)備就需要發(fā)揮其逆變功能，來(lái)保證直流電壓可以在一個(gè)較短的時(shí)間換化為交流電。

1.2.2串聯(lián)型在線式UPS

串聯(lián)型在線式UPS在市電正常運(yùn)作的環(huán)境下，以輸入形式存在的交流電則會(huì)由濾波設(shè)備把影響市電的因素展開處理、優(yōu)化，接著經(jīng)過(guò)整流濾波的處理，進(jìn)一步保證逆變器、電池組保持一個(gè)穩(wěn)定充電的狀態(tài)。同時(shí)，逆變器便由交流電把較為穩(wěn)定的電頻、電壓輸入至負(fù)載。而一旦市電發(fā)生問(wèn)題難以順利運(yùn)行時(shí)，蓄電池的電壓類型就會(huì)被逆變器優(yōu)化處理，使得負(fù)載可以得到交流電，防止斷電情況的出現(xiàn)。

2.UPS基本工作原理

2.1在線式UPS工作原理

在線式UPS主要是通過(guò)多個(gè)元器件來(lái)構(gòu)建的，其中核心的元器件包括了：逆變器、靜態(tài)開關(guān)、蓄電池組、充電電路、保護(hù)電路等。在線式UPS通常輸出的是正玄波。一般在市電可以穩(wěn)定工作的情況下，逆變器的輸出是由相關(guān)的處理設(shè)備來(lái)達(dá)到正玄波、SPWM波二者間的轉(zhuǎn)換的要求，輸入電壓可以由整流器濾波電路給予電能給逆變器［1］。另一方面，整流電壓是在充電設(shè)備的基礎(chǔ)上，給予電能給蓄電池。并且在該運(yùn)作模式運(yùn)行的環(huán)境下，市電為負(fù)載進(jìn)行電能的補(bǔ)充主要是依靠整流濾波器、逆變器、靜態(tài)開關(guān)來(lái)進(jìn)行的，同時(shí)對(duì)電壓、頻率實(shí)時(shí)監(jiān)控也是通過(guò)逆變器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

2.2后備式UPS工作原理

將后備式UPS和在線式UPS進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)彼此間的差異方面主要集中為：后備式UPS沒(méi)有具備輸入整流濾波器，致使逆變器難以在多渠道的基礎(chǔ)上，得到電能，而是只有在使用蓄電池的前提下實(shí)現(xiàn)自身電能的要求［2］。一般在市電可以穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，逆變器便不會(huì)啟動(dòng)。電壓輸出形態(tài)主要是方波，輸出不需要包含濾波器。在實(shí)際的市電運(yùn)行的過(guò)程中，輸出變壓器主要是以穩(wěn)定交流電壓為其主要功能。其中后備式UPS工作原理可以體現(xiàn)于：（1）市電可以穩(wěn)定運(yùn)行的階段上，轉(zhuǎn)換開關(guān)會(huì)通過(guò)變換轉(zhuǎn)化為市電輸入端，UPS能夠以旁路運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行工作，輸入的市電在輸出變壓器、轉(zhuǎn)換開關(guān)的基礎(chǔ)上，得以順利連接，同時(shí)對(duì)電能進(jìn)行補(bǔ)充，由此傳遞于負(fù)載。一旦市電發(fā)生變動(dòng)的情況下，會(huì)在繼電器的前提下，達(dá)到科學(xué)轉(zhuǎn)變變壓器接點(diǎn)的目標(biāo)，進(jìn)一步保證輸出電壓以更加科學(xué)、穩(wěn)定的狀態(tài)工作。（2）一旦市電出現(xiàn)電壓不穩(wěn)或者中斷的情況下，UPS便以保持后備的運(yùn)行狀態(tài)存在。與此同時(shí)，若是檢測(cè)控制電路發(fā)現(xiàn)了市電的故障，其便會(huì)及時(shí)運(yùn)行逆變器，同時(shí)將開關(guān)調(diào)至逆變器端，此時(shí)的輸出形態(tài)主要是以方形電波為主，由蓄電池通過(guò)補(bǔ)充電能于負(fù)載。在負(fù)載發(fā)生變動(dòng)的情況下，逆變器保持穩(wěn)定的電壓，進(jìn)一步調(diào)整輸出方波的寬度。針對(duì)后備式UPS而言，在市電可以穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)下，逆變器不被啟動(dòng)。而只有在市電因發(fā)生故障時(shí)，難以保證穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，逆變器才會(huì)運(yùn)行。

3.UPS 系統(tǒng)維護(hù)

3.1主機(jī)的維護(hù)及注意事項(xiàng)

目前，我國(guó)信息技術(shù)正在進(jìn)一步的發(fā)展、改進(jìn)，在具體的實(shí)踐工作中，大部分的信息設(shè)備越來(lái)越智能化，尤其是在UPS電源系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中。由于蓄電池不需要過(guò)多的維護(hù)，被大力的應(yīng)用于UPS電源系統(tǒng)中，然而雖然在一定程度上強(qiáng)化了系統(tǒng)的通用性，但是在實(shí)際的應(yīng)用工作中需要注意的事項(xiàng)還有很多，還需要進(jìn)一步強(qiáng)化應(yīng)用的安全性。

（1）一般情況下，在實(shí)際的UPS電源主機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)環(huán)境并未提出太過(guò)繁瑣的需求，只有在平常的溫度下就可以保證其穩(wěn)定運(yùn)行，但是還需要確保環(huán)境的清潔度，切記不可以有太多灰塵，這是因?yàn)樘幱谝粋€(gè)濕度過(guò)高的情況下，灰塵在一定程度上會(huì)致使主機(jī)難以保證穩(wěn)定運(yùn)作。再加之儲(chǔ)能電池在溫度、環(huán)境等方面具有較高的要求，最佳的溫度需要保證在25℃左右，不能相差過(guò)多。

（2）通常在具體的運(yùn)行工作中，主機(jī)中的內(nèi)置參數(shù)不能夠進(jìn)行更改，特別是電池組參數(shù)，一旦更改便會(huì)將主機(jī)的使用周期縮短。但是在溫度、環(huán)境出現(xiàn)變化的情況下，可以稍微對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。通常運(yùn)行的最佳的溫度在25℃左右，不論溫度是下降還是提高1℃，均需要加入18mV的浮充電壓。

（3）在斷電的狀態(tài)下，切記不能于負(fù)載工作的環(huán)境下進(jìn)行UPS電源的應(yīng)用，而是要把負(fù)載進(jìn)行關(guān)掉，直到UPS啟動(dòng)之后，才可以將負(fù)載運(yùn)行。這主要是由于負(fù)載本身具有沖擊電流、供電流的特點(diǎn)，如果在未將負(fù)載關(guān)閉的情況下就對(duì)UPS進(jìn)行啟動(dòng)，就會(huì)致使UPS電源發(fā)生過(guò)載，造成變換器的受損，難以保證UPS順利運(yùn)行。

3.2蓄電池的維護(hù)

一般情況下，蓄電池被作為UPS系統(tǒng)的重要支柱，若是在沒(méi)有電池的情況下，UPS系統(tǒng)只能被稱為一個(gè)可以穩(wěn)頻、穩(wěn)壓的電源，由此看出UPS能夠進(jìn)行不間斷供電的運(yùn)作的原因與蓄電池的穩(wěn)定使用息息相關(guān)。一旦市電發(fā)生異常，蓄電池就會(huì)直接把蓄電池相關(guān)的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為交流電能，并且將其輸出，幫助用電設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的運(yùn)行。另一方面，依據(jù)相關(guān)的具體維修表明，大多數(shù)的電源故障和蓄電池有直接或者間接的關(guān)系。影響UPS蓄電池的有效性主要是容量不夠、端電壓不足以及瞬間放電的電流難以實(shí)現(xiàn)帶負(fù)載啟動(dòng)的需求等。通常穩(wěn)定使用的UPS的壽命往往集中于5年上下，然而如今我國(guó)還存在相當(dāng)大比例的UPS電池在使用不滿一年的情況下，就逐漸發(fā)生各種各樣的問(wèn)題，甚至一些知名品牌的國(guó)產(chǎn)電池在剛買來(lái)時(shí)就出現(xiàn)失效等不良問(wèn)題也是層出不窮。這些負(fù)面問(wèn)題出現(xiàn)的很大原因是

因?yàn)槲覈?guó)在蓄電池的制造工藝上還存在一定的缺陷，還有一部分原因是因?yàn)樵诤筇焓褂玫倪^(guò)程中未能進(jìn)行有效的維護(hù)。與此同時(shí)，還需要注意的是，我國(guó)一部分的企業(yè)本身沒(méi)有實(shí)施科學(xué)的測(cè)試維護(hù)方式，對(duì)自身系統(tǒng)的UPS蓄電池的使用健康狀況根本不了解，在之后的UPS系統(tǒng)順利工作的過(guò)程中埋下了安全隱患［3］。通常UPS蓄電池的維護(hù)和普通的低壓系統(tǒng)蓄電池的維護(hù)流程較為類似，新電池在引進(jìn)之后，必須要進(jìn)行對(duì)工程的驗(yàn)收，開展相關(guān)的深度放電工作，一旦新電池進(jìn)行投入使用，就需要保證電池工作環(huán)境保持適宜的溫度。同時(shí)，對(duì)各電池端電壓進(jìn)行定期測(cè)量，在發(fā)現(xiàn)各電池壓差過(guò)大的情況下，需要及時(shí)勻充，在電池開展深度放電以及試探性容量測(cè)試的過(guò)程中，要定期給予測(cè)量，保證電池組的性能優(yōu)劣得以檢查，確保電池的活性。

4.總結(jié)

綜上所述，UPS不間斷電源作為一門系統(tǒng)的科學(xué)，我們簡(jiǎn)析了研究了UPS類型、UPS基本工作原理以及UPS 系統(tǒng)維護(hù)，目的是為了更好維護(hù)UPS不間斷電源應(yīng)用的高效性。

［1］王秀珍.從技術(shù)性能上分析UPS不間斷電源的維護(hù)要點(diǎn)［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2016，23（29）:00281-00282.

［2］郭建文.微型計(jì)算機(jī)用SENDON牌UPS不間斷電源工作原理及常見(jiàn)故障分析［J］.汾煤科技，2015，12（5）:111-114.

［3］牛博輝.UPS不間斷電源的工作原理以及在廣播發(fā)射機(jī)中的應(yīng)用［J］.電子世界，2015，23（11）:181-186.

趙旭（1989-），男，北京人，助理工程師，現(xiàn)供職于民航華北空管局技術(shù)保障中心，研究方向：UPS設(shè)備。