李炳江 王敏杰 張小俊

摘 要：目前UPS在設(shè)備企業(yè)和辦公中得到廣泛的運用，如何選擇一臺適合于自身的UPS設(shè)備。將對設(shè)備安全、平穩(wěn)、有效運行意義重大，因此我們有必要掌握其原理，合理使用安裝維護和運行。

關(guān)鍵詞：UPS；IGBT；柵極；發(fā)射極；集電極；整流；逆變

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.111

1 UPS的工作原理和主要元件的保護

UPS其工作原理是在正常的情況下輸入回路向既向負載提供電源，要向UPS的電池充電，儲備能量以備停電時向負載提供電源。當UPS內(nèi)部故障或UPS必須進行保養(yǎng)維修，測試時能轉(zhuǎn)換到旁路。輸入電源通過旁路直接向負載供電。而負載不需中斷。為了保證負載不間斷的運行，就要保護主要元件，如果發(fā)現(xiàn)輸入的電源回路斷電或故障的時候，就要將電池的電能逆變成穩(wěn)頻穩(wěn)壓的交流電，從而提供給負載。UPS使用的主要核心元器件有晶體管、可控硅、MOS管、IGBT。本文以IBGT為例來說明。IBGT容易損壞，主要是因為他所處的環(huán)境的特殊性，也就是工作在高頻與高電壓、大電流的條件。同時IGBT的可靠性直接關(guān)系到電源的可靠性。因為電源系統(tǒng)會受到電網(wǎng)波動、雷擊的影響，而電網(wǎng)波動和雷擊使得它所承受的應(yīng)力比往常更大。IGBT柵極與發(fā)射極之間的電壓、IGBT集電極與發(fā)射極之間的電壓、流過IGBT集電極一發(fā)射極的電流以及IGBT的結(jié)溫決定了IGBT的安全可靠性。

2 IGBT柵極的保護

驅(qū)動電壓就是IGBT的柵極—發(fā)射極之間的電壓。通常來講，電壓低則不能正常運行。如果超過柵極-發(fā)射極之間的保證值電壓就造成器件損壞，因此必須加以保護。在IGBT的驅(qū)動電路中設(shè)置柵壓限幅電路是我們通常采用的方法。若IGBT的柵極—發(fā)射極之間開路，當集點極和發(fā)射極極之間有電壓存在。由于柵極—發(fā)射極有寄生電容的存在，它的電壓隨集點極電壓的升高而升高。電流就會在集點極和發(fā)射極之間流過，就會有集點極和發(fā)射極在高壓狀態(tài)工作的情況，IGBJ就會發(fā)熱。所以IGBT的柵極—發(fā)射極之間不能開路。因此在IGBT的柵極與發(fā)射極間并接一個幾十千歐的電阻。

3 集電極與發(fā)射極間的過壓保護

過壓保護可分為：施加到IGBT集電極-發(fā)射極間的直流電壓過高保護和施加到集電極-到發(fā)射極上的浪涌電壓過高保護。不正常的電源異變導(dǎo)致了直流過電壓電壓情況的產(chǎn)生。在保護中主要是增大IGBT的容量；浪涌過電壓主要是電路中有電感的存在和IBGT的高速關(guān)斷而產(chǎn)生的。根據(jù)實際情況浪涌過電壓的保護，需要選取適當?shù)木彌_保護電路，更好地抑制浪涌電壓。在進行安裝設(shè)備時要降低主電路的電感、要緩沖電路的分布電感，接線時要盡量的短，盡量的粗。

4 集電極電流過流保護

集電極電流過流保護它是用電阻或電流互感器檢測IBJT是否過流而進行的保護。把電阻或電流互感器與IBGT串聯(lián)，檢測流過的集電極電流，為了達到保護設(shè)備元件的目的，就要在電流過大時就斷開輸入電源。集電極電流過流保護原理也只是檢測負載電流進行保護的原理。當負載短路或負載電流超出設(shè)定的值是就切斷IBGT的輸入，從而保護設(shè)備元件。

5 UPS安裝地點的選擇

UPS大多安裝在負載或微機附近，許多電子元件組成了UPS設(shè)備，因而受到了環(huán)境和空氣的影響，尤其是惡劣天氣的影響，比如，當環(huán)境空氣灰塵含量稍大和天氣潮濕時，就出現(xiàn)漏電和UPS的故障。所以要遠離可能導(dǎo)致短路的金屬導(dǎo)電灰塵。安放地點必須考慮防止避免水流噴射到設(shè)備上。在任何場地必須留出供設(shè)備通風(fēng)維修的空間。各種集成塊、功率變壓器、陶瓷電阻、線繞電阻及大功率三級管等都在UPS的內(nèi)部，因而設(shè)備損壞的可能性很大，而損壞主要受設(shè)備自身的影響，比如設(shè)備的自然溫升，不能及時散發(fā)熱量，環(huán)境溫度、濕度、潔凈度在安裝過程中就要充分考慮，并具有良好的通風(fēng)系統(tǒng)，加裝排風(fēng)扇把UPS 熱量排到室外。也可用室內(nèi)空冷的方法排除熱量，即在機房內(nèi)配備相當功率的空調(diào)機。使室內(nèi)溫度控制在UPS產(chǎn)品說明規(guī)定的溫度之內(nèi)。

6 UPS輸入輸出電力電纜

選擇輸入回路導(dǎo)線線徑和輸出回路導(dǎo)線線徑是安裝一臺UPS的首先前提，直接影響設(shè)備的正常運行就是線經(jīng)選得太小，長期運行時發(fā)熱發(fā)生短路，產(chǎn)生安全隱患。線徑選得太大不但會造成經(jīng)濟上的浪費，也會引起不必要的故障和事故，一臺UPS標注的只是額定的輸出功率，而其整機消耗功率應(yīng)包括電池充電在內(nèi)的功率。選擇線徑方法應(yīng)該是：UPS額定輸出功率與電池充電所消耗的功率之各乘以安全系數(shù)，一般輸入功率約等于標稱額定輸出功率的兩倍。電力電纜要按要求分組。一般一臺UPS電源可分為，輸入回路，輸出回路，控制回路，通信回路。如在同一線槽鋪設(shè)也要分開鋪設(shè)并固定。同一地線排上的電纜集成一束?？刂齐娎|和電力電纜要分開鋪設(shè)。避免控制電纜和電力電纜長距離平行鋪設(shè)。一般情況下UPS的輸入和輸出零線在UPS的內(nèi)部相互連接。如果要將輸入和輸出的零線分開則必須安裝隔離變壓器。在接入回路時，需要注意一些問題，大負荷的設(shè)備和頻率起動的設(shè)備要進行分開，以避免這些設(shè)備起動時，引起UPS工作模式的不必要切換。所選電力電纜面積要保持一定的余量。整臺機器設(shè)備要有可靠的接地系統(tǒng)，保正設(shè)備的安全。

7 電源輸入和輸出的保護系統(tǒng)

UPS的投入必須有可靠的電源質(zhì)量，電壓及頻率不能超過UPS的范圍使用，電網(wǎng)的電壓及其頻率一定要符合UPS說明書要求，否則接入UPS就會造成元件的損壞。電壓太高，其元件承受不住耐壓而燒毀電器設(shè)備，在電網(wǎng)的輸入端接上頻率表和電壓表是必須考慮的環(huán)節(jié)，同時也要確定電壓和頻率在適宜范圍如何自行啟動，更好地保護UPS設(shè)備，從某種意義上講，對負載設(shè)備也起到一定保護作用。

8 電池充放電保護系統(tǒng)

電池是UPS的一個重要組成部件，它的價格要比起其他部件要貴得多，蓄電池過度放電，會影響電池的正常使用，造成電池的損傷，同時過度放電會造成蓄電池內(nèi)部極板表面的硫酸鹽化，其結(jié)果是導(dǎo)致蓄電池內(nèi)阻增大，再充電困難，嚴重時甚至?xí)箓€別電池產(chǎn)生“反極”現(xiàn)象及電池永久性損壞。因此在UPS開啟后經(jīng)常觀察UPS面板顯示電池的電壓或電池維持時間來確定其運行時間，切莫過度使用UPS電池，一旦損壞將造成更大經(jīng)濟損失。在運行中可設(shè)立保護系統(tǒng)根據(jù)UPS電池的電壓表，來確定UPS其運行時間以自動關(guān)機，也可以根據(jù)電壓降到某一安全程度，即關(guān)閉電源，停止使用UPS。

9 總結(jié)

通過對UPS的原理、合理使用、安裝維護和運行的了解，提出針對在不同環(huán)境、不同場地選擇最佳適合自身的UPS產(chǎn)品，不同產(chǎn)地不同的設(shè)備，有著不同的性能和運行參數(shù)。在使用前必須準確掌握每臺設(shè)備的產(chǎn)品說明書按時巡檢，在實際生產(chǎn)中進行精心維護，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，并采取可行性的措施，確保UPS能安全運行，為企業(yè)減少不必要的經(jīng)濟浪費。