UPS电源检验报告样本

时间:2024.3.24

编号:201012-03

        产品名称:UPS电源

规格型号

检验类别:出厂检验

用户单位

报告日期:二O一〇年十二月三日


出厂检验报告

编号:201012-03                     

主管:                               审核:

报告正文

检验结论:                                检验员:       


第二篇:UPS 电源


UPS 电源

一、概述

不间断电源(UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY)是随着微型计算机的应用日益普及,信息处理技术不断发展的需要对供电质量要求越来越高的情况下,为保证避免计算机在运行期间因供电中断,导致随机存储器中的数据丢失和程序被破坏,甚至使装置损坏,造成难以弥补的损失,而在近年来发展起来的一种高技术产品。

目前,不间断电源经过多年的发展和完善,已有了很大的发展。大功率、高性能的元器件的问世,以及针对计算机等信息技术设备对电源质量的要求,各类不间断电源的技术性能指标不断提高,功能越来越齐全。

下面我们结合市场上销售量较大的不间断电源装置的情况进行分析和叙述。

㈠ 不间断电源的分类:

不间断电源分类一般采用如下四种方法:

① 按工作原理分:

a) 动态式:带有直——交流发电机的所谓动态发电机组的不间断电源;

b) 静态式:含离线式和在线式(在线式包含有三端口式和串联式两种形式)。

离线式(off line)不间断电源又称后备式。该装置是指在市电供电正常时,由市电向计算机提供电源。当市电供电异常时,蓄电池才对逆变器供电,并由不间断电源的逆变器向计算机等用电设备提供交流电源。即不间断电源的逆变器总是处于对用电设备提供后备供电的状态的一种不间断电源。 在线式(on line)不间断电源是指平时采用市电→整流器→逆变器的方式向计算机等用电设备提供交流电源。一旦市电异常,即改由蓄电池→逆变器的方式提供交流电源。只有当蓄电池放电至终了电压时,由控制电路发出信号进行控制,关断逆变器。当市电恢复时,又切换到原工作方式对用电设备供电。在正常消况下,它总是由逆变器对用电设备供电的一种不间断电源。

② 按输入输出方式分:

a) 单相输入/单相输出;

b) 三相输入/单相输出;

c) 三相输入/三相输出。

③ 按容量分:

a) 小功率 5KVA以下;

b) 中功率 5KVA-30KVA;

c) 大功率 30KVA以上。

④ 按输出波形分:

a) 方波输出;

b) 梯形波输出;

c) 正弦波输出。

当前产量和销售量比较大的是以下三种不间断电源,它们是:输出波形为方波的离线式不间断电源;输出波形为正弦波的离线式不间断电源和输出波形为正弦波的在线式不间断电源。而正弦波输出的不间断电源的供电质量大大的优于方波输出的不间断电源。

㈡ 不间断电源简介

不间断电源主要是由整流器、逆变器和蓄电池构成的系统。它的基本结构是一套将交流电变为直流电的整流/充电装置和一套把直流电再度转换为交流电的PWM逆变器。蓄电池在交流电正常供电时储存能量,这时它一直维持在一个正常的充电电压上。一旦市电供电中断时,蓄电池立即对逆变器供电,以保证不间断电源交流输出电压供电的连续性。

一台良好的不间断电源应主要包括以下部分:

a) 交流输入滤波回路和整流回路;

b) 蓄电池及充电回路;

c) PWM脉宽调制型的逆变器;

d) 各种保护电路(如过流、过压、空载保护,限流、电压过低,电池极性及交流极性检测等)和相关的声光告警指示;

e) 交流市电供电与不间断电源逆变器供电之间的自动切换装置及与它相配套的锁相同步电路和静态开关装置;

f) 逻辑控制回路。如利用微处理芯片作不间断电源中关键部件的工作状态的监控控制系统。 ㈢ 不间断电源的工作原理

① 离线式(off line)不间断电源的工作原理

离线式,又称后备式不间断电源,它是在当市电正常时,市电经射频滤波和抗浪涌无源滤波电路后直接输送给负载。同时充电器给蓄电池充电。这时,逆变器不工作。当市电异常时,逆变器启动将电池的直流电转换为交流电(即 DC/AC转换),并输送给负载。此间有一个转换时间,其主要是由继电器的机械跳动时间和逆变器的启动时间决定,一般要求在3-8ms内完成。离线式不间断电源的特点是电路简单,易于实现,价格便宜。但由于它有切换时间,电源输出容易受电网波动的影响,因此供电质量相对不是太高。

② 在线式(on line)不间断电源的工作原理

在线式不间断电源是在电网正常供电时,它首先将市电交流电源变为直流电源,然后, 逆变器在机内的脉宽调制(PWM)控制信号的作用下 ,将直流电源变成被功率放大的脉宽调制脉冲,在经逆变器的输出滤波器,重新变成正弦波电源向负载提供。

在线式不间断电源分为三端口式和串联在线式两种。

三端口式是利用铁磁谐振原理达到稳压效果的稳压变压器结构,铁心上有三个绕组:市电绕组,双向交换器绕组和输出绕组。它的主要工作方法是靠铁磁谐振原理实现稳压。另一核心部分是双向逆变器(即整流逆变器)。在市电正常时,它起到整流器的作用,保持负载的不间断用电和给蓄电池充电。当市电失压或断电时,它又起到逆变器的作用,将蓄电池提供的直流电变成50Hz的交流电继续提供使用。

串联式在线式不间断电源在市电工常时,输入交流电先经滤波器,将电网中的污染滤掉,再经整流滤波,向蓄电池提供直流脉冲电压和向逆变器提供工作电压。逆变器在脉宽调制信号的控制下,其输出波形经过高磁密变压器和交流滤波器后,就能够向负载输出一个稳压稳频精度高的交流电源。当市电不正常或断电时,蓄电池直接将其直流电经逆变器转换成交流电输送到负载,实现不间断供电的要求。当输出过载很大或短路时,逆变器自动关闭,不间断的转至旁路,由市电作为负载工作电源。

随着不间断电源制造技术的不断发展,现在生产的逆变器可以向用户提供高精度稳压稳频(稳压±1%,稳频±o.1~0.01%)、波形失真度小(< 3%)和无干扰的瞬态响应特性好的高质量的正弦波电源。解决了存在于市电电网中的电压幅度不稳、频率漂移、波形畸变和噪音干扰等问题。市电与逆变器供电转换时间为零。保证了负载对电源供电不间断的要求。

也就是说,在线式不间断电源可以向用户提供无任何时间中断的高质量的正弦波电源。

㈣ 不间断电源的应用领域和发展前景

根据上述,我们可以清楚地看到,只要用户在计算机、计算机网络和其它信息技术和信息管理设备上配置上不间断电源供电系统,就可以避免因供电中断而造成的正在运行的软件、数据和图象被破坏和丢失。因此,不间断电源在国民经济的各个领域已经得到了广泛地应用。特别是在信息技术高速发展的今天,计算机不仅进人办公、管理、过程控制、通讯等系统,而且已逐步地走进家庭,不间断电源的应用也随之扩展自己的领域,在不远的将来,它还会成为人们生活中不可缺少的伴侣。

为了适应科学技术和实际应用的需求,在不间断电源的开发和制造工艺方面都将有新的改进和发展。下面就这方面的情况进行—下探讨。

(1) 为了保证计算机运行软件和数据的安全可靠,进一步缩短离线式不间断电源的市电供电→逆变器供电的转换时间,使其降到明显低于计算机开关电源中的P.G信号在遇到供电中断时的保持时间,便可以达到该要求的目的。

(2) 开发智能性软件、使小型不间断电源也能实现无人值守的自动存盘控制。开发计算机诊断软件对不间断电源进行故障诊断,以实现不间断电源的现场维修的快速与准确。

(3) 进一步完善对蓄电池的监控系统,以提高不间断电源的使用效率和使用寿命。如在产品结构的安排布局中,应考虑内置电池远离热源并尽量靠近冷却风扇,防止因环境温度过高而使电池寿命缩短。配置计算机软件对电池的实际备用时间进行检测和预报,并能够及时的向用户提供需要更换电池的信号,以保证蓄电池的合理使用。加强电池系统的保护功能,使其具有防止电池被深度放电和电池被过度充电的情况发生。

(4) 采用软件谐波调节器或新型高频开关控制的整流器等技术来实现的功率因数自动校正系统来对不间断电源的输入电流进行功率因数调整,达到降低视在输入功率的目的,使不间断电源的输入功率因数可高达PF=0.99,以大大提高输入电能的利用率,同时还可以在技术上消除传统的不间断电源对市电电网可能产生的谐波干扰。

(5) 由于IGBT驱动器件等新的功率器件的出现,不间断电源可以采用更高频率的脉宽调制技术,使三角波载波频率由传统的20KHz提高到 40~1O0KHz。这样,就可以采用高频铁氧体磁心变压器代替硅钢片铁心的变压器,就能够使不间断电源的体积和重量大大的减小,使不间断电源的小型化成为现实。

(6) 开发不间断电源的“电源共享功能”(Pulsar Share),使用户利用不间断电源的管理软件,在市电供电中断时,利用蓄电池储存的有限的能量分配到电源的每一个输出端口,使蓄电池的能量更多的分配到供电系统的关键设备上。这样可以有力的提高不间断电源供电系统的灵活性和使用效率。

二、 不间断电源的配置与选用

㈠ 有关不间断电源性能指标介绍与选用原则

⑴ 输入:

a) 容量:是指设备的规模,即输出电压与输出电流的乘积,一般用伏安(VA)表示。这是用户选用设备的第一个指标,为了运行可靠,在选用该指标时,最好留有10%以上的余量。

b) 输入电压:在准备使用不间断电源的场合,应清楚的了解该场所的输入电压是单相还是三相,输入电压是220V还是380V,此处市电变化的情况如何等等。以便在选用不间断电源设备时,注意其该方面的适应能力。目前一般的不间断电源的输入电压允许变化范围在±20%。

c) 输入频率:我国电网的标准频率为 50Hz,有些国外进口的不间断电源是 60Hz工作的,在我国就不适用。另外,还应当知道频率允许变化范围。现在一般的不间断电源设备的输入频率允许变化范围一般为±5%。

d) 输入容量:前面提到为满足用户的用电设备可靠运行,应合理选定不间断电源的额定容量。为了准确的知道市电提供多大电流就能保证不间断电源正常工作,还应了解输入容量,以便合理选用。如果余量过大,就会造成浪费;如果输入容量选的太小,那么就会使熔断器或空气断路器的整定电流值取的太小,容易造成跳闸断电。

⑵ 蓄电池

a) 蓄电池(组)的额定电压:选择这个数据是为不间断电源延长备用时间而外加电池提供依据,另外也为在使用过程中更换电池提供了方便。

b) 蓄电池的备用时间:这是不间断电源的关键指标,它可以表明在市电断电后,设备还能持续工作多长时间,以便合理安排设备的工作时间。一般在选择时应考虑设备的半载支持时间和全载支持时间,使蓄电池的备用时间满足在市电异常时设备的支持时间的需求。

c) 蓄电池的类型:目前的不间断电源一般都采用免维护密封型铅酸蓄电池。

⑶ 输出

① 输出电压:输出电压应根据负载的要求选用,一般有单相220V和三相四线制380V。

② 输出电压稳定度:一般是指静态稳定度。各厂家给出的定义不尽相同。有的是指电流在额定值的10%~100%变化时,在额定输入电压的状态下,输出电压偏离额定值的百分数;也有的是指 0~100%负载时的输出电压变化的百分数。

③ 输出频率:在国内销售的产品一般都是50Hz±5%。

④ 输出电压波形:输出波形有方波、梯形波、正弦波等。可根据负载的适应情况。即满足使用条件和造价低的原则进行选用。

⑤ 额定负载功率因数:由于不间断电源的输出容量不一定都是向负载提供有功功率,而负载上的真正的有功功率是:P=UIcosφ

式中:P为负载真正得到的有功功率(W) U为不间断电源的输出电压(V)。 I为流入负载的电流(A)。 φ为电压与电流正弦波之间的夹角。这是由于负载不是纯电阻,从而使电压和电流不同相造成的。 cosφ为功率因数,一般以0.8较为普遍。

⑥ 过载能力:在无故障的情况下启动负载设备,一般都有瞬时过载现象发生,这就需要不间断电源具有一定的过载能力。

⑷ 效率

效率是衡量不间断电源性能的一个最重要的指标。功率越大的设备,这一点更显得尤为重要。首先设备的效率高,其功率损耗就小,热量排出的就少,相对的对设备工作环境温度的影响就低。例如,一台不间断电源的效率为86%,其14%的功率将变成热量,明显的提高了工作环境的温度,为了保证设备能够在规定的工作温度环境中正常工作,就需要增设空调设备,这样就加大了设备的投资和能耗。因此设备的效率高就体现出明显的优点。

当然,要做到设备的效率特别高,一方面需要有先进的电路设计和器件选用,也可能使设备的制造成本有所提高,所以,在评价和选用不间断电源设备时,应当综合考虑其经济和技术指标。 ⑸ 物理条件

① 工作温度:温度是电子设备的大敌。工作温度高了,会增大半导体器件、电解电容器的漏电流,降低电阻的使用功率限额等;温度太低了,会使晶体管β值下降,造成工作不正常,温度低对蓄电池的影响更大。不间断电源的工作环境温度一般为 0~ 40℃左右。也有略高一些的,大约在 O~45℃左右。

② 工作湿度:不间断电源在无特殊要求的情况下,其电路板及元器件的表面均不进行涂复处理。因此在工作环境湿度太大的时候,会在电路板或元器件上结出小珠,造成局部短路。在高压器件上就更为严重。这种情况就会导致酿成故障和事故。所以一般不间断电源都要注明在不结露的情况下所允许的最大湿度。一般的不间断电源允许在不结露的情况下(温度为 25℃时)的相对湿度为 0~ 90%,有些设备要求的相对湿度为 3O%~ 90%,湿热型的设备所要求的相对湿度可达95%。

③ 海拔高度:由于不间断电源所采用的部分元器件(如密封式的电解电容器)是在一定的气压下封装的,封装后的器件内部形成一定的气压。由于大气的压力随着海拔高度的增高而降低(因为海拔越高空气越稀薄),这样就形成了器件壳内向外的压力,当超出了器件外壳所能承受的压力时,器件就可能损坏。一般的不间断电源都注明其使用场所海拔高度不超过2000m。

④ 可闻噪声:是指以不间断电源为中心,在其以1m为半径的圆周线上,高度为 l.3m 处测得的噪声分贝数。一般来说,噪声在55dB(A)左右,就可以直接放在计算机房内使用。

㈡ 选购不间断电源时应注意的问题

用户在选购不间断电源的时候,应在满足负载功率要求的基础上,鉴于设备所要带的负载的重要性以及对供电质量要求的高低和经济原因等因素,首先要考虑的问题是选购离线式不间断电源还是在线式不间断电源。

一般来说,在线式不间断电源(应该都是正弦波输出)的价格最高,正弦波输出的离线式不间断电源次之,方波输出的离线式不间断电源的最便宜。

目前,除额定输出功率为250伏安和500伏安级的方波输出的不间断电源,因其转换功率较小,在执行市电供电→逆变器供电转换控制时,尚能容忍仍在无市电同步功能的条件下工作外,其余的不间断电源在执行市电交流旁路供电→逆变器供电转换操作时都应该具有市电同步切换功能。从原则上讲,方波输出的不间断电源不能驱动电感性负载和用于通信传输的供电系统中。这是因为前者会导致不间断电源本身的逆变器被损坏掉,后者会造成通信系统中的有效传输信号被干扰噪音所淹没。从某种意义上来说,方波输出的不间断电源只适合用于驱动象微型计算机之类的具有开关电源供电系统的设备。因此在对供电质量要求较高的场合。应选用具有正弦被输出的不间断电源为宜。

⑴ 关于同步切换功能

目前,除了额定输出功率小于500VA的方波输出的离线式不间断电源仍在使用无市电同步功能的转换控制外,凡是输出功率在1KVA及以上的不间断电源在执行市电供电→逆变器供电转换操作时都应该具有市电同步切换功能,以保证逆变器和旁路电源具有同相位和同频率的输出特性。由于各生产厂家的产品的锁相同步电路的完善程度有相当差异。为此,用户在选购不间断电源时,应注意它的锁相同步电路的下述工作特性。

锁相同步控制回路是否具有较强的市电输入电压的锁相同步捕捉能力。它主要表现在:不间断电源应在市电输入电压变化较宽的范围内,市电正弦波都能对逆变器输出的正弦波进行同步控制。 不间断电源在进行切换操作时,交流旁路电源与逆变器电源之间的相位差越小越好。

应考虑用户使用场合的供电电网的频率稳定性。倘若使用普通大电网供电时,目前市场上一般的在线式不间断电源的锁相同步控制电路的市电频率允许变化范围能够满足要求。记对于工作在频率波动大的小电网的用户,要想成功的实现同步切换操作,还需要采取具有适应相应功能的措施来解决。 ⑵ 应考虑的其他问题

鉴于目前中、小型不间断电源的制备技术不断改进,产品的技术质量指标越来越先进。用户在选购不间断电源时除了比较其常规技术参数,如:市电允许变化范围,输出稳压精度输出电压瞬态响应特性,过载特性和波形失真等之外,还应考虑以下问题。

① 抗电容负载的冲击能力

对整流滤波型负载而言,由于整流器的后面都连接有大容量的滤波电容,这样,它要求不间断电源所提供的峰值电流远远大于不间断电源驱动电阻性负载时所需提供的峰值电流。衡量不间断电源带容性负载的能力大小的指标是峰值系数(CREST Ratio)。它的定义是:用同一正弦交流波电源在带整流滤波型负载时所出现的最大容性峰值电流同带纯阳性负载时所产生的最大峰值电流之比。进行上述比较的前提是容性负载和阳性负载具有相同的阻抗值。目前多数不间断电源的峰值系数为3:1~5:l左右。

② 不间断电源容许用户外接电池组来配置长延时的能力

常见的长延时不间断电源的品种有1、2、4、6、8小时。在选购这类产品时,用户不仅要注意设备是否具有外接电池组的接口,外配充电器是否具有满足外配电池的充电功率外,还需了解不间断电源内部的控制电路是否配置了防止电池“反灌噪音”干扰的抑制装置,所选配的蓄电池是否具有较小的自感电量。否则,这种不间断电源可能在轻载运行时似乎“一切正常”,但当不间断电源在超过额定输出功率的20%以上的重载运行时,极易造成逆变器的损坏。

(3)对额定输出功率在5~7.5kVA以上的中、小型不间断电源的系统自检功能

具有系统自检功能的不间断电源能够及时的、有效的检测出不间断电源在运行过程中可能出现的硬件故障隐患。这对降低不间断电源的故障率及一旦在发生故障时,使用户能迅速排除故障是相当有用的。例如,在不间断电源上配置受微型计算机控制的LCD显示屏,随时监控不间断电源的电流、负载量、频率等数据及各种报警信号,对用户及时了解不间断电源的运行状态及排除故障是十分有益的。

(4)对于要求正弦波失真系数小的特殊用户,还应注意不间断电源在带不同性质的负载时所造成的其输出正弦波的失真度变化的情况。

当不间断电源在带非线性负载时,会使原来的相对纯正的正弦波电源产生不同程度的波形失真。它表现为在50Hz正弦波基波上叠加有一系列的高次奇波谐波分量,当高次谐波分量过大时,它会导致正弦波严重失真,以致影响用户设备的正常运行。

(5)对不间断电源的整流滤波回路的直流电源输出特性应予以充分的注意

在市场上的 l- 5kVA在线式不间断电源的整流滤波器的直流电源输出中,有两种输出特性。一是无稳压特性的整流滤波器;一是具有稳压控制特性的整流滤波器。

① 无稳压特性的整流滤波电路:当市电输入电压高于某一临界值(通常为 170V左右)时,它的直流输出电压随市电输入电压的增大而增大。当市电输入电压低于 170V时,由电池组向直流总线提供直流电源。显然,这种直流供电方式不利于逆变器末级驱动晶体管的安全工作。

② 具有稳压调节功能的整流滤波电路:当市电输入在170~255V的范围内变化时,它都可以向逆变器提供基本上是恒压的直流电源。只有当市电输入高于260V以上时,才会出现它的直流输出电压

随着市电电压增大而增大的现象。这种直流供电方式比较有利于提高逆变器工作的安全性。但此种电路输出阻抗较高。

(6)不间断电源的频率转换功能

目前相当多的不间断电源具有频率转换功能。即它可以允许输入市电频率为50Hz/60Hz的电源,也能向外输出50Hz/60Hz的正弦波电源。如果用户想要改变不间断电源的输出频率,其操作方法比较简单,一般只需要拨动机内有关的频率转换开关即可。

(7) 应高度重视不间断电源的过载能力

根据设备应用的实践证明,不间断电源的故障高发区之一是在执行市电旁路供电→逆变器供电转换操作时发生的。当不间断电源进入正常工作状态后,只有在不间断电源的输出端发生过载,有大的负荷启动而产生强大的瞬态浪涌电流,使输出短路或逆变器本身发生故障时,才会需要执行逆变器供电→市电旁路供电的转换操作。如果不间断电源输出过载或浪涌电流消失后,不间断电源在经过一定延迟后会自动执行市电旁路供电→逆变器供电操作。但是在不间断电源的实际运行过程中,由于条件限制,很难保证上述两条交流电源同时满足同频率、同相位、同幅度和同波形畸变度的要求,如果其中任何一项参数严重超差,都会导致在市电旁路电源和逆变器电源两条通道间形成环流。过大的环流会造成逆变器或静态开关被损坏。为此,在实际运行过程中,应创造条件,尽量减少不间断电源执行市电供电→逆变器供电转换操作的次数。这就需要选购具有强过载能力的不间断电源品牌。因为它可以在遇到输出端的一般性过载或启动浪涌冲击时,依靠逆变器自身的过载能力来承担短时间的过载电流,而并不需要执行逆变器供电→市电旁路供电的转换操作。这样就起到了有效的降低不间断电源故障率的作用。

三、不间断电源的使用与维护

准确的掌握性能参数,合理的使用与正确的维护不间断电源是延长其使用寿命和降低故障率的重要前提。设计正确与性能良好的不间断电源可以有效的抑制和完全消除来自市电供电系统诸如电源电压瞬时或长时间下陷、浪涌和中断;电源频率的漂移和不稳定;电源输入波形畸变;各种尖峰和噪音等异常因素的不良影响。为了提高用户的使用和维护能力,现将有关使用和维护的一般要求和注意事项进行简要的介绍。

(一) 使用与维护的一般要求

(l)不间断电源的实际可带负载量与负载的功率因数密切相关。

目前,一般的不间断电源输出功率是在功率因数为-0.8(微带电容性的负载)的条件下标定的。当负载为纯电阻性或微带电感性负载时,它的实际允许输出功率都小于其标称的输出容量。一般说来,不间断电源不宜带电感性负载。

另外,方波输出的离线式不间断电源在其处于市电供电中断,改由逆变器供电时,如果将负载量取为不间断电源额定负载的40~60%左右,还可消除50Hz方波电源输出波形中所包含的三次谐波分量。这样可以减轻开关电源中流过直流滤波电容的容性电流,从而可以防止滤波电容因长期处于过流工作状态而被损坏。有利于降低计算机开关电源的故障率。

(2)不宜在不间断电源的输出端带晶闸管负载、品闸管桥式整流型或半波整流性负载。

如果用户的负载中必须带此类负载时,应采取以下措施之一来缓和矛盾:

① 适当增加不间断电源负载中的电阻性负载所占的比重;

② 增大不间断电源的额定输出功率;

③ 在负载与不间断电源输出端之间增添输入滤波器或隔离变压器。

(3)一般情况,在线式不间断电源在使用过程中不宜“带载”开机和“带载”关机。

即在后接负载处于开启状态下,将不间断电源作为总开关来进行操作。特别是对无延迟启动功能的不间断电源,它很容易在带载启动的瞬间烧毁逆变器的末级驱动元件。这种故障更容易发生在以功率MOS管作驱动元件的不间断电源中。对于虽具有延迟启动功能,但采用晶闸管静态开关作为市电供电→逆变器供电转换部件的不间断电源来说,当市电电压偏离过大或用户电网质量很差时,也容易在带载启动时产生故障。

(4)当不间断电源工作在被严重污染的电网环境中(如其所在的电网中有大型的晶闸管负载、大的感性负载或电网电压经常处于急剧而频繁的波动状态,以及不间断电源工作在电焊机附近)时会出现以下异常:

① 由电网的零线串入的干扰而引起的不间断电源的误动作;

② 离线式不间断电源产生频繁的市电供电→逆变器供电转换;

③ 对于那些锁相同步回路具有较高的切换电压的在线式不间断电源来说,它会使同步回路反复处于市电强制同步和失锁不同步的切换状态中,从而致使从同步回路输出的脉宽调制脉冲序列产生强烈的相位摆动,严重时会造成故障。

为此,宜将不间断电源尽可能的置于电网输入前端或在不间断电源前级增设抗干扰交流稳压器。实践证明,供电质量的高低直接影响到不间断电源的故障率。

(5)在离线式不间断电源的前级不宜增添带有大电抗元件的交流稳压器(如净化电源)因为它会造成离线式不间断电源的市电供电→逆变器供电转换时间明显的增长,极有可能造成有的计算机在运行中产生错误的自检启动动作,致使正在被计算机运行的软件遭到破坏。然而,如果在在线式不间断电

源前级增添交流净化电源的话,是非常有好处的。这是因为这样可以确保不间断电源在执行市电供电→逆变器供电的同时满足同相位、同频率和同幅度的安全切换条件。

(6)在使用晶闸管静态开关的中小型不间断电中,虽采用了市电同步锁相技术,但因受成本限制,在控制电路中没有包含必要的同步转换条件判别电路,因此在实际执行市电旁路供电→逆变器供电转换操作时,可能会出现电源“反灌”现象,造成烧毁逆变器末级驱动元件或损坏静态开关。

(7)由于中小型在线式不间断电源的故障高发期在用户频繁开机或关机和不间断电源带载进行逆变器供电→市电旁路供电转换期间。因此,用户在不间断电源运行期间尽量减少开机和关机的次数。另外,在在线式不间断电源前级增设交流净化稳压器也是降低故障率的办活之一。

(8)对无输入变压器和逆变器输出变压器的不间断电源要特别注意防止市电输入电压过高和市电输入的交流极性接反。不然的话,极易造成故障的发生。因为它不能象带有隔离变压器的不间断电源那样,可以利用隔离变压器来有效的抑制来自电网的共模干扰所造成的破坏性影响。

(9)离线式不间断电源在市电供电时,它的控制电路没有短路自动保护功能。因此用户不可轻易的加大市电输入保险丝的容量。否则,一旦发生不间断电源输出短路事故,经常会造成烧毁印刷电路板上的印刷导线等严重情况。另外,正确的连接交流输入极性也是保证设备与人身安全的重要前提。

(10)对有的不间断电源来说,用户在自行外配延时电池组时,如果未安装适当的“反灌杂音”抑制装置时,或者在不间断电源主机与蓄电池组间的联线过细或过长时,可能会出现下述情况:当长延时不间断电源处于轻载运行时,似乎一切正常。然而当不间断电源处于重载运行时,它会在无任何故障先兆的情况下突然损坏。这种故障经常发生在不间断电源的负载量超过其标称容量的60%以上时,更容易发生在采取推挽驱动电路的正弦波输出的不间断电源中。此外,外配充电器应选用具有恒流和恒压特性的产品,因为一般的充电器极容易造成电池在充电初期发生过流充电,致使蓄电池的容量迅速下降,内阻增大,大大缩短了蓄电池的使用寿命。严重时,有可能连充电器本身都会烧毁。

(11)户应定期检查蓄电池的端电压和内阻,以确认电池组具有足够的实际可供使用的容量以备市电供电中断时使用,并考虑采取以下预防措施:

① 对于蓄电池长期处于只充电不放电的不间断电源来说,为防止因“储存老化”而损坏,应在每隔2~3个月,人为的中断市电供电,让不间断电源中的蓄电池放电一段时间,以达到激活电池的目的。 ② 对于不间断电源长期处于市电低压供电或频繁停电的用户来说,为了防止电池因长期充电不足而过早损坏,应充分利用供电高峰(例如在深夜)对电池充电,以保证电池在每次放电之后有足够的充电时间(电池被深度放电后,充电至其额定容量的 90%,至少需要 10~12小时左右)。

③ 非迫不得已,不要让电池被深度放电。因为蓄电池允许深度放电的次数只有200~250次左右。一般当不间断电源处于轻载工作时,即不间断电源中的电池处于小电流放电下工作,且一直被放电到不间断电源自动关机为止,就属于这种情况。

④ 对于采用恒压截止型充电回路的不间断电源来说,如果误将电池电压过低工作点调得过低时,在它的充电初期容易产生过流充电,此外,如果在充电回路的允电电流中包含有过大的交流成分(超过总充电电流的10%)时,容易造成电池损坏。这类故障的典型特征是电池的外形明显的膨胀变形。

(12)在线式不间断电源不宜在电池组接线开关断开的状态下或在电池组内阻变得很大的条件下重载运行,因为这时会在逆变器的直流输出总线上出现 100Hz(或 300Hz)的低频干扰以及频率与脉宽调制波相同的高频干扰。严重时,上述干扰的幅度会增大到足以引起逆变器误动作,从而引发故障。

(13)当不间断电源中的蓄电池的可供使用的容量被大部分放掉,且又遇到市电供电中断而由电池供电时,不应让不间断电源继续处于重载条件下运行。因为当电池放电电压将到接近电池允许的最低电压时。如果这时市电突然恢复正常供电,容易达成整流滤波器或充电器因输出电流过大而发生故障。严重时也会引起电池损坏或逆变器故障。

(14)方波输出的离线式不间断电源不能带感性负载。

以上提到的是不间断电源在使用中的一般要求。具体到某一台不间断电源的话,还会有一些特殊的和具体的使用操作规范,还应注意查阅用户手册。根紧目前的情况来看,只要用户正确操作使用,合理维护,从不间断电源本身来讲,其故障率还是很低的。

(二) 使用与维护的注意事项

(l)合理设置不间断电源的负载量

用户能否根据自己的不间断电源的工作特性而合理的配置其负载量,直接影响到不间断电源的供电质量和故障率的高低。一般来说,不间断电源既不宜长期处于满载运行,也不适宜长期处于负载过轻的状态下运行。前者容易造成不间断电源逆变器及整流滤波器损坏,后者容易造成不间断电源中的蓄电池被损坏。因此,首先要弄清不间断电源的标称输出容量与满载运行的关系。 不间断电源的额定输出容量是表示该产品能向负载提供功率值的重要参数。

各生产厂家给用户的产品说明书中的标称输出容量都是在功率因数为0.8(滞后,即微带电容性负载)的条件下给出的数值。它意味着,当不间断电源的负载功率因数为!(即纯电阻性负载)时,对于 1KVA的不间断电源来说,它只能带 0.8Kw的负载。

用户在配置不间断电源的负载量大小时,还应当考虑不间断电源的输出波形。方波输出的不间断电源所输出的50Hz方波电源的宽度和幅度都是它的负载量的函数。如果它的负载为纯阻性或微带容性的话,当它的负载量取为其额定输出容量的40%~60%左右时,其方波输出电压脉冲的宽度为 7ms,这相当于方波脉冲的导通角为 120°。这时在50Hz方波电源中所包含的三次谐波成分将变为零。相反,如果不适当的将不间断电源的负载量选为接近于空载或超过85%的额定输出容量。这时方波输出的不间断电源中所包含的三次谐波成分的幅度将大到不可忽视的程度,可能会造成使流入计算机开关电源中直流高压滤波电容中的容性电流增大,进而造成滤波电容失效和损坏开关电源中功率晶体管。同时还会造成显示器上的图形产生扭曲和抖动。

正弦波输出的不间断电源的输出波形的畸变度与它的负载量之间的关系,虽不如方波输出的不间断电源那样明显,但一般的负载量选在其额定输出容量的60%左右时,其正弦波的失真度最小。相反,当它处于过分轻载或过分重载时,其正弦波的失真度都有不同程度的增大。尤其是当不间断电源处于逆变器供电条件下重载运行时,我们往往会看到不间断电源输出的波形变成上顶部与下顶部均被削平的正弦波。此时如果又遇到电池组的放电电压接近于临界的放电电压时,不间断电源输出的正弦波还会出现周期性的涨落,这时从普通电压表上的读数就可以看出其输出电压的抖动情况。一般说来,当不间断电源处于逆变器供电状态时,不应满载或超载运行。否则,不间断电源的故障率将明显增多。另外,由于不间断电源的内阻比市电电网的内阻要大些,相对来说,如果其非线性负载成分过大,也常常会引起不间断电源输出波形发生畸变。

(2)不间断电源不宜过度轻载运行

有的用户为了追求所谓的不间断电源运行的高可靠性,主观的认为不间断电源后接负载越轻,它的故障率就越低。大量的实验数据证明,如果不间断电源长期处于过度轻载运行的状态,虽然有利于降低逆变器末级驱动功率晶体管和MOS管被损坏的概率,但却往往造成不间断电源内部的蓄电池频繁的报废。造成电池失效的主要原因是电池放电电流过小所致。这种故障表现为:不间断电源在运行一段时间后,就会发现电池组的内阻已增大到不可能再通过一般均衡充电的方法来激活的程度(处于良好工作状态的电池的内阻约为20-30mΩ)。这时,不间断电源内部的充电回路一般均无故障。主要容易发生在选型不当的长延时不间断电源系统中。

(3)不间断电源的输出端不宜带大功率晶闸管负载、晶闸管桥式整流型负载和半波整流性负载 实践证明,如果在不间断电源的输出端带有相控式的大功率晶闸管负载或半波整流性负载时(这里所说的大功率是相对于不间断电源的额定输出功率而言。若此类型负载超过不间断电源额定负载的50%以上,即属于这个范围),不间断电源的故障率会明显增加。主要表现为:逆变器未级驱动功率晶体管或MOS管被烧毁,有时还会造成蓄电池因末级驱动功率晶体管被击穿短路而被损坏。诱发上述故障的主要原因是:

① 当不间断电源输出端所带的负载为半波整流性负载,且整流器的输,出端为电阻件负载时的输出波形,这时负载只能利用不间断电源交流输出正弦波中的正半周,正半波的输出电流很大。相反,其负半波的输出电流几乎等于零。这样就造成位于不间断电源中的逆变器桥式驱动电路或推挽驱动电路中的驱动晶体管工作在严重的不对称状态。如果不间断电源的输出级采用变压器耦合驱动方式的话,还会出现因流过逆变器输出.变压器的电流呈现明显的单向性,而进一步导致变压器工作在严重的偏磁状态。这样势必会造成流过桥式或推挽驱动放大电路中一臂的电流迅速增大,从而进一步加剧了逆变器工作的不对称性,直至烧毁逆变器的功率驱动元件。

② 当不间断电源输出端带的是相控式晶闸管调压整流滤波器,且整流滤波器的负载为纯电阻性负载时, 将会带来下述问题:

a)在品闸管的珊极未出现触发脉冲前(0~t1),不间断电源输出端的电流为零。当触发脉冲在t1 时刻出现时,晶闸管突然导通致使不间断电源的输出电流由零急剧上升到一个极大值。最恶劣的情况是发生在品闸管触发脉冲的导通角为90°时。因为突然增大的输出电流此时将达到其最大峰值电流。这样的工作模式相当于用户在不间断电源的输出端按100Hz 的频率不断的进行从零负载到输出负载量的阶跃式加载和减载操作。如果让不间断电源长 期工作在这种阶跃式负载条件下,就等于将其置于极其恶劣的工作环境中,它的故障率必定是很高的。

b)在脉宽调制式的不间断电源系统中,因它的调制频率高,一般采用逆变器输出变压器的漏电感和外接的滤波电容来构成它的50Hz的滤波器,再由这个滤波器向负载提供50Hz的正弦波电源。同市电电网的内阻相比,不间断电源的内阻明显偏大。如果不间断电源的输出端带功率较大的晶闸管负载时,就会出现电压输出波形畸变,这就是常见的由晶闸管负载造成的供电电网“污染”的干扰噪音。这种干扰噪音极有可能造成不间断电源控制电路的误动作,又可能会通过逆变器输出变压器的反向耦合作用而串到逆变器的本级驱动级;从而造成它的误动作。另外,无论是输出变压器中的漏电感,还是负载中所包含的电感元件都可能会在晶闸管负载所激发出来的阶跃式电流冲击波的作用下,激励出很大的反激电动势,这种电动势势必会通过逆变器的输出变压器反向耦台到它的本级驱动功率晶体管或MOS管,严重的容易造成晶体管被二次电子击穿损坏或MOS驱动管经漏栅极寄生电容的耦合作用而造成栅极误触发,进而造成MOS管的漏源极间被击穿短路损坏。

(4)在线式不间断电源不宜在电池组未接入的条件下开机运行

在线式不间断电源不宜在蓄电池组未接入的条件下开机运行,也不宜在电池严重老化的条件下运行。如果不间断电源在上述条件下重载运行,其故障率将会相当高。在线式不间断电源在市电供电的条件下运行时,它是通过机内的整流滤波电路将50Hz的市电转换成直流高压向逆变器提供能量的。由于在线式不间断电源重载运行时,蓄电池还要承担向逆变器的直流总线提供瞬态的脉动电流以补充整流滤波器供电不足的任务,所以,这个直流总钱供电线路的驱动能力不仅与整流桥的工作电流和滤波电容的电容量大小有关,而且还与蓄电池的可供使用的容量有关。

中、小型不间断电源中所采用的正弦波脉宽调制脉冲的工作频率多为20KHz左右。根据调制脉冲的工作特性,其相邻脉冲间的最窄间隙可能只有零点几微秒。当它处于满载工作时,如果没有电池组提供能量支援,仅依靠滤波电容所储存的能量的话,是难以向逆变器提供令人满意的直流电源的。实验表明,在不间断电源的逆变器未开启运行时,用示波器观察其整流滤波器的输出端的直流总线,总是可以看到“干净”的稳定直流电源。当不间断电源处于重载时,直流总线上就会出现脉动直流电源上叠加低频脉动电压和高频干扰电压。如果我们用电流互感器来监视不间断电源中的蓄电池与整流滤波器输出端间的直流干线间连线中的电流,就会发现有相当可观的脉动电流在流动。正是蓄电池的这种瞬时“补流”作用,在很大程度上“平滑”了整流滤波器的直流电源输出的波动特性。假如把不间断电源中的蓄电池组与整流滤波器之间的连线断开,叠加在整流滤波器输出端直流电源上的低频脉动分量就会显著增大,严重的会造成不间断电源的逆变器的输出电压不稳,甚至还会伴有逆变器输出变压器产生异常声响。这时,若不及时关机,很容易造成逆变器本级驱动功率晶体管被烧毁。目前,一般的不间断电源都将电池开关功能隐含在开启逆变器的操作中,除非用户故意将电池组连线断开,一般是不会

出现只靠整流滤波器向逆变器提供能量的局面。即使这样,还是要提醒用户,因电池组的内阻过分增大而降低逆变器提供高质量直流电源的现象还是可能出现,在开启不间断电源时,应当注意观察电池组连接情况。

(5)无延迟功能的在线式不间断电源不宜带载启动

所谓带载启动是指不间断电源后接负载处于开启状态下去启动不间断电源。目前,绝大多数离线式不间断电源都没有延迟启动功能。即当在开启这类不间断电源时,即便是在有市电供电的条件下,它也是由不间断电源中的逆变器抢先工作几秒钟,然后再转到市电供电状态。而对不具备延迟启动功能的在线式不间断电源来说,一旦它被启动后,逆变器就立即开始工作。这时如果是带载启动的话,其故障发生率高达40~50%左右。其主要是由于下列原因造成的:

① 不间断电源在刚启动的瞬间,机内各控制线路并未进入稳定状态;

② 负载在启动时产生的浪涌电流极易造成不间断电源进入瞬态过流启动状态。

同时还应该特别指出的是,在线式不间断电源也不宜于带载关机。这是因为一般不间断电源的关机控制是通过关掉机内电流辅助电源或末级驱动管的触发调制脉冲的办法来实现。当不间断电源处于带载关机时(尤其是所带负载中含有重载的电抗性负效时),虽然这时加到未级驱动功率晶体管或功率MOS管的触发控制信号已消失,但流过晶体管的电流并个能立即消失。这就意味着在关机的瞬间这些功放管并未完全关断。此时,如果电抗性负载(尤其是电感性负载)所反激形成的干扰电压通过逆变器输出变压器反向耦台回来的话,极易造成末级驱动晶体管被损坏。

(6)在配置长延时不间断电源的电池供电系统时应注意的问题

在配置长远时不间断电源的电池供电系统时,应注意解决好如下问题:

a) 在不间断电源的逆变器的直流输入回路中设置适当的“反灌噪音”抑制装置;

b) 外接电池组至不间断电源主机间的连线应尽可能的短和尽可能的粗;

c) 外接充电器应采用同时具有恒流和恒压充电特性的控制电路。当电池处于最大恒流充电状态时,充电电流中所包含的交流脉动电流成分一般应控制在总的平均充电电流的10%以内,即在直流充电电流中所包含的交流脉动成分不能大。恒压充电器容易造成蓄电池内阻迅速增大,使电池使用寿命明显缩短。

d) 当不间断电源处于由外接电池组向逆变器提供能量的逆变器供电状态时,电池放电电流不能过小。否则,会造成电池使用寿命的反常缩短和电池内阻的反常增大。

在供电没有保障的地区,有的用户为保证在市电供电停电期间维持工作而将目前市售的不间断电源(单机不间断电源的标准的电池供电时间为12~15分钟左右)改装成长延时不间断电源(电池供电时间为2、4或8小时等)。在进行上述改装时,有的用户往往只注意如何选配附加的充电器及蓄电池容

量,而忽视了有些不间断电源未增设反灌噪音抑制电路(虽然有些不间断电源的后面板上留有外援电池组的接口,但不能就此证明该机一定具备可外配电池而不会出现故障的能力)。如果用户选用的是一种没有配备这种噪音抑制装置的不间断电源,往往会酿成事故。其故障表现为:改装后的设备在所带负载较轻时(如外接负载在不间断电源的额定输出容量的40%以下时),从表面上看,不间断电源的工作一直正常。如果逐渐增加外接负载时,特别是当负载加至额定输出容量的60%以上时,就会发生不间断电源逆变器中的末级驱动功率晶体管或功率MOS管突然被莫名其妙的烧毁。这就是由于出现在逆变器的直流输入总线上的“反灌噪音”过大造成的。该“反灌噪音”可通过两条途径影响不间断电源的正常工作:

① 通过逆变器的直流电源供电回路反串到逆变器的驱动级,容易造成末级驱动功率晶体管等元件被二次电子击穿或过压击穿。对MOS管来说,则通过漏栅极间的寄生电容串入栅极回路,造成MOS管的漏源极间短路击穿。

② 通过不间断电源内部的直流辅助电源回路而直接影响控制电路的正常运转。其后果是造成脉宽调制控制误动作。

同时,还应当指出,当用户在外加大容量蓄电池时,必然要外接两根长度相当可观的通向不间断电源主机的直流连线。此外,电池组各单元电池间的内部连线也相当可观。我们知道,当不间断电源尚未开始工作时,电池组中各单元间的内部连线及从电池组到不间断电源主机间的连线可以被看成是一条普通的直流连线。但是,一旦不间断电源的逆变器被启动后,上述这些连线就应当被看成是一条具有相当自感量和一个很小电阻的并联RL回路。显然,它在具有频率为20KHz的高频脉动电流的作用下,必然会在这条RL回路上激发出20KHz的高频干扰电压。这是因为由于流过这条回路的脉动电流是随不间断电源输出端负载的增大而增大。这样以来,在这条RL回路上所激发出的自感电动势L=L(di/dt) 将会随(di/dt)的增大而增大。这种作用势必会进一步加大出现在电池组直流通道上的高频干扰电压的幅度,从而造成这种高频干扰电压随不间断电源的外接负载量增大而增大的局面。当这一高频干扰电压的幅度超过晶体管的击穿电压时,将导致晶体管被损坏。同样,对MOS功率管来说,当高频干扰电压幅度过大时,通过MOS管的漏极与栅极间的寄生电容耦台到栅极的干扰电压将大到足以引入MOS管误导通状态,其结果多半是MOS管的漏极与源极间被击穿短路。基于上述考虑,用户在外接大容量电池组时,一般应在外接电池 与不间断电源主机的电池入口处增设一个“反灌噪音”滤波器用以抑制反灌噪音。同时,用户也应在条件许可的情况下,尽量缩短外接蓄电池组的连线长度和增大连线的截面积,以达到尽可能的降低连线的自感量的目的,从而最终降低“反灌噪音”的幅度。

最后,特别提醒用户应注意:

① 用户在选购长延时不间断电源时,为提高蓄电池的使用寿命和它的有效可供使用的容量,应要求厂家提供同时具有恒流和恒压特性的充电器。尽量避免使用一般的恒压充电器,因为它容易造成电池在充电初期被过流充电,影响电池的使用寿命。如有可能,也应尽量不使用具有恒压截止型输出特性的充电器。因为它容易因用户在偶然误操作时,而引起电池充电电流过大。如果遇到这种过流充电时,容易造成该充电器“反常压降”输出,致使电池因长期充电不足而提早报废。

② 用户在选购电池充电器时,还需注意在极限充电状态时从充电器输出的直流电源中所包括的脉动交流成分不能太大,否则,很容易造成电池瞬间过压充电。其故障现象是:电池的外壳明显膨胀变形而向外鼓起。电池一旦发生这种情况时,只好报废处理。

以上这两点往往容易被不太熟悉的用户所忽视。因为在多数情况下,电池的内在性恶化(如电池内阻的加速增大和电池可供使用的容量的反常下降),不容易被直观的检查出来。如果我们仅从电池是否重新被充电至它的标称电压值(如 12V),则难以判断出充电器质量的优劣和它对电池性能的影响。

四、不间断电源的发展趋势

由于传统的不间断电源存在着输入输出变压器和用于消除高次谐波的输出滤波器的体积大,变压器和电感产生的音频噪声即对市电和负载变化的动态响应性能较差等缺点。为了提高不间断电源的性能,减小其体积。从发展趋势来看,对小容量的不间断电源主要是实现高频化。就是采用高频变压器、高频逆变器和整流充电器来达到其目的;对于大容量的不间断电源来说,其发展趋势应当是逐步实现智能化。也就是要采用先进的计算机技术,使不间断电源装置智能化。

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