淺談UPS（不間斷電源）的工作原理及一般維護

樊江華

（民航甘肅空管分局，甘肅 蘭州 730000）

1 UPS供電系統(tǒng)的工作原理

UPS（Uninterruptible Power System）即不間斷電源，是連接在輸入電源和負載之間，為重要負載提供不受電網(wǎng)干擾、穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的電力供應(yīng)的電源設(shè)備，是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源。當市電輸入正常時，UPS將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負載使用，此時的UPS就是一臺交流市電穩(wěn)壓器，同時它還向機內(nèi)電池充電；在市電掉電后，UPS可將電池能量逆變給負載，繼續(xù)提供一段時間供電。

2 UPS供電系統(tǒng)組成

UPS系統(tǒng)主要包括由整流模塊（REC）和逆變塊（INV）組成的ACDC-AC變換主回路、由反向并聯(lián)的可控硅組成的旁路靜態(tài)開關(guān)、維修旁路空開Q3BP、輸出隔離變壓器和逆變靜態(tài)開關(guān)、蓄電池組以及輸入Q1/輸出空開Q5等。

其中，空氣斷路器Q1控制主路交流電源輸入，整流模塊將交流電源變成直流電源，逆變模塊進行DC/AC變換，將整流模塊和蓄電池提供的直流電源變換成交流電源，經(jīng)過隔離變壓器輸出。蓄電池組在交流停電時通過逆變向負載供電。輸入電源也可以通過旁路靜態(tài)開關(guān)從旁路回路向負載供電。另外，要求對負載供電不間斷而對UPS內(nèi)部進行維修時，可使用維修旁路開關(guān)Q3BP。

3 工作模式

3.1 正常工作模式

在主路市電正常時，UPS一方面通過整流器、逆變器給負載提供高品質(zhì)交流電源；另一方面通過整流器為電池充電，將能量儲存在電池中。

3.2 電池工作模式

當主路市電異常時，系統(tǒng)自動無間斷地切換到電池工作模式，由電池通過逆變器輸出交流電向負載供電。市電恢復(fù)后系統(tǒng)自動無間斷地恢復(fù)到正常工作模式。

3.3 旁路工作模式

旁路工作方式有兩種，一種能自動恢復(fù)到正常工作模式；另一種需人工干預(yù)才能回到正常工作模式。

在逆變器過載延時時間到、逆變器受大負載沖擊等情況下，系統(tǒng)自動無間斷切換到靜態(tài)旁路電源向負載供電。過載消除后，系統(tǒng)自動恢復(fù)正常供電方式。當用戶關(guān)機，或主路市電異常且電池儲能耗盡，或發(fā)生嚴重故障等情況下，逆變器關(guān)閉，系統(tǒng)會切換并停留在旁路工作模式。此后若需恢復(fù)到正常工作模式，則需要重新開機。

3.4 維修工作模式

對UPS系統(tǒng)及電池進行全面檢修或設(shè)備故障維修時，可以通過閉合維護開關(guān)Q3BP，將負載轉(zhuǎn)向維修旁路直接供電，以實現(xiàn)對負載不停電維護。維修時需要斷開UPS內(nèi)部的主路輸入開關(guān)Q1、旁路輸入開關(guān)Q2和電池輸入開關(guān)QF1以及輸出開關(guān)Q5，實現(xiàn)UPS內(nèi)部不帶電而對負載仍然維持供電的維修工作模式。

3.5 并機工作模式

多臺UPS（最多8臺）在冗余并機或擴容并聯(lián)的工作方式時，各臺UPS之間自動均分負載，如果其中一臺UPS出現(xiàn)故障，該臺UPS自動退出運行，剩余UPS均分負載；如果系統(tǒng)過載，則整個UPS系統(tǒng)轉(zhuǎn)旁路運行。并機工作又有正常工作模式、電池工作模式、旁路供電模式、維修工作模式和聯(lián)合供電模式等多種工作模式。

4 功能元件介紹

4.1 整流器

1）功能

將市電AC電源轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的DC電源（直流穩(wěn)壓電源），輸送足夠能量供給逆變器帶負載和給電池充電。

2）主要組成

整流橋 中/小容量UPS采用二極管、IGBT

中/大容量UPS采用SCR、IGBT

DC濾波電容

PFC功率因數(shù)校正電路(Power Factor Correction)

4.2 逆變器

1）功能

把整流器或電池送來的DC電源變換成電壓穩(wěn)定（額定值±1%），頻率穩(wěn)定（額定值±1-2%，本機振蕩精度可達額定值±0.05%），諧波含量少（THD＜5%，在峰值因數(shù)為3：1），干凈的再生正弦波AC電源供給負載。允許DCV變化范圍：320V-490V。

2）主要組成

IGBT三相逆變橋

AC輸出濾波電容

輸出變壓器

控制邏輯電路

4.3 手動維修旁路

1）功能

為在不中斷負載電源情況下，檢修UPS；輔助觸點發(fā)出信號，禁止逆變器啟動。

2）主要組成

加鎖的手動開關(guān)。

4.4 電池

1）功能

當市電中斷或超限時，供給逆變器能量（DC電源）；保證負載電源不會中斷。

2）主要組成

閥控鉛酸電池（VRLA）——全密封免維護電池

電池柜或電池架

電池開關(guān)

安裝在電池柜內(nèi)或電池房內(nèi)溫度傳感器（選裝）

5 維護與維修

UPS內(nèi)部的元器件除了冷卻風(fēng)扇在轉(zhuǎn)動，其他都是靜止的。日常維護內(nèi)容非常少，由于UPS的正常運行受環(huán)境影響較大，因此在日常維護中需注意保證滿足UPS運行的環(huán)境要求。

5.1 日檢

1）檢查控制面板：確認所有LED指示正常，液晶屏顯示的所有參數(shù)正常，面板上沒有報警；

2）檢查機柜內(nèi)各風(fēng)扇輸出處無明顯的高溫；

3）有無異常噪聲；

4）確認通風(fēng)柵格無阻塞；

5）檢查所有風(fēng)機是否運行正常，確認有風(fēng)從機內(nèi)吹出。風(fēng)扇在連續(xù)運轉(zhuǎn)下的預(yù)期工作時間一般為20000～40000小時，在高溫環(huán)境下使用風(fēng)扇壽命會縮短。

5.2 周檢（周期可根據(jù)使用單位實際情況調(diào)整）

1）測量并記錄輸入電壓/電流；

2）測量并記錄電池充電電壓/電流；

3）測量并記錄UPS輸出電壓/各相電流，并同以前值進行比較。

5.3 年檢（周期可根據(jù)使用單位實際情況調(diào)整）

1）關(guān)斷UPS，將負載轉(zhuǎn)到維修旁路供電；

2）斷開UPS的市電輸入開關(guān)和電池開關(guān)；

3）確信UPS整流器輸入端、電池連接端、輸出端和旁路輸入端沒有電壓；

4）打開UPS門板和內(nèi)部的保護蓋板；

5）檢查UPS功率器件和輔助器件，特別注意以下幾部分：

電容——檢查漏液、變形等

磁性元件——檢查過溫痕跡、緊固程度及有無裂痕

電纜和連接端——檢查電纜老化、磨損和過溫痕跡，檢查印刷電路板接頭須牢固

印刷電路板——檢查清潔度和完整性

6）用吸塵器吸去表面雜質(zhì)，用低壓空氣吹去外部碎屑；

7）重新合上UPS的市電輸入，按照UPS啟動步驟啟動UPS，將負載轉(zhuǎn)到由逆變器供電；

8）如有必要，斷開主路輸入開關(guān)（Q1），檢查電池后備時間，當電池電壓下降至比放電終止電壓高15V時合上整流器輸入開關(guān)（Q1），記錄下UPS的后備時間。

6 結(jié)束語

由于供電系統(tǒng)是基礎(chǔ)性的保障系統(tǒng)，而UPS電源則是供電系統(tǒng)最關(guān)鍵的部件，它的可靠與否直接關(guān)系到負載的可靠運行。所以細致全面做好UPS系統(tǒng)日常維護工作是避免出現(xiàn)這些問題的最佳手段。

［1］艾默生.UL33 系列 UPS 用戶手冊[Z].

［2］張乃國.UPS 供電系統(tǒng)應(yīng)用手冊[M].電子工業(yè)出版社,2003,8.

［3］周志敏,等.UPS 實用技術(shù)—應(yīng)用于維護[M].人民郵電出版社,2003,11.