不間斷電源UPS的工作原理及其維護(hù)分析

不間斷電源UPS的工作原理及其維護(hù)分析摘要：不間斷電源（UPS）作為組成供電系統(tǒng)的重要設(shè)備，一是當(dāng)正常交流供電出現(xiàn)中斷時，從蓄電池中輸出的直流通過逆變器轉(zhuǎn)變成交流持續(xù)供電重要設(shè)備；二是通過過整流濾波電路輸出高品質(zhì)電能供電重要設(shè)備，該系統(tǒng)運(yùn)行的安全與穩(wěn)定在一定程度上可以確保整個輸氣站場一級負(fù)荷的安全運(yùn)行。因此，強(qiáng)化對不間斷電源的工作原理及其維護(hù)的研究非常有必要。本文主要介紹不間斷電源UPS的基本結(jié)構(gòu)組成、基本工作原理與維護(hù)途徑。關(guān)鍵詞：UPS；工作原理；維護(hù)UPS的基本結(jié)構(gòu)組成及應(yīng)用類型1?1UPS的基本結(jié)構(gòu)組成不間斷電源UPS主要由整流器、逆變器、旁路開關(guān)、蓄電池4大部分共同組成。首先是整流器，它能夠提供交流轉(zhuǎn)直流電源功能服務(wù)，可應(yīng)用于后續(xù)的蓄電池與逆變器功能過程中。整流器的性能指標(biāo)能夠直接影響到UPS的電源輸入指標(biāo)，就這一點(diǎn)來講它起到兩點(diǎn)作用：第一，在將交流電整流轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姴⑦M(jìn)行濾波處理后還會為負(fù)載設(shè)備或逆變器供給電能；第二可為蓄電池提供充電電壓，作用類似于充電器。在整流器中一般會用到高頻開關(guān)配合可控硅，它伴隨外接電源的變化合理控制電源電能輸出幅值，可為設(shè)備后端輸出幅值相對穩(wěn)定的直流電源電能。其次是逆變器，逆變器中包含上級直流電源部分，即蓄電池與整流器，二者均可轉(zhuǎn)變成為交流電源。另外，逆變器中還包含逆變橋、濾波電路以及控制邏輯電路。逆變器的最大作用就是將市電經(jīng)過整流轉(zhuǎn)變?yōu)楦臃€(wěn)定的直流電或蓄電池儲存直流電能源，或是轉(zhuǎn)變形成波形更加穩(wěn)定的交流電。旁路開關(guān)，它能提升UPS的工作安全可靠性，且能承載一定的負(fù)載、過載和短路。在UPS中，旁路開關(guān)通過逆變器自動切換旁路，可產(chǎn)生超過IGBT管1.25倍的過載電流。實(shí)際上，它加大了電氣設(shè)備的保護(hù)上限，能夠避免由于電流過載所導(dǎo)致的設(shè)備短路損壞問題。所以，旁路開關(guān)是能夠通過自動切換有逆變器進(jìn)行持續(xù)供電的。最后是蓄電池，蓄電池中可儲存UPS電能，它的容量大小決定了應(yīng)急供電的具體時間。在市電電壓穩(wěn)定供應(yīng)期間，UPS通過整流器將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能再儲存到蓄電池中。當(dāng)市電斷電或出現(xiàn)異常波動時，蓄電池中的所有化學(xué)能會轉(zhuǎn)化為后端負(fù)載設(shè)備電能為電氣設(shè)備提供充足電源。1.2UPS的常見應(yīng)用類型UPS的常見應(yīng)用類型包括后備式UPS、在線式UPS兩大類。其中，在線式UPS中還包括三端口UPS、串聯(lián)型在線式UPS兩類。本文以串聯(lián)型在線式UPS為例進(jìn)行介紹，它主要以交流電作為主要輸入形式，它的濾波設(shè)備會對外電部分造成一定干擾，所以必須對外電部分加以優(yōu)化處理。在經(jīng)過整流濾波處理后，要保證電池組與逆變器始終處于正常充電狀態(tài)，換言之，逆變器主要通過交流電將相對穩(wěn)定的電壓與電頻輸入到負(fù)載項(xiàng)。如果外電部分出現(xiàn)故障無法正常運(yùn)行，則串聯(lián)型在線式UPS中的逆變器就會對蓄電池的電壓類型進(jìn)行處理，通過負(fù)載獲取交流電,如此可避免斷電現(xiàn)象出現(xiàn)。UPS基本工作原理2.1市電工作模式（正常模式）在市電模式下，市電輸入經(jīng)過整流模塊變成直流并濾波后，一方面經(jīng)過逆變器輸出交流電給負(fù)載供電，另一方面給電池進(jìn)行充電。此時旁路輸入處于備用狀態(tài)。

BBlAUXMAINSMAINSOUT2.2BBlAUXMAINSMAINSOUT2.2電池工作模式（放電模式）當(dāng)市電輸入出現(xiàn)異常，系統(tǒng)自動無間斷切換到電池工作模式，由電池通過逆變器模塊輸出交流電給負(fù)載供電，此時旁路處于備用狀態(tài)。如果市電恢復(fù)正常自動切換到市電工作模式。AUXMAINS2.3靜態(tài)旁路工作模式當(dāng)市電停電，電池放完電，自動切靜態(tài)旁路工作，市電來電后自動切到市電模式；或者當(dāng)逆變器故障，也會自動切到靜態(tài)旁路供電。OUTAUXMAINS|OUTAUXMAINS|2.4手動旁路工作模式當(dāng)對UPS進(jìn)行維護(hù)或者維修的時候，不希望對負(fù)載進(jìn)行停電的一種操作模式,在手動旁路工作狀態(tài)下把UPS的手動旁路開關(guān)閉合后，將輸出開關(guān)、輸入開關(guān)、旁路輸入開關(guān)和電池開關(guān)斷開，UPS內(nèi)部不帶電，只有輸入輸出端子帶電，此步UPS的維護(hù)要點(diǎn)分析針對UPS的日常運(yùn)行維護(hù)要點(diǎn)要基于多點(diǎn)展開，例如：針對它的主機(jī)部分與蓄電池部分展開維護(hù)，同時要關(guān)注UPS日常維護(hù)中的某些注意要點(diǎn)。3.1UPS日常使用環(huán)境條件的營造電源是電氣設(shè)備生產(chǎn)的命脈，所以，某些大型工廠或企業(yè)在使用UPS電源時一定要首先為其營造安全可靠的日常使用環(huán)境條件，具體來講就包括以下幾點(diǎn)。首先，要保證UPS被安裝在相對干燥、涼爽、清潔的環(huán)境中。例如：在某些閥控式密封蓄電池機(jī)房中就要相應(yīng)配置通風(fēng)換氣裝置，確保UPS蓄電池?fù)碛辛己玫墓ぷ鳝h(huán)境。具體來講，要保證機(jī)房環(huán)境溫度被始終控制保持在10?25°c范圍內(nèi)，且適度要控制在20%?70%。其次，要定期檢查、記錄UPS控制面板中的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，爭取在第一時間發(fā)現(xiàn)UPS異常狀態(tài)，有效消除故障隱患問題。再次，對并聯(lián)冗余系統(tǒng)中所存在負(fù)載均分并機(jī)運(yùn)行方式進(jìn)行系統(tǒng)性分析，主要通過它來測試并機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性與穩(wěn)定性。如果UPS以熱備份方式在系統(tǒng)中運(yùn)行，則需要提前進(jìn)行備機(jī)帶載試驗(yàn)。3.2對UPS主機(jī)系統(tǒng)的維護(hù)UPS電源主機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行存在較為繁瑣的技術(shù)需求，對環(huán)境條件要求也相對較高，例如：在恒溫恒濕且絕對清潔的機(jī)房條件下才能保持其運(yùn)行穩(wěn)定。另外，對UPS主機(jī)系統(tǒng)的儲能電池溫度也會提出較高要求，一般最佳溫度范圍應(yīng)該控制在20?25c。一方面，考慮到UPS正常運(yùn)行工作過程中，其主機(jī)中的內(nèi)置參數(shù)無法進(jìn)行隨意更改，尤其是電池組參數(shù)無法更改（更改會導(dǎo)致UPS主機(jī)使用周期縮短），所以一旦出現(xiàn)溫濕度環(huán)境變化情況時需要對設(shè)備主機(jī)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，將其運(yùn)行最佳溫度調(diào)整到25°C為最佳。如果電氣設(shè)備呈現(xiàn)斷電狀態(tài)，則要保證UPS不能帶載工作，更不能在該情況下帶載開機(jī)啟動，正確方法是通過后再副段進(jìn)行線下處理，直到UPS正常啟動才能實(shí)施逐步加載運(yùn)行。另一方面，考慮到在線式UPS是存在負(fù)載端啟動后出現(xiàn)沖擊電流這一特征的，所以應(yīng)該在負(fù)載未下線的情況下就啟動UPS,避免UPS電源發(fā)生過載狀況，也能保護(hù)逆變器不受損壞。3.3對蓄電池的維護(hù)針對蓄電池的維護(hù)需要更加細(xì)致深入，因?yàn)楸ＷC蓄電池安全穩(wěn)定才能為整個UPS系統(tǒng)提供穩(wěn)壓穩(wěn)頻。如果發(fā)生市電異常情況，則需要快速將蓄電池中的化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為電能，再輸出到后端負(fù)載設(shè)備中，確保設(shè)備長期穩(wěn)定運(yùn)行。再者，結(jié)合對UPS設(shè)備系統(tǒng)的實(shí)際維護(hù)狀況分析，一般UPS中的電源故障都與蓄電池存在直接關(guān)系，說明蓄電池是影響UPS系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量的關(guān)鍵。如蓄電池容量不足、前后端電壓不足、瞬間放電電流無法有效控制都可能導(dǎo)致蓄電池出現(xiàn)問題，無法實(shí)現(xiàn)對負(fù)載的有效啟動。結(jié)合上述問題，對UPS蓄電池的維護(hù)一定要做好每個季度一次的核對性放電試驗(yàn)，具體放電時間主要根據(jù)蓄電池的容量與負(fù)載大小來確定，一般可將放出的額定容量控制在30%?40%。舉個例子，針對單體容量為12V的蓄電池，需要保證做到3年一次的容量試驗(yàn)；而對于單體容量為6V和12V的蓄電池則需要保證做到1年一次的容量試驗(yàn)，即在一次全負(fù)荷放電后，再按照規(guī)定充電8小時以上。針對蓄電池的自檢參數(shù)記錄一般為每季度一次，這些數(shù)據(jù)可被視為是蓄電池的核對性放電試驗(yàn)參數(shù)，可用它來定性分析電池狀態(tài)。結(jié)語不間斷電源UPS系統(tǒng)運(yùn)行理念特殊，作為電氣設(shè)備的基礎(chǔ)性電能保障系統(tǒng)，它具有復(fù)雜的組成部分與不盡相同的運(yùn)行機(jī)制。因此，針對UPS系統(tǒng)的理論分析與日常維護(hù)工作必不可少，要從其工作原理與工作狀態(tài)上分析理解其優(yōu)缺點(diǎn)