不间断电源UPS系统应用与维护

一、UPS电源的分类与特点

不间断电源UPS(UninterruptiblePowerSystem),是一种含有储能装置,以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。

UPS电源种类很多,一般为静态变换式,分为后备式、在线式、在线互动式三大类,最常用的是在线式UPS。在线式UPS电源有市电输入时以“交流电一整流一逆变器”方式向负载供电,同时向机内电池充电;当市电中断时,即以“蓄电池逆变器”逆变转换的方极方式向负载提供220V交流电源。其特点是真正实现了对负载的无干扰稳压供电,由市电供电到蓄电池供电零时间切换,使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS效率、功率因数、转换时间、输出电压、频率范围等都是表征UPS性能的重要参数。总的来说,在线式UPS几乎可以解决所有的常见电力问题。

二、UPS电源使用的必要性

公共电网中一些较大的感性、容性、开关电源等负载会造成电网电压波形畸变或频率漂移,恶化电网的供电品质,意外的自然和人为事故,如地震、雷击、输变电系统断路或短路,也会影响负载的正常工作。据测试,电网中经常发生并且对电脑和精密仪器产生干扰或破坏的问题主要有电涌、高压尖脉冲、暂态过电压、电压下陷、电线噪声、频率偏移、断电等等。

计算机对电源的要求较高,尤其是内存,如果非正常断电,内存中的信息来不及保存到硬盘等存储设备上,会造成信息丢失或变得不完整而失去价值,浪费大量的工作精力和时间,甚至造成巨大的经济损失,像UNIX这样的操作系统,如内存中的系统信息没有回写到硬盘上,还可能造成系统崩溃。电脑中硬盘虽是磁存储介质,不因断电而损失信息,但突然的电力故障会使正在进行读写工作的硬盘物理磁头损坏,或者系统文件在维护文件系统时,造成文件分配表错误,而造成整个硬盘数据丢失。现存的操作系统大都设置虚拟内存,由于突然的断电,使系统来不及取消虚拟内存,从而造成硬盘中的“信息碎片”,不仅浪费了硬盘存储空间,还会导致机器运行缓慢。

电脑电源是一种整流电源,过高的电压可能会造成整流器烧毁。电压尖脉冲和管态过电压以及电源杂讯等干扰都可能通过整流器进入主机板,影响机器的正常工作,甚至烧毁主机线路。随着计算机和网络的广泛应用,安全可靠的电源已是计算机管理人员必须认真面对的重要问题。

三、UPS的选择

不是所有的电器设备都需要使用UPS,在选择UPS时,主要应考虑负载大小、负载的特性及重要程度以及放电时间。

(一)负载的特性。电脑及其外围设备多为带容性的整流性负载,启动时都有冲击电流,即使是在正常运行时,其电流的峰值也有其有效值的23倍,因此在选用UPS时应考虑到这一特性,给UPS留一定的余量。

(二)负载大小与UPS容量计算。电脑设备负载功率因数在0.65――0.7之间,可将各个负载的额定功率矢量累加求出总功率,UPS容量按以下公式选择:UPS容量≥负载容量/0.8

即考虑到负载启动的冲击电流,负载容量应为UPS额定容量的80%以下。

(三)放电时间的配置。一般长效型UPS备用时间主要受电池成本、安装空间以及电池回充时问等因素的限制。在电力环境较差,停电较为频繁的地区采用UPS与发电机配合供电的方式。停电时,先由UPS电池供电,如停电时间较长,可以启动备用发电机对UPS继续供电,当市电恢复时再切换到市电供电。

(四)电池供电时间计算。电池供电时间主要受负载大小、电池容量、环境温度、电池放电截止电压等因素影响。UPS电池供电时间,可先计算出电池放电电流,然后根据电池放电曲线查出其放电时间。

电池放电电流可以按经验公式计算:

放电电流=UPS容量(VA)×功率因数/电池放电平均电压×效率;

如要计算实际负载放电时间,只需将UPS容置换为实际负载容量即可。

四、UPS的工作原理

(一)AC-DC变换:将电网来的交流电经自耦变压器降压、全波整流、滤波变为直流电压,供给逆变电路。AC-DC输入有软启动电路,可避免开机时对电网的冲击。

(二)DC-AC逆变电路:采用大功率IGBT模块全桥逆变电路,具有很大的功率富余量,在输出动态范围内输出阻抗特别小,具有快速响应特性。由于采用高频调制限流技术,及快速短路保护技术,使逆变器无论是供电电压瞬变还是负载冲击或短路,均可安全可靠地工作。

(三)控制驱动:控制驱动是完成整机功能控制的核心,它除了提供检测、保护、同步以及各种开关和显示驱动信号外,还完成SPWM正弦脉宽调制的控制,由于采用静态和动态双重电压反馈。极大地改善了逆变器的动态特性和稳定性。不间断电源工作原理框图下图所示。

五、UPS的安装

UPS安装质量好坏直接影响到UPS系统今后的长期运行,因此UPS从规划到安装过程都应该规范。主要考虑以下几方面因素:电网情况、负载容量及特性、使用环境、接地情况、配线及开关容量等。

(一)电网情况。主要包括电网电压波动范围、停电频率等已确定UPS备用时间的配备。如有必要可以在UPS前级增设其他保护措施。使用UPS电源时,应务必遵守厂家的产品说明书有关规定,保证所接的火线、零线、地线符合要求,不得随意改变其相互的顺序。

(二)使用环境。UPS电源的使用环境应避免阳光直射,并留有足够的通风空间,利于散热,保证UPS进行维护时,工程人员有一定的施展空问。温度要求为0℃-40℃,湿度要求为10%-90%,周围环境要保持清洁,以减少有害灰尘对UPS内部线路的腐蚀,UPS长延时配置时,电池较重,应考虑地板单位面积承重问题。

(三)接地情况。为了确保电脑系统稳定可靠工作,防止寄生电容耦合干扰,保护设备及人身安全,因此必须要有良好的接地系统,一般接地电阻小于4Ω较为理想。