UPS不间断电源设计（精选11篇）
UPS不间断电源设计 第1篇
1 如何设计UPS电源系统
1.1 概述
UPS电源又称不间断电源, 它能在市电突然中断时在一段时间内保证提供稳定的电力, 确保播出设备的正常工作。因此在广播电视行业得到了广泛使用, 尤其在广播电视播出机房和广播电视卫星地球站更是必不可少的设备。为了更好地使用UPS电源, 有必要了解其工作原理、使用及维护情况。
(1) UPS电源的组成。
UPS电源主要分两大部分, 主机和蓄电池。主机再细分则由三个主要部分组成:整流、逆变换、开关控制。它的工作流程是交流转直流, 直流再转交流, 即AD-DC-AC。整流器将输入的交流电转换成直流电向蓄电池充电以及为逆变器供电UPS电源的稳压功能通常是由整流器完成的, 整流器件采用可控硅或高频开关整流器, 本身具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能, 从而当外电发生变化时 (该变化应在系统要求范围内) , 输出幅度基本不变的整流电压。逆变换器将直流电转成交流电, 输出电源频率的稳定则由逆变换器来完成, 频率稳定度取决于逆变换器震荡频率的稳定程度。
(2) UPS电源的工作原理。
在一个UPS电源中, 是依靠蓄电池储能, 蓄电池可以说是这个电源系统的支柱UPS电源之所以能够实现不间断电, 就是因为有了蓄电池, 在市电中断时, 逆变换器能将蓄电池的电能转换成交流电能输出去, 逆变器能将蓄电池的电能转换成交流电能输出送出去, 为其他用电设备继续提供电力。蓄电池除具有以直流电的形式储存电能的功能外, 对整流器来说就像接了一只大容量电容器, 其等效容量的大小, 与蓄电池容量大小成正比。我们知道电容两端的电压是不能突变的, 即可以利用蓄电池对整流器输出中含有的脉冲的抑制性和平滑性消除脉冲干扰, 起到了电源净化功能。UPS电源额定输出功率的大小主要取决于主机部分, 但也与负载性质有关, 因为UPS电源对不同性质的负载驱动能力不同, 一般负载功率应不大于UPS电源额定功率的70%。选择蓄电池容量时应根据负载功率和提供后备电力时间的长短而定, 这些因素各单位情况不尽相同, 要综合考虑。要注意的是由于蓄电池的容量会随着使用时间的增加逐渐降低, 因此选择时必须保留一定的余量。开关控制则包含逆变换器输出静态开关、旁路静态开关、维修旁路开关。
1.2 计算器电池的工作时间
蓄电池的基本参数:电压 (2 V、6 V、12V) 容量 (65AH、100AH等) 在实践过程中, 我们总结出下面的公式, 可以计算出蓄电池的工作时间:蓄电池组容量电压/主机额定功率0.75 (功率因数) =满载时蓄电池工作时间例如我们的UPS系统, 主机额定工作功率6500W, 3个电池组电压=12V10=120V电池组容量=100AH3=300AH该系统满载时蓄电池工作时间为:300AH120V/6500W0.75=7.4小时说明该系统在断电时蓄电池至少可以工作7.4小时。以实际负载功率计算:300AH120V/4500W=8小时。
我们的前端UPS系统在断电时, 最多坚持8个小时, 此结果经过我们多次放电实验, 证明是正确的。上述公式如果反推, 根据当地实际情况, 确定蓄电池所需要的工作时间, 就可以决定所需的蓄电池容量和电压。
1.3 配线选择
合理选择配线是很重要的, 线径太细, 电流太大, 容易发热而引起火灾;线径太粗, 则造成浪费。根据金属导线的电气特性, 一般多股铜芯线容量为6A/mm, 铝线容量为4A/mm, 确定主机功率后, 可以参考下表选择配线和空气开关。
1.4 选择品牌
在购买UPS电源时, 应主要考虑下列因素:输入电压范围、输出电压范围、输出频率范围、旁路逆变零切换以及抗突波、干扰、谐波失真的能力, 另外, 售后服务也很重要。大量实践证明, 如果UPS输出端的零线对地线的“干扰”电位过高, 会导致计算机网络的数据通讯的误码率增高, 如果使用高频机型, 由于高频辐射, 它会对计算机网络造成影响, 因此选型时应考虑这些问题。
2 UPS系统维护
2.1 主机的维护及注意事项
UPS主机一般是智能型的, 它对环境温度要求不高, 但要求室内清洁卫生, 否则灰尘遇潮湿会引起主机工作紊乱;主机中的参数在使用中不能随意改变;在断电时, 应避免带负载动UPS电源, 应先关掉负载, 等UPS启动后再开启负载, 否则会有多负载的冲击电流和供电电源造成UPS电源瞬间过载, 严重时会损坏变换器;不能让UPS电源经常处于满载或过载。
2.2 蓄电池的维护及注意事项
尽管使用的是免维护蓄电池, 但从广义来说一定的维护还是必要的。首先它对环境温度要求较高, 工作环境一般要求在20°C~25°C之间, 低于15°C时, 其饭店容量下降, , 温度每降低1°C, 其容量下降1%, 而温度过高 (大于30°C) 其寿命就会缩短;其次, 要防止电池短路或深度放电, 深度放电会造成电池内阻增大或充电电压过低从而导致降低甚至失去充电能力, 放电程度越深, 循环寿命越短;第三, 要避免大电流充放电, 否则会造成电池极板膨胀变形, 使得极板活性物质脱落, 内阻增大, 容量下降, 寿命缩短;第四, 由于组合电池电压很高, 存在电击危险, 因此装卸导电联接条、输出线时应有安全保障;第五, 对于不经常停电的地区, 建议用户每隔一个月对UPS进行一次人为的断电, 让UPS电源在逆变状态下工作一段时间, 防止电解液沉淀, 以便让蓄电池维持良好的充放电特性, 延长使用寿命;第六, 搬运电池时不要触动极柱和安全排气阀;第七, 不能用二氧化碳灭火器, 一旦发生火灾, 可用四氧化碳之类的灭火器;第八, 不能把不同容量、不同厂家、不同性能的电池联在一起, 否则会影响整组蓄电池的性能。
摘要：本文简要介绍了有线电视机房前端UPS不间断电源的设计思想、提出了设计标准和日程维护要求, 阐述了UPS电源对机房的重要意义。
UPS不间断电源选型原则 第2篇
(1)考虑UPS使用的供电系统，后端负载性质。国内供电系统可分为TN、TT、IT三种形式，在TN系统中又分为TN-C、TN-S、TN-C-S，对于UPS系统常规采用TN-S即三相五线制系统。对后端负载来说，计算机设备允许有10ms以下的供电间断，质量好的后备式UPS就可满足需要，但受限于一些原因，后备式UPS的容量基本为3KVA以下。对重要服务器网络系统，在运行过程中是不予许存在中断的情况发生，要选用稳定可靠、不间断输出的在线式UPS。
(2)考虑UPS系统的性能和使用的运行环境。如后端负载在启动时存在较大的冲击电流、后端负载为工业设备等情况下建议采用工频UPS。如UPS用于数据机房中，后端负载为常规服务器、交换机设备，则工频与高频UPS都可适用。这时应考虑机房安装、机房承重、设备运输、产品性价比等因素来权衡选择。
(3)考虑UPS产品推出的时间年代，各厂家在针对市场的变化以及技术的更新下都会在2~3年推出相应的换代产品。这时选择UPS产品不光要看产品性能参数，也应关注产品服务保障，产品应用案例，厂商整体实力等。2．UPS额定容量的选择 ？
首先要清楚后端负载的标称容量、动态容量及将来是否扩容等情况，然后根据需要选配UPS。一般情况下将负载容量定在UPS额定容量的50％～80％左右较为适宜，同时兼顾UPS的效率和利用率，并使UPS留有一定余量，以便在后期需要时，可以进行扩容。
3．UPS后备电池供电时间的选择 ？
在GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》中对于机房等级分为A、B、C三级，亦对三个等级中不间断电源系统电池备用时间做出要求。A、B两种机房要求15min（柴油发电机作为后备电源时），C级机房根据实际需要确定。在大多数情况下，网点、企业分支等机房中并无配置备用电源，用户需根据实际情况选择合适的备用时间。在如今的供电环境中，出现市电故障的概率已经大大降低，建议配置的后备时间不超过2h（过长的时间蓄电池组过多，UPS本身存在一定的充电功率限制），如若用电环境较差，则建议增加备用电源或改为双路供电系统等其他方式。且数据机房一般的生命周期在4~5年（大多数厂商蓄电池的质
UPS不间断电源浅谈 第3篇
关键词：UPS 储能电池 逆变器 整流器 静态开关
0 引言
对于商业和工业工艺装置而言，连续的优质电源供应是非常关键的。电源中断甚至微小的扰动都将打断工艺链条，最终造成系统停止运行。因此，UPS系统的关键功能就是保护那些不能承受轻微电压扰动或冲动的装置（也称为用户或负载）的电源供应。公用工程提供的未经滤波的电源可能会含有谐频、低谷、峰值或其他噪音。在电源链条中引入一个或多个UPS系统可以有效地消除这些类似的扰动。更为重要的是，在断电条件下，UPS可以紧急填补电源缺口。当遇到这种情况时，系统将自动地切换为大的电池组，汲取所需的电源，直到主干线电源恢复为止。
1 UPS电源系统
不同的应用要求下，负载可以分为直流负载和交流负债两大类。为此，UPS电源又有三种主要的类型：经过双转换（AC电流转换为DC电流，再将DC电流转换为更加纯净的AC电流）的AC UPS，实现将AC电流转换为DC电流的DC整流器/充电器，和实现将DC电流转换为AC电流的AC逆变器。UPS出现的形态不一样，但其原理和主要功能基本相同。UPS电源系统主要有5部分组成：整流系统、储能（电池组）/净化系统、逆变系统、静态开关控制和旁路系统。系统的稳压功能通常是由整流器完成的，整流器件采用可控硅或高频开关整流器，本身具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能，从而当外电发生变化时（该变化应满足系统要求），输出幅度基本不变的整定电压。储能净化功能由储能电池组来完成，由于整流器对瞬时脉冲干扰不能消除，整流后的电压仍存在干扰脉冲。储能电池除可存储直流电能的功能外，对整流器来说就像接了一只大容器，其等效电容量的大小，与储能电池容量大小成正比。由于电容两端的电压是不能突变的，即利用了电容器对脉冲的平滑特性消除了脉冲干扰，起到了净化功能，也称对干扰的屏蔽。频率的稳定则由变换器来完成，频率稳定度取决于逆变器的振荡频率的稳定程度。为方便UPS电源系统的日常操作与维护，设计了系统静态开关，主机自检故障后的自动旁路开关，检修旁路开关等开关控制。
2 UPS电源工作原理
一般的UPS主要有以下几种工作模式：正常工作模式、电池工作模式、旁路工作模式和充电器工作模式。
2.1 正常工作模式 在正常情况下，UPS系统给负载供电，如图一实箭头所示。UPS系统从电网获取电能，经过隔离自藕变压器降压或者升压、全波整流、电容/电感滤波，输出直流电压供给逆变电路，同时给储能电池组充电。逆变电路由大功率IGBT模块组成，实现直流电到交流电的转换。逆变电路产生的交流电经过静态开关控制输出，供给负载。当电网电压超出正常工作范围，或者突然停电时，整流器关闭，储能电池组给逆变电路供电，见电池工作模式，如图二所示。当负载严重过载，逆变电路获得的直流电源不足以维持逆变器的正常工作时，系统转去旁路工作模式，如图三所示。
2.2 电池工作模式 当市电电网不再稳定超出正常工作范围，或者电网失电时，整流器不再工作，此时电池组立即接替整流器给逆变电路提供电源，如图二所示。
储能电池组的容量取决于负载功率的大小，原则上负载功率越大，要求储能电池的容量越大。当负载功率确定后，电池容量主要取决于其后备时间的长短，这个时间因各企业情况不同而不同，主要由备用电源的接入时间来定，通常在几十分钟或几个小时，乃至于几十个小时不等。从整流器供电到电池组供电没有切换时间，当电池组能量即将耗尽时，UPS系统发出报警信号，并在电池放电下限点停止逆变器工作。如果在电池组能量耗尽之前，电网电压恢复供电，则系统自动转回正常整流器工作模式，供给逆变器，同时给电池组进行充电。反之，如果此时旁路电源正常，则系统自动切换到旁路系统，否则系统就将停止工作。
2.3 旁路工作模式 当逆变器由于整流器不能正常供电、或者储能电池组能量不足而无法工作，或者由于负载严重过载，而不能给负载提供足够的能量时，系统自动转去旁路工作模式，如图三所示。当负载恢复正常，或者系统恢复正常供电条件时，系统自动会从旁路工作模式切换回正常工作模式。
2.4 充电器工作模式 当UPS系统工作在充电器工作模式时，整流器仅仅对储能电池组充电，系统不对负载供电，如图四所示。
3 UPS电源系统的功能完善
为了完善UPS电源系统的功能，一些先进的技术应用到了UPS上。
3.1 多机并行工作 传统的UPS电源系统多为单机系统，也就是说当UPS系统出现故障时，负载只能通过旁路供电。对于某些要求严格的用电设备，显然这种方案是不能完全解决实际需要的，于是并机系统应运而生了。并机系统从外形上看就是有两台单机系统同时工作，两台单机之间互有联系。正常工作时，两台系统同时工作并各自承担50%的负载。当一台系统出现故障而不能正常工作时，另一台系统自动承担全部的负载，反之亦然。这种冗余的设计方式无疑大大提高了系统的稳定性，确保了关键负载的正常工作。并机系统的技术现在已经非常成熟，最多8台并机运行的设计方案时常可以看到，当然，UPS电源系统的价格相应要贵许多。
3.2 远程控制
IT技术的发展，成就了UPS系统的远程控制。对于某些特定场合，人类是不可能全天候呆在设备机房的，比如海上钻井平台。此时，需要我们可以远程控制设备，监测数据参数。智能控制模块和通信模块的面世也就显得尤为重要。
参考文献：
[1]美国GUTOR公司提供.PEW1000系列UPS用户说明书.
UPS不间断电源的原理简介 第4篇
UPS是不间断电源 (Uninterruptible Power System) 的英文名称的缩写, 它伴随着计算机的诞生而出现, 是计算机常用的外围设备之一。实际上, UPS是一种含有储能装置, 并以逆变器为主要组成部分的恒压不间断电源。UPS在其发展初期, 仅被视为一种备用电源, 后来, 由于电压浪涌、电压尖峰、电压瞬变、电压跌落、持续过压或者欠压甚至电压中断等电网质量问题, 使计算机等设备的电子系统受到干扰, 造成敏感元件受损、信息丢失、磁盘程序被冲掉等严重后果, 引起巨大的经济损失。因此, UPS日益受到重视, 并逐渐发展成一种具备稳压、稳频、滤波、抗电磁和射频干扰、防电压浪涌等功能的电力保护系统。
1 UPS不间断电源技术特点
随着UPS不间断电源地发展, UPS全面突破了模拟电路时代的技术瓶颈, 已发展为控制器件和最先进软件完美结合的全智能数字化结构, 具有32位DSP高速微处理器 (MCU) 、可编程逻辑器件 (CPLD) 、第六代低损耗大功率IGBT和静态开关, 演绎了数字时代的经典传奇, 容量之大、可靠性之高、性能之稳定的数字化控制技术与高精度SMD技术为一体的电源产品。
1.1 全数字化控制技术
1.1.1 先进的数字电路系统超稳定运行
UPS突破了行业的技术瓶颈, 以先进的数字电路系统替代了传统的模拟电路, 实现了非凡的创新。在数字电路模式下, 高速微控制器和可编程逻辑器件对电路控制、参数设定和运行管理更加完美, 自检和自侦测功能更加强大。全程采样技术不仅有利于对电路板上的所有独立电路连接进行自检和故障分析, 更能经数码变换为纯正和稳定的正弦波电压, 确保系统稳定运行。
1.1.2 电池智能化管理, 耐用省心
UPS导入了先进的智能化电池管理系统, 可根据用户的电池配置自动调整电池的充电电流参数, 并会根据供电环境对电池进行均充浮充转换、温度补偿充电和放电管理。此外, 还可通过监控界面对电池运行状态进行侦测管理, 确保电池高效运行。智能化电池管理系统不仅减少了管理员的负担, 更能延长电池的使用寿命达55%以上。
1.1.3 智能侦测系统全程守护
该系统的微处理器不间断地对所有的电源状态、断路器状态、熔断器状态和所有的电路工作状态进行在线侦测。出现故障时, 侦测系统会即时报警通知管理员, 同步启动UPS全面保护功能。
1.1.4 智能通讯工具远程监控
1) RS232和RS485通讯端口真正实现多用途通讯和远程监视;
2) 标配的SNMP卡, 100%实现远程监控和网络管理;
3) 采用无源接点有效实现了对UPS的状态监控。
1.2 高精度SMD技术
改变了传统的插入式电路处理工艺, 全部采用高精度SMD技术, 既省空间, 又彻底消除传统UPS电路中的脚刺, 便于提高集成电路的安全运行, 同时提高可靠性和运行精度。
采用多层电路板设计和高精度SMD元件完全清除了由芯片自身产生的各种高频信号对其他芯片的干扰, 从而让各个芯片模块能够不受干扰的正常工作, 抗干扰性大为改善。
全面采用SMD技术, 耐高温、准确度高、滤波性能极好, 整机性能更加稳定, 更牢固耐用, 使用寿命增加了80%。
1.3 第六代IGBT逆变技术
IGBT良好的高速开关特性;具有高电压和大电流的工作特性;采用电压型驱动, 只需要很小的控制功率。第六代IGBT具有更低的饱和压降, 逆变器的工作效率更高, 温升低, 可靠性更高。
1.4 超清晰界面信息处理技术
1) 人性化的触摸式大屏幕LCD中英文显示, 流程图运行状态直观显示, 智能图标的触摸按钮, 表格式的数据资料、事件记录显示, 中英文可选菜单操作。
2) 直观的LED状态指示:工作流程式状态指示, 一目了然。
1.5 环保节能关键性技术
经科学的生命周期评价, 采用了抗老化性能优异的触摸屏面板和经氟碳工艺处理的机箱外观, 环保耐用, 历久如新;采用先进的电路设计, 易维护并高度节约资源;采用新型涡流风扇, 散热性能优异, 高度节能;采用无环流控制电路, 节电性能良好;采用绿色整流和逆变技术, 为用户提供清洁的能源;采用先进的数字电路及高精度SMD技术, 整机寿命同比延长了80%。
1.6 其他性能优点
1.6.1 优越的负载特性
完全满足从0到100%负载的跃变, 而无需切换到旁路, 并保证输出稳定可靠。
1.6.2 完善的保护功能
具有优异的输入输出过欠压保护、输入浪涌保护、相序保护、电池过充过放保护、输出过载短路保护、温度过高保护等多种系统保护和报警功能。
1.6.3 高性能的动态特性
采用瞬时控制方式和有效值等多种反馈控制, 实现了高动态调节, 减小输出电压失真度。
1.6.4 三相分调, 平衡稳压
三相独立控制, 实现了以瞬时过载平衡度的控制, 可实现输出100%的负载不平衡。
1.6.5 可选的电池巡检模块
可对单个的参数进行测量, 并在显示板上显示出来。如有电池故障立即报警, 通知管理员。
1.6.6 个性化的设置
可根据用户设备用电要求对UPS进行工作状态设置, 用户可选UPS工作模式、ECO节能工作模式。每年可节省电费10%以上。
2 UPS不间断电源工作原理
UPS是一个多重保护的交流供电设备。当主电正常时, 主电输入经整流开关控制, 首先经谐波滤波器, 再经主电整流变换成纯净的直流电, 滤除主电中的干扰, 然后通过逆变器将直流电变换成纯净的正弦交流电输出, 同时给蓄电池充电;当UPS连接上电池组时对电池组的电压和电池进行测量, 整流器进入电流和电压双环控制, 当电池电压低时为恒流模式充电, 当电池电压达到浮充电电压时, 自动转为恒压充电模式。当主电异常时, 则将蓄电池储存的直流电逆变成交流输出, 保证用户负载长期处于不断电高质量电源下可靠运行;当逆变器关闭或故障时则自动转为旁路供电。手动维修旁路保证在不断电的情况下对UPS进行维护或检修。
2.1 微处理器控制中心
微处理器 (MCU) 将输入、输出、电池、环境等数据经高速运算, 然后控制整流器、逆变器、静态开关的运行和保护并响应外部的操作指令。
2.2 整流和充电单元
主电输入检测电路将主电输入电压频率和相位信息送到MCU进行运算, 主电的电压、频率、相位在正常范围内时, MCU送出整流控制信号, 整流电压从0VDC缓慢的上升到额定电压, 减小对输入的浪涌电流冲击。由于电池组和直流总线并联运行, 整流器同时对电池进行充电, 当电池电压低于浮充电压时, 整流器工作在恒流模式, 此时MCU将电池的充电电流反馈和用户设置的电池容量信息进行计算控制;当电池充至浮充电压时, 转为恒压充电模式。同时MCU还根据电池的温度信息对电池进行温度补偿充电, 还根据电池的使用情况对电池进行定时维护管理 (当电池长时间没有充放电时, MCU自动转为均充模式来激活电池的活性) , 以延长电池的使用寿命和减少用户的管理负担。
2.3 IGBT逆变单元
在直流总线正常时, MCU发出逆变控制信号, 逆变电路通过SPWM驱动信号驱动IGBT逆变桥, 经变压器隔离变压、滤波后, 输出纯净的正弦交流电。逆变器通过调整驱动信号的脉冲宽度使输出电压从0VAC缓慢的上升到额定电压, 通过输出反馈控制使输出稳定;同时检测输出电压、电流对逆变器进行保护。
2.4 自动和手动旁路单元
旁路电路即是将输入通过开关电路直接转换到输出供电。当逆变器关闭或故障时, MCU高速控制静态开关自动切换到旁路供电 (<1mS) , 而不会间断负载的供电。手动维修旁路为在线维修设备时使用, 可在设备不断电的情况下对UPS进行检修。
2.5 显示通讯单元
显示单元是将整机的运行状态和数据通过LED和LCD显示出来, 同时还通过RS232、RS485、干接点信号、SNMP卡等, 配合后台软件实现远程监控。
3 结束语
UPS不间断电源通用维修技术标准 第5篇
摘要：本标准适用于直流环节中有电储能装置的交流电子间接变流系统，能满足用户对供电连续性和供电质量要求的各种型式静止型UPS不间断电源。1.标准适用范围
本标准适用于直流环节中有电储能装置的交流电子间接变流系统，能满足用户对供电连续性和供电质量要求的各种型式静止型。
2.工作条件
2.1环境温度
UPS电源运行的环境温度为10℃～+35℃，有蓄电池场合的环境温度要求20℃±5℃。
2.2环境相对湿度
最小相对湿度范围为20%～80%(无凝露)
3.安全要求
3.1绝缘电阻
UPS电源的输入端、输出端对地，施加500V直流电压，绝缘电阻应大于
2MΩ。
3.2对地漏电流
UPS机壳对地的漏电流应不大于3.5mA。
4.基本项目的检查
5.蓄电池检查
6.功能切换试验
7.保护性能试验
8.波形和谐波测量
交流单相在线式不间断电源的设计 第6篇
关键词：不间断电源（UPS）；正弦脉宽调制；电压电流双闭环控制
中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 12-0000-01
一、设计方案论证
方案一：采用DSP作为核心控制器，主电路采用半桥逆变。这种方案控制部分功能强大，可同时控制逆变主电路和各个分支电路。但半桥逆变电压利用率低，要求输入电压很高。而且DSP控制的成本较高，程序复杂，给设计增加了难度.
方案二：SPWM逆变器
SPWM型变换器是给逆变器固定的直流电压，通过开关元件有规律的导通和关断，得到由宽度不同的脉冲组成的电压波形，削弱和消除某些高次谐波，得到具有较大基波分量的正弦输出电压。
方案三：采用U3988作为控制核心，逆变主电路采用全桥逆变。这样可以做到硬件电路简单，电路可靠性增强，设计周期变短。这样输入电压不用提到很高就可输出要求的电压。
方案四：采用SA866控制芯片，SA866所有的運行参数，包括载波频率、波形、最小脉冲宽度、死区脉宽等都是通过外接的EEPROM编程，由于数字电路在高频电路中会受到严重干扰，因此SA866在应用上有了一定的局限性。
方案五：采用多重移相叠加阶梯波合成逆变器阶梯波合成逆变器的输出波形为阶梯波，其阶高按正弦规律变化。这种阶梯波中的谐波含量比方波显著减少，如阶梯波数为18的阶梯波总谐波含量为基波的9.48%。如果阶梯数越多，则总的谐波含量就越小。但这种电路过于复杂，因此本方案不予采用。
综上所述，在方案二中，由于采用恰当的芯片，使电路简单，无须编程，成本低廉，能够满足系统设计的要求，所以选择方案二。
二、组成单元
主电路单元：采用全桥逆变电路共有四个臂，可以看成是两个半桥逆变的组合而成，成对的两个桥臂同时导通，两对交替各导通180度，全桥逆变电路是单相逆变电路中应用最多的。
主控制单元：采用采用U3990F6-50控制芯片，在逆变状态下，OUTA输出的SPWM脉冲序列经过逆变后对应正弦波的正半周；OUTB输出的SPWM脉冲序列经过逆变后对应正弦波的负半周，并且要注意的是加在反馈引脚上的电压必须是实时的。
反馈单元：利用变压器将生成的交流信号变到9V，再将整流之后的电压反馈给U3990F6-50的2脚，从而实现稳压、调压。
辅助电源单元：采用UC3842控制芯片，此芯片构成的反激电源，外围电路简单而且效率高，可以满足各个用电单元的需求。
充电单元：采用的是恒流充电电路，充电电流可以达到0.4A，而且还具有过充保护功能。设计采用运放LM358，通过调节同相端与反相端的分压电阻可以实现对电池过充的保护。本设计的过充电压设定为38V。当电池电压超过36V时，反相端的电压将超过同相端的设定值，使得放大器输出发生翻转，输出低电平，三极管截至，使得TIP42截至，停止充电，实现了过充保护的功能。
功能保护单元：过流保护和短路保护是利用电流互感器来实现的，通过示波器的观察电流互感器能快捷准确的采集输出的交流信号，这样使得保护动作快，整个电路受到的冲击降到了最小。欠压保护和升压变换通过运放构成的比较电路来控制继电器实现的，在实际运行过程中有完美的表现，完全到达了要求。
驱动单元：采用的光耦隔离驱动能很好的将主电路与控制电路分开，达到了利用弱电控制强电的目的。
显示单元：采用的是单片机89S52和TLC2543组成的信号采集处理方案，可以准确的显示输出的电压、电流以及输出功率。
Boost升压电路单元：为保证交流输出幅度维持在24V，逆变之前的直流电压至少为24×1.4=33.6V，但蓄电池工作电压范围的下限为29V，如果逆变前的电压不做处理，会使电压调整率降到很低。所以本设计在输入滤波和逆变之间加入一级Boost升压电路，主控芯片采用UC3843
三、部分电路的分析
（一）控制电路的分析
控制电路共分两部分，一部分为逻辑量控制，一部分为模拟量控制，根据主逆变电路为单极性的要求，电路采用正负半周分别驱动的方式，当正半周时，LM339比较器输出为低电平，通过与非门4011B转换成高电平，从而打开与门4081B，使得输出脉冲在整个正半周期间通过与门4081B的4脚，控制输出主电路开关管Q2、Q3导通；同理，当正弦波为负半周时，LM339输出为高电平，从而控制对角桥臂Q1、Q4导通，这样就实现了SG3525双组驱动脉冲在每个半周期内同时输出的要求，保证了整流后的正弦波与三角波比较，完整输出的要求。
模拟量控制采用电压、电流双闭环控制调节，其基准为标准正弦波，电压反馈通过电压互感器再经放大器放大后进入PI调节器与标准正弦波进行比较，从而达到消除误差正弦跟随的目的，PI调节器的输出作为电流比例调节器的基准输入，同时电流反馈信号经电流互感器输入比例调节器，经比例调节器对电压信号和电流信号的综合调节，输入至精密整流电路，达到SG3525仅能输入单极性的要求，其中重要的一点电流反馈信号的引入对增加系统的阻尼、改善波形的失真度都起到了良好的作用。
考虑输出空载情况，电压上升过高，故此该电路设计了空载电压限制电路。
（二）充电单元的分析
充电电流较小，主控制管损耗不大，所以蓄电池充电电路采用线形电源结构，线形电路的主调节管为2SC3281，控制调节管为C2383，调节器采用OP37放大器，充电电路的最大充电电流为0.5A，最高充电电压为40V，采用倒接二极管的形式，当电池电压升至40V时，二极管自然截止，防止电池过充。
四、结论
由于在电源逆变之前加入了Boost升压电路，使逆变电源的电压调整率很小；所有经过大电流的线路均尽量采用粗导线，开关器件均选用优良器件，器件的各项指标参数均远大于额定值，所以电压调整率和负载调整率均得到提高；充电电源采用恒压恒流的形式，输出电流达到250mA，浮充电压41.4V，既能快速充电又能产生过充；逆变器的控制芯片采用正弦波逆变器专用芯片U3990F6-50Hz，大大降低了输出正弦波的失真度。所以本设计具有效率高、正弦失真度小、电压和负载调整率低、其他保护功能齐全等特点。
五、创新点
（1）逆变之前加入了Boost升压电路，提高了电压和负载调整率；
（2）采用了专用U3990F6-50控制芯片，使电路结构简单，可靠性提高；
UPS不间断电源设计 第7篇
1不间断电源(UPS)技术的内涵阐述
1.1工作原理
UPS主要是基于逆变器形成恒频、恒压且持续的电源,并在计算机、服务器、电力电子等设备供电中断的情况下为其提供稳定、 连续电源的装置。
具体而言,由蓄电池、整流器、逆变器等装置为主要构成的不间断电源,首先会在市电正常的情况下对其进行稳压处理,然后为运行负载提供电力供应,并通过充电作用储存能量;若此时市电输入出现故障或发生中断,UPS便会将电池内储存的能量转化为220V交流电继续为运行负载提供电力供应, 以此使其能够稳定运行,而不会造成硬件设备或软件系统损坏。图1为其基本工作流程。
1.2类型特点
由于UPS技术可提供纯净、稳频、稳压、 抗干扰、全天候、小波形失真的优质正弦波, 从而满足负载对高可靠、高质量电源的要求,所以经过不断发展,其形式日益丰富,功能随之强大,如适用于小功率且经济简单的后备式电源,有着良好的输出能力和市电利用水平,但无法改善波形畸变、压频不稳等影响;3端口式电源,其不受过载、浪涌系数、 电流波峰、输出功率等的限制,对市电的利用率可高达98%,而且还可抑制输出电压中的尖峰干扰,实现不间断的输出电压;再如双变换在线式电源,虽然其电力输出质量较高,但受负载限制,输出能力尚不理想。
2不间断电源(UPS)技术的发展研究
由上可知,UPS所提供的电压频率和波形不仅稳定,而且精度高,对电网干扰、波动、间断以及停电等有着一定的承受能力, 无论是运行负载为线性还是非线性,阻抗输出均较低,故在电源领域中的作用和地位日趋凸显,而这也是其得以广泛应用的关键所在。
2.1应用现状
近年来,UPS产品与日俱增,性能不断提升,涉及的行业领域越来越多,这一点是不容置疑的,但同时其也存在着一定的不足和缺陷,如直流UPS的推广应用,需要将传统UPS输出的交流稳压转化为直流稳压,以此省去DC-AC和AC-DC这一重复环节,进而可以起到简化结构、提高效率、降低成本的良好作用。可是现实中的直流UPS技术尚不成熟,产业标准尚未建立,加之通用设备依旧需要交流电源为其提供电力供应,故直流UPS技术及其产品的推广应用难度较大; 同时目前的UPS技术只能对设备可靠性起到改善作用,还无法彻底解决可靠和安全难题,而且利用水平有限,难以有效融入其他现代技术,故容易受设备质量、安装、维护、 操作不当出现误动作或者衍生系统故障,进而影响优势的充分发挥;此外,UPS设备设计不规范、配置不合理、使用不科学、管理不到位等是其常见的应用问题,而且在传统UPS被直流UPS而取代这一必然趋势面前, 多数产商依旧投资前者,显然具有很大的投资风险,而这些均不利于UPS技术及其产品的顺利发展。
2.2发展趋势
为推动UPS技术进一步发展,使其发挥更好的性能优势和应用价值,我们不仅要尽快解决当下问题,更要合理预测其发展趋势,强化理论研究和技术创新,以此开辟应用新领域,实现长远发展。具体可从下述两方面着手:
一是提高UPS应用的科学性和规范性 ;建议相关人员认真分析UPS的应用现状,尽快出台行业标准、设计规范、使用要求等规章制度,以期引导UPS技术发展逐步走向标准化,在此基础上予以科学应用和管理维护。如最好将UPS所处的环境温度控制在0-40℃之间,以免引发部分器件漏电或干扰晶体管、蓄电池正常工作 ;若不结露,尽量将其运行环境的相对湿度保持在0-90% 内, 以免造成局部断路 ;而输入频率和电压分别以 ±5% 正常频率和 ±10-15% 的正常电压为宜 ;同时紧贴实际选择恰当的UPS电源产品和供电电源,尽量不进行过度轻载或满载,以免缩短电池寿命,并尽量减少开关机次数,为蓄电池进行科学充电,结合合理的放电检查、防雷措施、清理工作和及时更换, 确保UPS保持最佳性能,延长使用寿命。
二是加快创新,不断拓展UPS的功能 ; 未来的UPS将会朝着网络化、智能化、高频化等方向发展,这就要求我们加强相关理论研究,提高技术创新能力,尽快实现发展目标。如信息时代的到来,促使UPS规模逐渐由大中型过渡为小微型,以便更好的满足通信、检测、控制领域电能供应要求,如此一来,不仅要求其容量有所扩大,服务数量也会逐渐增多,这势必会带动计算机管理的发展,即基于计算机软硬件装置,加以自动调整和管理,同时经信息传输实现管理人员对其的远程管理,并根据实际要求动态配置负载等,进而突出网络化和智能化特点 ;而若在UPS技术中引入高频化这一概念,不仅可以突破在线式UPS的技术瓶颈,提高现有UPS的性能和功能,还有助于其负载响应能力的提升、产品体积的缩小以及生产成本的降低,这一点已在3KVA以下的在线式高频UPS电源中得到了一定的体现,以此推动自身逐步走向单机、大容量、冗余化,在此基础上,获取更高的实用性和更广的用途和范围。
3结束语
综上所述,不间断电源(UPS)技术有助于为停电事故紧急处理争取时间,降低其对社会生产生活活动的不利影响,从而实现电源的稳定、连续供电,故有着可观的应用价值和广阔的发展空间。因此为推动其健康发展,我们必须加强技术创新,提高其性能优势,以此尽快解决其应用障碍,获得更为宽广的应用领域。
摘要：在信息技术发展力量的推动下,不间断电源(UPS)技术应运而生,经不断改进和完善后得到了推广应用,目前已在通信、供电、金融等行业领域中发挥了积极效用,但与理想效果相比,其在发展和应用中还存在一定的不足,面临着较多的障碍。对此,本文对不间断电源(UPS)进行了重点研究,希望对其性能提高和广泛应用有所启示。
不间断电源UPS系统安装应用技术 第8篇
1 UPS系统工作原理
1.1 将交流电转换为直流电
通过整流器的作用将输入的交流电转换为直流电压, 这样能够保证供电的稳定性。
1.2 稳定提升电压
直流转换器能够为功率因数校正进而倍压式提升电压, 同时保证输入的交流电流与输入的电压同步;在提升电压功能中能够稳定的将电压提升到400V直流输出。
1.3 输出交流电压
通过逆变器的作用, 将直流电压转变为交流电压并输出, 同时与输入的市电同步, 逆变器的工作原理为半桥电路。
1.4 旁路输出
在静态旁路电路中能够选择旁路输出或者通过逆变器输出, 在关闭逆变器的时候则以旁路输出。
1.5 接受市电输入
通过接受市电输入能够保证对电池充电直流电压, 从而使电池保持慢电状态, 最大充电电流为2.6A。
1.6 监控电路工作
控制电路能够对各部分电路进行监控并控制。
1.7 提供电气隔离和多重输出
在UPS开机时, 输入的交流电在经过滤波器后分为2路输出, 其中1路被送至交流变直流转换器, 在转换为直流电之后通过半桥电路逆变器将电流转换为交流电, 从而实现交流输出;另外1路则成为旁通路径。一般情况下, 开机之后UPS系统会进行自检, 在一切正常的情况下, 旁通开关会通过逆变器输出为交流电, 这就是在线式输出;当输入电源断电的情况发生时, 整流器与充电器则停止工作, 这是直流转换器会正常工作, 将电池电压通过逆变器转换为交流电压后输出, 此种模式为电池输出模式[2]。
2 UPS的选型与安装调试
2.1 对场地和环境的要求
⑴场地要求。场地的地面应该为工业要求下的硬质洋灰型地面, 且地面应为水平, 不能有较大坡度。若场地地面为活动防静电地板则应考虑到地板的负荷量, 同时应为UPS设备设计制作装备托架。
⑵运行环境的要求。UPS系统的安装环境要求通风良好、凉爽且具有较低的湿度。在条件允许的情况下应保持工作环境温度为35℃之下, 最高不能高于40℃, 最低不能低于0℃, 推荐温度为25~35℃。相对湿度控制应该在50%左右。
⑶空气质量要求。UPS系统运行环境应避免具有金属导电尘埃, 以免设备短路造成安全威胁。
2.2 安装技术参数
UPS系统的输出功率为30/40/60/80/120/200/300/400 (KW) ;交流输入电源为380/400/415 (V) , +10%、-15%;最大输入电流为60/80/120/150/230/390/570/765 (A) 。
2.3 设备品牌选择
在品牌选择上, 首选必然是专业厂家的产品, 不仅设备指标有保证, 同时在售后服务上也较非专业厂家要好。
3 使用要点
3.1 避免带载开关机
不具有延迟启动功能的UPS, 带载开机时在启动瞬间易造成逆变器烧毁。在开机瞬间, 瞬间的浪涌电流会导致元件烧毁。带载关机与开机原理相似, 因此应避免带载开关机。
3.2 观察要点
在逆变器正常工作时, 严禁使用示波器观察控制电路的波形。UPS系统工作的核心部件为逆变器, 在逆变器运行中一旦出现表笔与临近点接触, 同时还会影响电路的工作状态, 一旦电路异常, 会导致元件烧毁。故应避免在工作中用示波器观察控制电路波形。
3.3 后备式UPS严禁加大市电输入保险丝的容量
后备式UPS在逆变器供电时, 一般都没有过载和短路自动保护功能, 但在市电时, 一般靠输入交流保险担当过载保护任务, 所以用户不可轻易地加大市电输入保险丝的容量;否则, 一旦UPS输出发生短路事故时, 有可能出现输入保险烧不断, 印制板上的印制线却被烧毁的危险。
综上所述, 在UPS的使用过程中应注意, 再好的装备也有寿命, 也会出现各类故障, 不要因为高智能、免维护而忽略了本应举行的维护事情, 预防不论什么时候都是安全运行的重要保障。目前专业技术人员对UPS的安装和使用技术问题上正在深入研究, 提高其可靠程度, 增强其适应能力。
摘要：随着经济的高速发展, 人们对能源的依赖性越来越强。出于节能及安全用电的考虑, 人们研究并制造出了不间断电源UPS。随着微电子技术的进步, UPS技术进一步发展, 同时降低了不间断电源UPS的成本。本文通过分析不间断电源UPS技术的原理、要点和特点, 对不间断电源UPS技术提出展望。
关键词：不间断电源,UPS系统,安装与应用
参考文献
[1]潘学科.彭水电站不间断电源 (UPS) 系统的可靠性分析[J].水电与新能源, 2013, S1 (03) :1064-1067.
[2]李林才.不间断电源关键技术及其相应故障诊断研究[D].广州:华南理工大学, 2012.
UPS不间断电源的维护保养措施 第9篇
一、UPS不间断电源的工作原理
(一) 在线式UPS设备的工作原理
在对UPS不间断电源的维护保养措施问题进行探究的过程中, 我们首先需要对这一电源设备的工作原理问题进行探究。从UPS设备的系统构造来看, 这一设备的核心元件主要有逆变器、静态开关、蓄电池组、充电电路和保护点路等多个部件组成。正玄波是这一设备在工作过程中所发射出来的主要波形。从电网问题对这一设备的影响来看, 为了避免电网安全问题给系统所带来的不利影响, 正玄波与SPWM波之间的转换问题, 是设备在工作过程中需要注意的一个问题。为了对这两种电波的转换方式进行优化。在设备的实际应用过程中, 逆变器和一些优质有关的处理设备之间的共同作用, 是对二者之间的转换需求进行满足的重要方式。在市电处于负载的情况下, 逆变器也是而对电压和频率等问题进行处理的有效方式。
(二) 后备式UPS设备的工作原理
从后备式UPS的应用原理来看, 整流滤波器并没有在这一设备中得到应用。在这一设备的工作过程中, 蓄电池成为了保障逆变器发挥自身功能的一个重要因素。在市电保持稳定状态的情况下, 这一设备以方波的输出为主要的表现形式。在市电电压出现波动的条件下, 后备运行状态成为了这一技术在实际工作中的主要表现。
二、UPS不间断电源的维护保养措施
(一) 主机维护措施
主机维护是这一设备在实际应用过程中所无法忽视的一个问题, 在对这一问题进行处理的过程中, 我们可以从以下几种情况入手, 对相关的维护措施进行完善。在一般的情况下, 不论是在线式UPS设备, 还是后备式UPS设备, 设备的主机在工作过程中不会对自身的适用环境提出要求, 也就是说, 从理论上讲从这一设备在广播电视领域和国防工业领域的应用过程中, 相关行业的工作人员可以在常温环境下对这一设备进行应用, 但是在湿度相对较高的环境下, 灰尘问题会对
但是从设备的储能电池的工作环境来看, 虽然设备中的储能电池能够在常温环境下进行运转, 但是在设备应用环境的温度低于25摄氏度的情况下, 储能电池的自身性能还是会受到一定程度的影响, 因此, 在一般的环境下, 设备的使用方虽然可以在常温环境下对这一设备进行应用, 但是设备所处环境的温度要保持在25摄氏度左右。
在设备的实际应用过程中, 如果设备使用方的相关工作人员对设备的内置参数进行了调整的情况下, 设备主机的使用寿命的缩短会成为其在实际应用过程中表现出来的主要问题。由于这一设备在实际应用的过程中经常处于常温环境运转的状态, 在对这一设备进行保养的过程中, 浮充电压问题就成为了设备维护人员在在设备检修过程中不可忽视的问题。在设备应用过程中, 常温温度不论是上升还是下降, 设备检修人员都需要对浮充电压进行应用。
在设备处于断电状态的情况下, 设备的使用方首先需要对设备的工作障碍进行检查, 在这一阶段, 使用方不能让设备处于负载的工作环境之下。从负载问题对设备的影响来看, 市电在负载状态下所产生的冲击电流, 会让设备在负载运行的状态下产生电源过载的问题, 从这一问题对设备的影响来看, 变换器受损问题是负载问题给这一设备带来的主要危害, 因此, 在设备处于断电状态的情况下, 设备的操作人员只有在UPS启动以后, 才能让设备负载工作。
(二) 蓄电池维护措施
通过对UPS电源的应用问题进行探究, 我们可以发现, 在这一设备的一般工作环境下, 蓄电池会在设备的应用过程中发挥一种支柱的作用。从这一技术的应用情况来看, 在缺乏蓄电池作用的条件下, 这一系统在实际应用的过程中只是一种具有稳频、稳压等多个特点的应用电源。这样, 从设备的应用情况来看, 蓄电池稳定性已经成为了保障系统运转的一个重要因素。在蓄电池维护措施的应用过程中, 工作人员在对新电池进行应用的过程中, 首先需要让电池在其适合的环境下工作, 在不同电池之间出现较大的电压压差的情况下, 工作人员需要通过匀充法的应用, 对这一问题进行解决。从我国蓄电池工业的发展拿来看, 容量和端电压问题是蓄电池在应用过程中经常遇到的问题, 对此, 在蓄电池维护过程中, 工作人员也需要对这两个问题进行关注。
三、结论
UPS电源的工作质量与其自身所处的应用环境有着较为密切的关系。主机维护和蓄电池维护, 是设备检修过程中不可忽视的两个环节。蓄电池技术的发展, 对这一设备的维护保养措施的优化, 也会起到一定的促进作用。
参考文献
[1]黄顺.小议UPS不间断电源的原理及维护保养[J].计算机光盘软件与应用, 2012, 11.
[2]赵旭.UPS不间断电源的原理及维护保养分析[J].电子世界, 2016, 15.
UPS不间断电源设计 第10篇
关键词：UPS,故障分析,处理
所谓的UPS, 即不间断电源, 是将蓄电池 (多为铅酸免维护蓄电池) 与主机相连接, 通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。本文就UPS不间断电源供电故障与处理进行了分析, 详细研究了故障产生的原因以及提出了一些有效的处理方案, 以期能为类似的供电故障与处理提供参考。
1 UPS工作原理介绍
某某IDC机房供电采用2套UPS设备并联共用1套蓄电池的结构, 正常情况下, 2套UPS互为备用, 其中1套正常工作即可满足使用工况。UPS供电模式分为以下3种。
(1) 主电源供电模式。主电源供电模式为UPS正常工作模式, 在此模式下, 负载由电源l经整流充电器和逆变器供电, 整流充电器同时给蓄电池组浮充充电。
(2) 静态旁路供电模式。电源2回路称为静态旁路, 作为电源1的后备。在UPSI和UPSZ的逆变器电压输出故障时, 静态开关自动导通, 负载不间断切换为电源2回路供电模式。
(3) 蓄电池供电模式。此种模式为应急工作模式, 当电源1和电源2供电中断时, 供电流程转换为蓄电池组经逆变器给负载输出电力;当2套UPS同时为蓄电池组供电模式时, 将触发安装在负载开关1上的时间继电器, 蓄电池组持续向外供电半小时后, 时间继电器发出信号断开负载开关1, 以保证负载开关2下的通信系统等设备的电力供应, 以此实现负载优先级的设置。
2 故障现象及原因分析
该机房发生过2次因UPS系统供电电源中断而导致的停产事件。事件发生时, 该机房电网工作正常, 2套UPS均为蓄电池供电模式, 负载开关处于分闸位置。
该机房的UPS为艾默生Liebert NX-120KVA型产品。在主电源正常的情况下, 2套UPS同时转换为蓄电池供电模式, 表明2套UPS充电器同时发生了故障, 但事后检查充电器无异常, 重新启动2台充电器, 均可正常运行。为了彻底查清原因并解决问题, 技术人员和UPS厂家工程师对产品的性能和使用工况进行了一次全面的数据收集和调研, 进而确定故障的具体原因。下面介绍排查工作的具体步骤。
(1) 参数设置和记录跟踪
运用TLS软件与UPS系统进行在线通信, 对机组PLC模块内的基本参数设定值和在线测量数据进行检查, 无异常发现。在报警记录的检查中, 发现“电源2相位超限”报警频繁出现, 出现频率约为每小时10次, 报警状态持续时间约4~8s, 在此报警产生的时间内UPS自动切换到电源2带载的功能将被禁止。又由于此报警为自动复位式报警, 因此UPS系统会在此报警自动复位消失后恢复电源2的正常工作状态。
(2) 波形采集及分析
用FLUKE43B电网分析仪对电源1和电源2的输入波形。电源2的输出波形以及逆变器的输出波形进行取样分析, 波形分析结果无异常。
(3) 局域电网结构分析
UPS电源1和电源2的供电电源均为平台电网, 单台发电机工作时的电网最大输出有功功率为4000k W, 日常带载量约为1600k W。平台电网具有网小但工况复杂的特点, 电网内设备种类 (包括变压器。马达。变频器和海缆等) 相对较多, 设备的突加突卸现象较频繁。对电网进行分析后, 结合上面两步的分析结果, 初步认定相对大功率设备的频繁启动可能是UPS“电源2相位超限”报警频繁产生的原因。
(4) 故障原因确定与验证
在假定了报警原因为大功率设备频繁启动的前提下, 决定在大功率设备旁进行蹲点测试, 选取1台l07k W的空调制冷压缩机 (星三角启动) 进行实测。实测发现在压缩机每次启动时, UPS便产生“电源2相位超限”报警, 报警持续4~8s, 与电机启动时间相符。从而确定。电源2相位超限。报警产生原因:当平台大功率设备启动时, 电源2的输人输出电压产生畸变, 导致相位超限并报警。由此进一步推论, 如果在短时间内有多台大功率设备先后启动, 那么电源1的输人波形和电源2的输人输出波形将产生畸变, 且畸变率逐渐增高, 畸变持续时间增长;电源2的畸变导致“电源2相位超限”报警的自动复位时间加长;电源1的高畸变率会使整流充电器误判为输人电压异常, 而使整流充电器保护性停止工作;电源1和电源2的同时故障, 使负载只能切换到蓄电池带载模式, 电池放电结束, DCS系统失电。这样就出现了UPS故障导致平台停产时电网工作正常的工况, 且一年约一次的出现频率也与推论中的极端工况相符。
3 系统故障分析及解决办法
实际工况决定了故障不大可能从根本上杜绝, 因此决定将UPS报警信号接人中控DCS系统, 以便设备产生故障报警后, 在状态可控前提下, 通过中断报警工况来阻止事态进一步扩大。具体处理思路如图1所示。
4 技术改造方案选择及实施
4.1 方案选择
要实现上面所描述的预防控制功能, 需将UPS的报警信号接人中控DCS系统, UPS机组能提供的接入方案有2种。
(1) 方案1:通过UPS通信卡件端口接入中控。UPS系统, 并在DCS电脑上安装UPS厂家工程师软件以实现远程在线监控。该方案优点在于能读取UPS设备的所有信息及数据;缺点在于中控DCS系统和UPS分属不同厂家, 不能认证加装在DCS电脑上的UPS厂家工程师软件, 这对DCS系统的稳定性有影响, DCS系统配合难度较大, 风险不可控。
(2) 方案2:串联UPS机组报警输出卡件上的开关触点, 将各类报警综合为1对公共故障报警信号接入DCS系统。该方案接入DCS系统的为无源开关信号, DCS系统在工程设计中预留有开关信号接人功能的卡件, 因此硬件接入条件满足;软件方面需在DCS系统内添加报警记录和报警输出界面, 对此仅利用DCS系统自身的软件就可实现。这种施工方案简单且接人的信号不影响DCS系统的稳定性, 缺点在于不能读取UPS系统详细的信息和数据。
从实际需求和改造难度综合考虑后, 认为方案2改动工作操作难度小、风险可控、功能满足既定目标, 更具可行性。
4.2 方案实施
方案的确定, 使检修工作进人了最后的图纸设计和现场施工阶段, 软硬件的配置是决定改造方案的基本条件, 主要涉及以下几方面。
(1) UPS报警输出卡件上均为无源常开和常闭触点, 触点电气参数为220VAC/5A, DCS系统卡件电压为24VDC, 触点电气参数满足接人条件。
(2) 串人的公共报警信号包括低电量关机警告、电池负载、维护配置、通用报警、逆变器负载等, 功能上最大限度地涵盖了各类输出报警工况。
(3) “电池负载”报警输出点已被占用, 故需加装中间继电器进行扩展。
根据以上实际条件和需要实现的功能, 在原图纸中进行了改动设计, 接线如图2所示。虚线为本次改动的接线, 除U11~U14, U21~U24外, 其余均为添加的新线, R1和R2为新添加的中间继电器。
在改动设计中, 将5类报警信号串联为1对开关信号接入DCS系统。在UPS正常工作时, DCS接收到的为常闭开关信号;一旦有故障报警信号产生, 串联回路就断开, DCS接收到的常闭开关信号消失, 触发DCS系统产生报警信号。为保证接线改动影响UPS系统的稳定性和功能, 利用UPS自身的输出电源作为中间继电器的驱动电源, 整个报警回路则遵循失电安全型规则。改动中, 新加中间继电器2个, 涉及到接线18根, 其中新加接线10根, 原有接线改向8根。
改造完成后, 对各种报警信号进行现场实际模拟测试, 每次均能将报警信号及时传人中控DCS系统, 动作及时可靠。
5 结束语
综上所述, UPS对许多行业的安全生产起到重要的作用。UPS在实际的运行中, 存在着各种各样的故障问题, 影响到UPS系统的稳定性和可靠性。所以, 为了及时处理UPS在日常运行中出现的故障, 就要提高理论知识, 结合实际采取相应有效的措施处理故障, 从而确保UPS的正常运行。
参考文献
[1]郭建军, 周松养.UPS故障诊断及处理[J].中国有限电视, 2012 (05) .
化工厂UPS不间断电源系统改造 第11篇
UPS能在电网发生任何异常状况时确保仪表及电气设备在系统电压恢复正常前仍正常工作, 有效抵御电网扰动引起的数据丢失、生产过程失控等危险。化工厂UPS系统主要为以下设备提供不间断电源:仪表控制系统 (DCS、ESD、隔离栅等) 、现场调节阀及现场测量仪表;电气开关柜控制、全厂电力系统监控、DC 24V电源模块及低压再启动系统;变电所、机柜间及装置现场的事故照明。本文将针对某化工厂UPS不合理的地方进行改造, 以完善UPS系统电源的配置, 进而保障UPS系统运行的稳定性。
1 存在问题
1.1 UPS负荷分配不合理
化工厂PTA#2总降UPS负载不仅有事故照明电源、三循仪表控制系统电源, 还有PTA#2总降的监控机电源、保护屏电源等。事故照明电源会影响仪表用电及保护屏用电的安全可靠性。另外, 醋酸变电所单台UPS为化工厂空压站3台空压机的PLC提供电源, 一旦该UPS故障, 3台空压机将全部联锁停车, 影响化工厂、芳烃厂压缩气的使用, 进而导致化工厂和芳烃厂非计划停车。从UPS负荷分配情况看, 负荷分配存在不合理现象。
1.2 电气侧UPS的输入电源未能实现冗余
PTA#2总降UPS为单回路供电, 供电可靠性存在隐患。其它UPS虽然为双回路供电, 但是自身故障时, 静态旁路电源不具有抗系统电压波动的能力, 系统电压波动仍会造成UPS所带负载失电。
1.3 UPS没有脱机检修旁路
部分UPS没有脱机检修旁路, 不能满足UPS离线检修要求。一旦UPS主机发生故障, 只能在线检修, 威胁到检修人员及设备的安全。增加UPS脱机检修旁路后, UPS主机电源能完全断开, 满足UPS离线检修要求, 便于UPS检修维护和保证检修安全。
1.4 UPS电池放电容量不足
蓄电池组性能直接影响UPS作用的发挥。化工厂UPS系统现有蓄电池的使用年限基本达不到规定。某日PTA#1总降1-SPS-3C UPS在主电源系统晃电, 旁路电源质量不稳的情况下自动切至电池向负载供电, 由于系统晃电时间较长, 因此电池放电15min后电压降低, 导致UPS逆变器自动关断, 仪表DCS系统失电, 而该UPS电池的使用年限还有3年, 事故发生前3个月的充放电试验是正常的。后经调查发现, 其中几节电池的电压已严重下降至8V左右, 导致电池的输出电压降低, 进而造成UPS逆变器自动关断。
1.5 UPS输出至仪表侧电源分配未能实现冗余
PTA#1总降1/2-SPS-3B UPS系统分别给仪表两条线的富士电源柜供电。富士电源柜中的10个电源模块只是在1/2-SPS-3B的三相上分配了负荷, 并没有实现UPS自身故障时的冗余安全。目前, 仪表侧部分电源分配情况如图1所示。
1.6 UPS未实现远程监视报警功能
UPS安装在变电所内。由于化工厂装置多且较分散, 而试验班距每个UPS室又较远, 因此UPS运行情况只能在巡视时才能了解。按规定, 电气人员1天仅巡视2次, 因此UPS运行中的故障报警常不能及时发现并处理。
2 解决方案
2.1 PTA#2总降UPS转移
将原醋酸UPS移至PTA#2总降, 其中3台空压机OC-102A/B/C的A台和B台的控制电源及PLC电源仍由原醋酸UPS供电, C台的则由#2总降30kVA UPS供电, 使3台空压机集中风险进一步分散, 任意一台UPS故障时都能保证有一台空压机在运行。将I降2-SPS-3C15kVA UPS移位至II降, 带控制室照明和开关室照明。严格将事故照明电源与仪表用电分开, 保障UPS运行的稳定性。具体分配及UPS接线如图2所示。
2.2 仪表侧电源实现冗余供电
改造该电源系统 (仍沿用这些模块) , 通过1/2-SPS-3A再分别进一路UPS电源, 实现冗余供电。改造后可避免其中一个UPS故障导致仪表10个富士电源模块同时失电, 如图3所示。
2.3 UPS增加脱机检修旁路
为满足UPS离线检修要求, 从UPS静态旁路电源输入开关1Q1上端并接一根电缆经空开1Q2后并至UPS输出开关1Q3下端。一旦UPS故障切至静态旁路, UPS需要离线检修, 就可合1Q2, 分1Q1及1Q3, 将UPS主机完全与电源脱开进行离线检修, 如图2、图4所示。
2.4 及时整组更换重要UPS电池
除对UPS电池进行正常维护外, 还应尽可能使其处于20~25℃环境。记录每台UPS电池的更换日期, 对于使用年限快到的电池, 应及时申报备件并更换, 确保UPS系统运行的稳定性。
2.5 两台UPS串联实现供电冗余
PTA#1总降1-SPS-3C、2-SPS-3C及PTA#2总降0-SPS-1、0-SPS-2 4台UPS的静态旁路电源分别取自另一台UPS的输出, 除去UPS的静态旁路隔离变, 直接将另一台UPS的输出经空开接至本台UPS的静态旁路开关, 从而达到一台UPS故障切至静态旁路时, 通过手动将故障UPS的静态旁路电源切至检修旁路, 实现负载不间断供电地切至另一台正常UPS的目的, 从而提高了UPS向负载供电的可靠性。其中, #1总降1/2-SPS-1为PTA装置现场事故照明电源UPS的输出作为1/2-SPS-3C仪表现场电磁阀UPS的静态旁路电源, PTA#2总降0-SPS-2UPS作为0-SPS-1UPS的静态旁路电源, 如图2、图4所示。
2.6 UPS实现远程报警功能
利用UPS的远程报警功能, 建立UPS远程报警和监控系统, 将所有UPS通过厂内的局域网连接到后台监控系统, 实现UPS远程监控和报警, 缩短发现和处理的时间。根据本厂实际, 将厂内所有UPS的报警接点引至变电所控制室或模拟盘实现报警功能, 一旦UPS故障, 就能及时发出报警。将每台UPS的逆变器供电、电池供电、旁路供电 (维修位置) 、电池低电压预报警、综合报警、完全关机的报警信息干接点串联后, 送至保护继电器或PLC进行编程实现警铃报警。具体实施方案如下。
(1) PTA#1总降UPS报警接线引出方案。PTA#1总降10台UPS报警接点引至一个总接线盒, 再通过DC24V继电器接至总降模拟盘PLC, 在PLC内部编程后, 输出信号经DC 24V继电器引至模拟盘警铃及报警灯显示, 如图5所示。
(2) PTA#2总降UPS报警接线引出方案。PTA#2总降3台UPS及醋酸1台UPS共4台UPS报警接点引至一个总接线盒后, 再经一根总电缆引至6kV备用开关柜综保, 通过编程、设置, 输出信号至前台监控及总报警箱警铃报警, 如图6所示。PTA#3总降UPS报警接线引出方案同PTA2#总降UPS。
3 结束语
