不间断电源UPS工作原理及养护

时间:2022-07-13 06:48:18

不间断电源UPS工作原理及养护

【摘 要】本文简单介绍了UPS电源在广播电视发射中的重要作用、UPS电源主机的维护保养知识,着重介绍了UPS电源的结构和工作原理,并讨论了UPS电源蓄电池组在使用中的注意事项,总结了一些经验,希望能给读者了解和使用、维护UPS电源提供一定的帮助。

【关键词】不间断电源UPS;铅酸免维护蓄电池;维护

0.前言

UPS是不间断电源(uninterruptible power system)的英文简称,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, 能够提供持续、稳定、不间断的电源供应。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供持续、稳定、不间断的电力供应。当市电输入正常时,UPS 将市电稳压后供应给负载使用,此时的UPS就是一台交流市电稳压器,同时它还向机内电池充电;当市电中断(事故停电)时, UPS 立即将机内电池的电能,通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电,使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS 设备通常对电压过大和电压太低都提供保护。因此,在广播电视机房,UPS电源有着不可或缺的作用。

在广播电视播出机房,为了保证播出不间断,对供电有一个特殊要求,就是切换主备电源的自动互投的过程中“保零秒”。互投时出现瞬间闪络停电。这对一般照明负荷影响不大,但是对播出微机、服务器、编码器等设备,影响就很大,所以给播音数字化微机设备供电,为防止丢失数据、死机,需要配置应急电源。另外,在外线全部停电时,启动发电机需要时间,所以对于工艺机房内不允许瞬间闪络断电的负荷,必须配置在线式应急电源(UPS),并严禁其他非播出工艺负荷接入应急电源系统。

1.UPS电源基本工作原理

UPS电源可以在市电出现异常时,有效地净化市电;还可以在市电突然中断时持续一定时间给设备供电,使你能有充裕的时间应付播出故障。UPS之所以能持续不断的供给稳定电能,主要在于其特定的工作原理。图一为在线式UPS原理框图:

图一

如图一所示,UPS电源由可控整流部分、逆变器部分、逆变交流静态开关、旁路交流静态开关、可充电免维护铅酸电池、电池组开关、主机输入输出开关,逆变器故障旁路开关、应急及检修旁路开关等组成。其中电子电路部分统一受主机微电脑控制器控制。其外电停电时,主要有蓄电池组供电。

(1)可控整流部分:为三相可控整流装置,对输入电压、频率的变化范围,以及三相相序有着严格要求。输入电压、频率偏高或偏低会报警,输入相序错误逆变器将停止工作,因此进线电源或发电机组接入时必须保证相序正确(发电机组接入应保证顺相序)。每相整流元件为两个时,称为六脉冲整流,每相整流元件为四个时,称为十二脉冲整流。十二脉冲整流性能好于六脉冲整流,但是设备价钱较高。由于流过可控整流器的电流波形为非正弦波,其谐波成分将对来电电源产生严重污染,所以进线端一般要加隔离滤波装置,部分减轻污染。整流后分两路输出,一路通过智能化充电控制电路向蓄电池充电,另一路供给逆变器。

(2)三相逆变器部分:平时外线供电时,将整流后的直流转变成50赫兹三相交流电输出,在外电停电时,蓄电池提供电源,依靠逆变来保证不间断供电。这两种情况下,逆变器均具有自动稳压、稳频输出的功能。

(3)逆变交流静态开关、旁路交流静态开关以及几个手动开关的功能:当逆变器正常工作时,微电脑控制器控制逆变交流静态开关导通,向负荷送电。一旦逆变器发生内部故障或过电流,自动切断逆变交流静态开关,切换到旁路交流静态开关回路供电,切换速度为微秒级,不会造成工艺负荷停电。因此这两种静态开关必须是互锁的。当然,在逆变器无故障情况下,如果需要进行计划性检修保养,可以通过主机操作面板的操作,人为的停止逆变器工作,设备自动切断逆变交流静态开关,转换到旁路交流静态开关回路供电,切换速度极快,不会造成负荷停电。此时可以安全的手动合上应急及检修旁路开关S3,再切断S1、S2、S4、S5开关,退出UPS运行,进行检修。整个过程不停电。综上所述,可以看到该设备使用的特殊性,要求电气人员必须熟练掌握本设备的原理、操作、故障应急处理。

(4)蓄电池组:由于蓄电池组是停电后逆变器的唯一能源,所以电池的质量、工作环境和检测保养至关重要。电池组容量配置,应根据设备功率和应急延时要求,一般可以选择应急供电15—30分钟。在这个时间段内,可以从容的进行发电机组投入前的倒闸操作,以及启动后备发电机组等工作。运行中注意蓄电池室的通风问题、温度限制问题。对电池室温度一般要求恒定在20度,特别要防止电池冻坏提前报废。应定期进行放电并检测放电曲线,如发现性能下降、漏液、变形等现象必须及时更换。

2.UPS电源的维护保养

作为应急电源的UPS 设备的保养尤为重要,必须定期对设备内部进行清扫,清除强迫风冷电机带进机内的尘土飞絮,检查元件情况、机内外线路连接情况,调测各项指标。发现可疑问题应提前及时更换元件。

UPS电源中蓄电池是平均无故障时间最短的部件,也是保证不间断供电的关键部件,因此,了解UPS蓄电池在使用中的注意事项,并正确使用和维护它尤为重要。

UPS蓄电池一般可分为铅酸蓄电池,铅酸免维护蓄电池及镍镉电池等。考虑到负载条件、使用环境、使用寿命及成本原因,我台发射机房选择使用了铅酸免维护蓄电池。它的主要特点,是在规定的浮充寿命期内不必加水维护,因此又称为免维护铅酸蓄电池。免维护只是与普通蓄电池相比,在使用过程中免去了添加纯净水或蒸馏水的工作,并非免去了一切维护。下面介绍影响UPS电源蓄电池使用寿命的主要因素和注意事项,希望能给大家在蓄电池的使用和维护中提供帮助。

第一,温度对电池的影响;UPS蓄电池最佳使用温度是在15℃到25℃之间,环境温度低,蓄电池容量下降,温度每低一度,容量下降1%。环境温度过高,将加速蓄电池板栅的腐蚀和水分的损失,会使电池过充电产生气体而充电不足,缩短蓄电池的使用寿命。第二:尽量避免深度放电;UPS蓄电池深度放电后会在极板表面生成大颗粒的硫酸铅结晶,久而久之会造成极板硫酸化。放电深度越深,其循环使用次数越少,因此在使用时应避免深度放电。虽然UPS都有低电压(一般单节蓄电池放电至10.5V左右)保护功能,但若UPS电源工作于轻载放电或者空载放电的情况下直至UPS自动关机,就会造成蓄电池的深度放电。因此,在市电中断后就应该注意在UPS电源自动关机前作应急处理,提前关闭UPS。第三,电池存放的影响;电池在存放、运输过程中,会因为自动放电而失去部分容量,因此,在投入使用前,应根据电池的开路电压判断电池的剩余容量,对容量不足的蓄电池进行补充充电。对搁置备用的蓄电池,每3个月应进行一次补充充电,可以通过测量电池开路电压来判断其状态。以12V电池为例,若开路电压高于12.5V,则表示电池储能还有80%以上;若开路电压低于12.5V,则应该立刻进行补充充电;若开路电压低于12V,则表示电池储能不到20%。第四,定期对蓄电池放电;UPS电源蓄电池长期闲置不用或使蓄电池长期处在浮充状态下(即电网长期不停电),会导致蓄电池中大量的硫酸铅吸附到电池的阴极表面,形成所谓的电池阴极板的硫酸盐化,由于硫酸盐是一种绝缘体,它的形成必将对电池的充放电形成不良影响。阴极板上形成的硫酸盐越多,电池的内阻越大,电池的可充放电性能越差,从而导致电池老化,活性下降,使蓄电池的使用寿命大大缩短。应该每隔3到4个月人为的让UPS中的蓄电池放电,放电时间控制在正常放电时间的1/4-1/3为宜。第五,尽可能将蓄电池组安装在清洁、阴凉、通风、干燥的地方;要避免受到阳光、加热器或其他辐射热源的影响。UPS蓄电池应正立放置,不可倾斜。要注意电池的规格和数量的正确性,不同规格、不同批次的UPS电池不能混用。第六,在UPS蓄电池运行中要注意蓄电池连接是否松动,极柱是否锈蚀,外观是否异常,一般情况下可在极柱上涂抹黄油,防止极柱锈蚀。监视蓄电池组的端电压值、浮充电流值、每只蓄电池的电压值,若发现个别蓄电池压差过大,要及时均充。

【参考文献】

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