后備型UPS主機內(nèi)部線路板故障維修方法研究

劉振欣

0 引言

后備型UPS在某工廠變電所中被大量安裝使用，在實際工作中，由于長時間不停機使用，經(jīng)常有UPS主機出現(xiàn)內(nèi)部線路板故障問題。發(fā)生故障后，若整體更換線路板，一是費用較高，購買周期較長，無法及時維修；二是部分UPS型號較老，主機線路板早已停產(chǎn)，無法購得，設備就要報廢。因此，本文對后備型UPS主機線路板常見故障進行分析，以期實現(xiàn)快速經(jīng)濟地維修UPS的目的。

1 后備型UPS基本技術特點

后備型UPS是靜止式UPS的最初形式，應用廣泛，技術成熟，一般只適用于小功率范圍。圖1為后備型UPS原理圖。

圖1 后備型UPS原理圖

1.1 后備型UPS功能部件

（1）充電器：市電存在時，通過整流對蓄電池進行浮充充電。（2）逆變器：市電存在時，逆變器不工作，也不輸出功率；當市電掉電時，則由逆變器向負載供電，電壓波形有方波、準方波、正弦波等。（3）自動穩(wěn)壓器：市電存在時，可粗略穩(wěn)壓及吸收部分電網(wǎng)干擾。（4）轉換開關：市電存在時，接通市電向負載供電；市電掉電時，斷開市電通路，接通逆變器，繼續(xù)向負載供電。

1.2 后備型UPS性能特點

（1）當市電存在時，對市電利用率高，一般能達到98%以上。（2）輸出能力強，對負載電流、浪涌系數(shù)、輸出功率因數(shù)、過載等沒有嚴格的限制。（3）輸出電壓穩(wěn)定度、精度較差，但能滿足一般要求。（4）當市電掉電時，其轉換時間一般為7 ms左右。

2 后備型UPS主機線路板常見故障分析

通過分析各種后備型UPS內(nèi)部故障維修實例，UPS主機線路板上元器件故障頻率由高到低有如下順序：交流進線電路—逆變管—功率電阻—取樣變壓器—中小功率二、三極管—集成電路—可調(diào)電阻—繼電器—電解電容—小功率電阻—主電源變壓器。因此，在維修一臺損壞的UPS時，可按此順序在UPS主機內(nèi)查找故障，在普查可疑元件的同時，還要注意檢查一些虛焊、假焊故障。采用與好的元器件對比或用好的元器件替換的方法進行判斷，能較快地發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)故障的原因。

3 后備型UPS主機線路板中的元器件替換

后備型UPS主機線路板上的元器件除普通的阻容元件、二極管、三極管、繼電器等通用元件外，其他均屬專用元件，不易購買到。下面介紹如何用通用元器件來替換UPS主機線路板上專用元器件。

3.1 逆變管的替換

后備型UPS主機線路板上的逆變管主要有達林頓管和V MOS管2類，前者一般用于體積較大的UPS，后者則用于小體積的UPS。逆變管的數(shù)量在不同功率的UPS中不完全一致，一般根據(jù)UPS的功率選擇2只或4只。逆變管的工作方式是推挽式，應盡量配對使用，以保證逆變波形正負半周的對稱性，因此在替換逆變管時，應選用參數(shù)接近的型號替換或全部換成同一型號。

達林頓逆變管的損壞多數(shù)為be結開路，少數(shù)為擊穿性損壞，其維修時的替換原則是以大代小。根據(jù)極性，只要準備MJll032和MJll033 2種達林頓管即可。這2種達林頓管幾乎可代換所有UPS中的達林頓逆變管，是維修UPS的必備配件。

VMOS逆變管的損壞一般為擊穿性損壞，有時會出現(xiàn)炸裂現(xiàn)象，其原型號逆變管不容易購買到，使用 MTP60 N06和2SK727 2種V MOS管，維修一般就可進行。MTP60 N06基本可代換所有工頻逆變型UPS中的VMOS管，這種UPS的特點是機內(nèi)有一個大體積的工頻逆變變壓器。2SK727則可代換所有高頻逆變型UPS中的V MOS管，這種UPS的特點是體積非常小。

3.2 取樣變壓器的替換

后備型UPS主機線路板上一般都有一只取樣變壓器，由于長期處于通電狀態(tài)，且變電所內(nèi)市電電壓偏高，因此較易損壞。取樣變壓器多為一只直焊式帶引腳的小變壓器，其作用是對市電進行取樣，UPS內(nèi)的穩(wěn)壓電路根據(jù)此取樣電壓的高低控制相應的繼電器分合主變壓器的抽頭，對市電進行穩(wěn)壓，同時逆變電路根據(jù)此電壓的有無和是否超限來決定是否進入逆變狀態(tài)。

因此，如果取樣變壓器損壞，UPS將判斷為市電停電，開機后直接進入逆變狀態(tài)。UPS的取樣變壓器功率一般為3 W，這種小變壓器損壞后一般可使用普通收錄機等小電器上使用的小電源變壓器來代換，功率3～5 W即可。替換時如果不知道次級電壓，可試驗一下，通過不在逆變狀態(tài)下測量代換后UPS的輸出電壓來判斷代換是否正確，如果輸出電壓過高，則說明變壓器的次級輸出電壓偏低，反之亦然。另外，某些小體積UPS機內(nèi)無此變壓器，它們的弱電部分沒有與市電進行隔離，所以是用阻容元件直接對市電進行取樣，阻容元件較容易購買，直接購買相同型號更換即可。

3.3 集成電路的替換

后備型UPS主機線路板上的集成電路基本都是通用集成電路。這些集成電路型號前面的字母部分雖然有些差別，但只要型號最后的數(shù)字是一致的，一般都可相互替換。線路板上常見的4000系列和74LS系列通用集成電路，生產(chǎn)廠家較多，較容易購買，只要型號的數(shù)字后綴相同，即可直接互換。

3.4 其他元器件的替換

后備型UPS主機線路板上的整流橋發(fā)生故障可以用4只普通整流二極管替換；壓敏電阻損壞后可用431型或471型來替換；普通小三極管損壞一般均可用2 N5401或2 N555l替換；普通小二極管損壞用1 N4005替換即可，且十分耐用。

4 后備型UPS維修時的安全問題

在維修UPS的過程中，安全問題也是非常重要的，下面簡要介紹3個需要注意的安全問題：（1）許多UPS都采用了熱底板，主機內(nèi)部的弱電電路未與市電隔離，電源開關是弱電開關或輕觸開關，所以連接市電時要盡可能避免維修。（2）由于蓄電池的短路電流很大，維修時若不慎引起短路，有時會嚴重燒損元器件，所以必須將蓄電池與UPS主機斷開進行維修。（3）如果UPS的交流保險管損壞，不可省去保險管不裝，否則一旦遇到短路可能會造成更為嚴重的損壞，甚至會燒毀UPS主機里的主變壓器。

5 結語

應用本文的方法對出現(xiàn)主機線路板故障的后備型UPS進行維修，節(jié)約了可觀的維修資金。以往線路板整體更換還需要一定的備件采購周期，通過更換元器件的方法進行維修，極大地減短了維修時間，提高了變電所運行的穩(wěn)定性。

［1］張穎超，楊貴恒，常思浩，等.UPS原理與維修［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2011