UPS電源的工作原理及維護

【摘要】本文闡述了UPS電源的種類和運行特點，以及日常應(yīng)用中的維護和維修方法。

【關(guān)鍵詞】UPS;逆變器;智能化;蓄電池;維護

UPS電源也稱不間斷電源，能夠提供持續(xù)、穩(wěn)定、不間斷的電源供應(yīng)的重要外部設(shè)備。它在市電停止供應(yīng)的時候，能保持一段供電時間，使人們有時間存盤，再從容地關(guān)閉機器。

一、UPS電源的工作原理

UPS電源按工作原理分成后備式、在線式與在線互動式三大類。UPS電源現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于：工業(yè)、通訊、國防、醫(yī)院、廣播電視、計算機業(yè)務(wù)終端、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲設(shè)備等領(lǐng)域。

1.在線式

在線式UPS的運作模式為市電和用電設(shè)備是隔離的，市電不會直接供電給用電設(shè)備，而是到了UPS就被轉(zhuǎn)換成直流電，再兵分兩路，一路為電池充電，另一路則轉(zhuǎn)回交流電，供電給用電設(shè)備，市電供電品質(zhì)不穩(wěn)或停電時，電池從充電轉(zhuǎn)為供電，直到市電恢復(fù)正常才轉(zhuǎn)回充電，UPS在用電的整個過程是全程介入的。其優(yōu)點是輸出的波型和市電一樣是正弦波，而且純凈無雜訊，不受市電不穩(wěn)定的影響，可供電給電感型負(fù)載，例如電風(fēng)扇，只要在UPS輸出功率足夠的前題下，可以供電給任何使用市電的設(shè)備。

UPS電源一直使其逆變器處于工作狀態(tài)，通過電路將外部交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，再通過高質(zhì)量的逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為高質(zhì)量的正弦波交流電輸出給計算機。在線式UPS在供電狀況下的主要功能是穩(wěn)壓及防止電波干擾;在停電時則使用備用直流電源（蓄電池組）給逆變器供電。由于逆變器一直在工作，因此不存在切換時間問題，適用于對電源有嚴(yán)格要求的場合。在線式UPS電源不同于后備式的一大優(yōu)點是供電持續(xù)長，一般為幾個小時，也有大到十幾個小時的，它的主要功能是可以讓您在停電的情況可像平常一樣工作，顯然，由于其功能的特殊，價格也明顯要貴很多。這種在線式UPS比較適用于計算機、廣電、交通、銀行、證券、通信、醫(yī)療、工業(yè)控制等行業(yè)，因為這些領(lǐng)域的電腦一般不允許出現(xiàn)停電現(xiàn)象。

2.后備式

后備式又稱為非在線式不間斷電源，它只是“備援”性質(zhì)的UPS，市電直接供電給用電設(shè)備也為電池充電，一旦市電供電品質(zhì)不穩(wěn)或停電了，市電的回路會自動切斷，電池的直流電會被轉(zhuǎn)換成交流電接手供電的任務(wù)，直到市電恢復(fù)正常，UPS只有在市電停電了才會介入供電，不過從直流電轉(zhuǎn)換的交流電是方波，只限于供電給電容型負(fù)載，如電腦和監(jiān)視器。平時處于蓄電池充電狀態(tài)，在停電時逆變器緊急切換到工作狀態(tài)，將電池提供的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的交流電輸出，因此后備式UPS也被稱為離線式UPS。后備式UPS電源的優(yōu)點是：運行效率高、噪音低、價格相對便宜，主要適用于市電波動不大，對供電質(zhì)量要求不高的場合，比較適合家庭使用。然而這種UPS存在一個切換時間問題，因此不適合用在關(guān)鍵性的供電不能中斷的場所。不過實際上這個切換時間很短，一般介于2至10毫秒，而計算機本身的交換式電源供應(yīng)器在斷電時應(yīng)可維持10毫秒左右，所以個人計算機系統(tǒng)一般不會因為這個切換時間而出現(xiàn)問題。后備式UPS一般只能持續(xù)供電幾分鐘到幾十分鐘，主要是讓您有時間備份數(shù)據(jù)，并盡快結(jié)束手頭工作，其價格也較低。對不是太關(guān)鍵的電腦應(yīng)用，比如個人家庭用戶，就可配小功率的后備式UPS。

3.線上交錯式

線上交錯式又稱為線上互動式或在線互動式，基本運作方式和離線式一樣，不同之處在于線上交錯式雖不像在線式全程介入供電，但隨時都在監(jiān)視市電的供電狀況，本身具備升壓和減壓補償電路，在市電的供電狀況不理想時，即時校正，減少不必要的切換，延長電池壽命。

這是一種智能化的UPS電源，所謂在線互動式UPS，是指在輸入市電正常時，UPS的逆變器處于反向工作（即整流工作狀態(tài)），給電池組充電;在市電異常時逆變器立刻轉(zhuǎn)為逆變工作狀態(tài)，將電池組電能轉(zhuǎn)換為交流電輸出，因此在線互動式UPS也有轉(zhuǎn)換時間。同后備式UPS相比，在線互動式UPS電源的保護功能較強，逆變器輸出電壓波形較好，一般為正弦波，而其最大的優(yōu)點是具有較強的軟件功能，可以方便地上網(wǎng)，進(jìn)行UPS的遠(yuǎn)程控制和智能化管理。可自動偵測外部輸入電壓是否處于正常范圍之內(nèi)，如有偏差可由穩(wěn)壓電路升壓或降壓，提供比較穩(wěn)定的正弦波輸出電壓。而且它與計算機之間可以通過數(shù)據(jù)接口（如RS-232串口）進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，通過監(jiān)控軟件，用戶可直接從電腦屏幕上監(jiān)控電源及UPS狀況，簡化、方便管理工作，并可提高計算機系統(tǒng)的可靠性。這種UPS集中了后備式UPS效率高和在線式UPS供電質(zhì)量高的優(yōu)點，但其穩(wěn)頻特性不是十分理想，不適合做常延時的UPS電源。

隨著計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的擴展，現(xiàn)在在網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的UPS不再

只是單純的電源設(shè)備，而逐步成為整個網(wǎng)絡(luò)中電源的管理中心，UPS由最初單純不間斷供電已發(fā)展到今天的智能化、多功能。新型的UPS本身融合了多種新技術(shù)，UPS不僅是提供不間斷電源的工具，而且當(dāng)作為負(fù)載的設(shè)備在無人值守時，當(dāng)市電故障后，UPS可以按照事先的約定順序關(guān)機，甚至還可以自動發(fā)傳呼或E-mail給管理者?，F(xiàn)代的UPS與服務(wù)器上的軟件協(xié)同工作，還能實現(xiàn)事件記錄、故障告警、UPS參數(shù)自動測試分析、調(diào)節(jié)等多項功能，提供了完全的電源管理解決方案?，F(xiàn)在有些UPS甚至可以對環(huán)境溫度、濕度和煙霧等進(jìn)行監(jiān)視。

二、日常維護與修理

1.UPS電源在正常應(yīng)用情況下，主機的維護操作很少，主要是防塵和定期除塵。特別是氣候干燥的地區(qū)，空氣中的灰粒較多，機內(nèi)的風(fēng)機會將灰塵帶入機內(nèi)沉積、當(dāng)遇空氣潮濕時會引起主機控制紊亂造成主機工作失常，并發(fā)生不準(zhǔn)確告警，大量灰塵也會造成器件散熱不好。一般每季度應(yīng)徹底清潔一次。其次就是在除塵時，檢查各連接件和插接件有無松動和接觸不牢的情況。

2.雖說儲能電池組現(xiàn)在都采用了免維護電池，但這只是免除從前的測比、配比、定時增加蒸餾水的作業(yè)。但外因工作狀態(tài)對電池的影響并沒有轉(zhuǎn)變，不正常工作狀態(tài)對電池造成的影響沒有變，這部分的維護修理工作仍是十分重要的，UPS電源系統(tǒng)的大量維修修理工作主要在電池部分。

a.儲能電池的作業(yè)全副是在浮充狀態(tài)，在這種情況下至少應(yīng)每年進(jìn)行一次放電。放電前應(yīng)先對電池組進(jìn)行均衡充電，以達(dá)全組電池的均衡。要清楚放電前電池組已存留的退步電池。放電過程中如有一只達(dá)到放電終止電壓時，應(yīng)停止放電，繼續(xù)放電先鏟除退步電池后再放。

b.核對性放電，不是首先尋求放出容量的百分之多少，而是要關(guān)注發(fā)現(xiàn)和處理退步電池，經(jīng)對退步電池處理后再作核對性放電實驗。這樣可避免事端，以免放電中退步電池惡化為反極電池。

c.平時每組電池至少應(yīng)有8只電池作標(biāo)示電池，作為了解全電池組工作情況的參看，對標(biāo)示電池應(yīng)定期測量并做好記錄。

d.日常維護中需檢查的項目有：清潔并檢測電池兩端電壓、溫度;連接處有無松動，腐蝕現(xiàn)象、檢測連接條壓降;電池外觀是否完整，有無殼變形和滲漏;極柱、安全閥周圍是否有酸霧逸出;主機設(shè)備是否正常。

e.免維護電池要維護，不是什么無稽之談，應(yīng)從廣義的維護立場出發(fā)，做到運行、日常管理的周到、細(xì)致和規(guī)范性，保證設(shè)備（包括主機設(shè)備）保持良好的運行狀況，從而延長應(yīng)用年限;保證直流母線保持合格的電壓和電池的放電容量;保證電池運行和人員的安全可靠。這就是電池維護的目的，也是電池運行規(guī)程中包括的內(nèi)容和運行守則。

3.當(dāng)UPS電池系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，應(yīng)先查明理由，分清是負(fù)載還是UPS電源系統(tǒng);是主機還是電池組。雖說UPS主機有故障自檢功能，但它對面而不對點，對更換配件很方便，但要維修故障點，仍需做大量的分析、檢測工作。另外如自檢部分發(fā)生故障，顯現(xiàn)的故障內(nèi)容則可能有誤。

4.對主機出現(xiàn)擊穿，斷保險或焚毀器件的故障，定然要查明理由并消除故障后才能從頭啟動，不然會接連發(fā)生等同的故障。

5.當(dāng)電池組中發(fā)現(xiàn)電壓反極、壓降大、壓差大和酸霧泄露現(xiàn)象的電池時，應(yīng)即時采用相應(yīng)的方法還原和修復(fù)，對不能還原和修復(fù)的要更換，但不能把不同容量、不同性能、不同廠家的電池聯(lián)在一起，不然可能會對整組電池帶來不利影響。對壽命已過期的電池組要即時更換，以免影響到主機。

再好的設(shè)備也有壽命，也會出現(xiàn)各類故障，但維護工作做的好可以延長壽命，減少故障的發(fā)生，這和人的壽命長短、生老病死是一樣的道理。不要因為高智能、免維護而忽略了本應(yīng)進(jìn)行的維護工作，防備在任何時候都是安全運行的重要保障。

作者簡介：王翀鴻（1976—），男，工程師，甘肅省廣電局冬青頂轉(zhuǎn)播臺機組長。