發(fā)射臺(tái)站供配電系統(tǒng)安裝UPS后電路分析

張 軍 楊濤濤

1.內(nèi)蒙古自治區(qū)廣播電視傳輸發(fā)射中心杭錦843臺(tái) 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯市 017400

2.內(nèi)蒙古自治區(qū)廣播電視傳輸發(fā)射中心烏審854臺(tái) 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯市 017300

1 引言

UPS 也叫不間斷電源，是一種含有儲(chǔ)能裝置、恒壓恒頻輸出的電源保護(hù)設(shè)備，用于給負(fù)載提供安全穩(wěn)定的電源。當(dāng)市電電網(wǎng)出現(xiàn)故障現(xiàn)象時(shí)，UPS 能保證應(yīng)急輸出一個(gè)連續(xù)性的交流電源，使負(fù)載在電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)還能繼續(xù)工作并保護(hù)負(fù)載軟、硬件不受損壞。UPS 系統(tǒng)安裝能有效解決發(fā)射臺(tái)站停電、用電安全問(wèn)題，能有效保障安全播出工作，提高播出效率。

2 UPS 原理

UPS 原理如圖1 所示，架構(gòu)包含整流器、逆變器、電池組、控制電路、電子靜態(tài)旁路開(kāi)關(guān)和維修旁路開(kāi)關(guān)等部分，也包含輸入輸出濾波、過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、短路保護(hù)、電池電壓檢測(cè)以及報(bào)警裝置等電路。可以解決電網(wǎng)停電、網(wǎng)壓劇烈波動(dòng)、電網(wǎng)與電源污染、交流動(dòng)力維護(hù)等問(wèn)題。

圖1 在線式UPS 原理圖

3 安裝UPS 后供電輸出路徑

結(jié)合原有配電設(shè)備進(jìn)行UPS安裝改造，最大限度保證用電安全可靠。將UPS 加裝在穩(wěn)壓/直通輸出端，UPS 正常工作時(shí)采取市電直通輸出，故障時(shí)采取穩(wěn)壓輸出至旁路檢修，可以有效保護(hù)負(fù)載軟、硬件不受損壞，通過(guò)這樣的線路設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)單路供電6 種輸出方式，雙路供電12 種輸出方式，極大地提高了供電安全可靠性和穩(wěn)定性，有效保障了安全播出。

3.1 主路模式

主路模式單路供電可以有兩種路徑傳輸，即市電交流直通輸出或穩(wěn)壓輸出，如圖2 所示，開(kāi)關(guān)S2 切換至主路輸入。

圖2 市電正常時(shí)電源能量的流向

UPS 正常工作模式，輸入市電經(jīng)過(guò)整流器全波整流，將交流電變換成直流電，再經(jīng)逆變器逆變，將直流電變換成穩(wěn)定的定頻交流電然后輸出。經(jīng)由整流、逆變兩級(jí)變換濾波以后，輸出高精度、高質(zhì)量的交流電，能夠有效預(yù)防電源浪涌、瞬態(tài)尖峰、高壓脈沖、諧波污染、線間噪聲、頻率漂移等影響負(fù)載運(yùn)行的干擾因素，此時(shí)的UPS 就是一臺(tái)交流式穩(wěn)壓器，同時(shí)還向蓄電池充電。

3.2 靜態(tài)旁路模式

靜態(tài)旁路模式單路供電可以有兩種路徑傳輸，即市電直通輸出或穩(wěn)壓輸出，如圖3 所示，開(kāi)關(guān)S2 切換至旁路輸入。

圖3 UPS 故障或負(fù)載過(guò)大時(shí)電源能量的流向

UPS 偵測(cè)到功率模塊故障，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)到旁路。旁路電源會(huì)直接給負(fù)載提供能量，旁路模式下負(fù)載供電質(zhì)量不受UPS 保護(hù)，容易受到異常狀況的影響，為保證負(fù)載得到穩(wěn)壓電壓，可將直通/穩(wěn)壓開(kāi)關(guān)S2 切換至4 腳，S3 自動(dòng)吸合，通過(guò)穩(wěn)壓送至旁路輸入端，這樣就可以保證負(fù)載供電質(zhì)量。

UPS 通過(guò)電子旁路開(kāi)關(guān)，完成電源從市電旁路供電到由逆變器供電的切換過(guò)程。靜態(tài)開(kāi)關(guān)是將一對(duì)反向并聯(lián)的快速可控硅連接起來(lái)，作為UPS 供電切換的轉(zhuǎn)換元件，其接通時(shí)間很短，為納秒數(shù)量級(jí)。這就是為什么安裝UPS 后，供電能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換時(shí)間為“零”的不間斷供電。

3.3 蓄電池模式

當(dāng)市電輸入或者整流器發(fā)生異常時(shí)，UPS 轉(zhuǎn)蓄電池模式，如圖4 所示，此時(shí)功率模塊從電池獲取能量，經(jīng)逆變器變換成交流電以后輸出。

圖4 市電中斷時(shí)電源能量的流向

這樣就使負(fù)載在感覺(jué)不到任何變化的同時(shí)保持運(yùn)行，真正保證了負(fù)載的不間斷運(yùn)行。蓄電池作為UPS 的儲(chǔ)能設(shè)備，決定了負(fù)載運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短。在市電正常時(shí)，整流器提供一個(gè)直流浮充電電壓，此時(shí)逆變器已經(jīng)激活，但未輸出；在市電不正?；蛑袛鄷r(shí)，蓄電池會(huì)向逆變器提供工作電壓，逆變器輸出交流電，保證了UPS 交流輸出的連續(xù)性，進(jìn)而保障負(fù)載安全運(yùn)行。

3.4 檢修旁路模式

檢修旁路模式單路供電可以有兩種路徑傳輸，即市電交流直通輸出或穩(wěn)壓輸出，如圖5所示，開(kāi)關(guān)S2 切換至旁路輸入。

圖5 UPS 系統(tǒng)檢修旁路電源能量流向

當(dāng)整套UPS 電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，立即開(kāi)啟維修旁路開(kāi)關(guān)，市電直通向負(fù)載供電，不影響維修，線路設(shè)計(jì)如圖5所示。

總結(jié)

UPS 作為后備電源，得到廣泛的應(yīng)用，在用戶外部供電發(fā)生故障中斷時(shí)發(fā)揮著不可替代的作用。在發(fā)射臺(tái)，UPS 不僅為發(fā)射設(shè)備、信號(hào)源接收設(shè)備、自臺(tái)監(jiān)控設(shè)備等重要設(shè)備提供電源，防止因突然斷電而影響安全播出工作，同時(shí)還可以消除市電中的電涌、瞬間電壓、電線噪聲和頻率偏移等“電源污染”給設(shè)備造成的損害，改善電源質(zhì)量，提高供電安全。