摘 要:本文介绍了UPS电源的分类、工作原理、蓄电池及UPS电源的维护常识。
关键词:UPS 在线式UPS 蓄电池 UPS维护
中图分类号:TN86文献标识码:A文章编号:1672-3791(2011)11(a)-0129-01
UPS是不间断电源系统(Uninterruptible Power System)的英文缩写。当市电供电系统发生断电时,UPS就会及时向用电设备提供电能,使设备仍能不间断地工作一段时间。现今,随着广播电视媒体的飞速发展,UPS电源在广电行业各种技术领域有着越来越广泛的应用,其提供的稳压、纯净、不间断的交流电,有力地保障了广播电视的安全优质播出。UPS的作用如此重要,下面就让我们一同探索UPS的奥秘。
1 UPS的分类
从机械的角度来看,UPS可以分为旋转型和静止型两大类。
旋转型UPS,由整流器,电池,直流电动机,柴油机,飞轮和发电机组成。它的优点是维护简单,比较稳定,但是,其系统庞大,操作不便,电力品质也不高。
随着科学技术的发展和制造工艺的不断提高,出现了静止型UPS。在静止型UPS中,取消了柴油机,发电机等机械组件,改用精密的电子元器件,使UPS发生了质的飞跃。目前,我们广泛应用的UPS就是这种类型。
各种静止型UPS,按性能特点可以分为以下几大类。
(1)按输出功率大小分为小型UPS(10kVA以下)和大中型UPS(10kVA以上)。
(2)按逆变时满负荷条件下允许供电时间的长短,分为短时间供电UPS(2h以内)和长时间供电UPS(2h以上)。
(3)按逆变电器(交直流转换控制电器)是否连续工作分为在线式(On Line)UPS和离线式(Off Line)UPS。
2 UPS的工作原理及性能特点
各类UPS的性能特点与其使用的技术有直接关系。在各种因素中,逆变电路是否连续工作对UPS的影响最大,这使UPS有了后备式与在线式之分。
2.1 后备式UPS
最简单的后备式UPS电路中,当市电输入正常时,逆变供电转换控制电路输出三路信号,其中的一路信号控制由电磁继电器构成的单刀双掷开关S1接通市电供电,此时,负载直接有市电供电；第二路控制信号送至“面版显示电路”,用来指示市电供电状态；第三路控制信号送至逆变器,切断逆变电路。当市电断电后,市电逆变供电转换控制电路输出信号发生变化,其中第一路控制信号使S1倒向逆变供电一边；第二路信号送至“面板显示电路”,以指示逆变供电状态；第三路控制信号送至逆变器,将蓄电池的直流电源逆变成交流电源,经输出变压器升压后,向负载提供有效值近似220V或380V的交流电源。
2.2 在线式UPS
在线式UPS的结构,只是将后备式UPS的断电切换改为了持续供电。对于在线式UPS来说,当市电供电正常时,它首先将市电交流电源变成直流电源。然后,UPS中的逆变器在机内的脉宽调制控制信号的作用下,将直流电源在逆变器中变成功率放大的脉宽调制驱动电源信号,再经逆变器的输出滤波器重新变成我们所需要的交流电来向负载供电。在线式UPS典型的瞬态响应特性为:当UPS的输出端承受100%的加载或减载时,它的输出电压波动不但小于5%,而且这种瞬态电压波动可在20ms内恢复到它的正常稳压值。这样一来,原来存在于市电电网上电压幅度不稳,频率漂移,波形畸变等不利因素,都随着市电交流电源被整流滤波成直流电源而全部解决了。当市电供电中断时,UPS中的逆变器利用机内的蓄电池所提供的直流电源来继续维持正常工作。由于这时并不存在市电供电到逆变器供电的转换操作,它的转换时间当然为零。因此,UPS电源可以一直向负载提供高质量的无任何时间中断的电源,它和市电中断与否毫无关系。所以,我们可以把一台在线式UPS看成一台静止式的高性能发电机组。
3 蓄电池
蓄电池是一种可逆电池,当直流电源正负极分别加到蓄电池正负极上时,蓄电池处于充电状态；当除掉蓄电池的外接直流电源之后,在蓄电池的两极之间加上合适的负载,蓄电池内的化学能会变成电能送给负载。因此,静止型UPS常用蓄电池做储能元件,每个UPS都有一组蓄电池。
3.1 UPS常用蓄电池种类
UPS一般要输出220V或380V的交流电来带动较大的功率的用电设备,因此蓄电池必须有较大的输出电流能力。适于作UPS的蓄电池主要有三类如下。
(1)价格便宜的HS型电池和适用于低温工作的AHH型电池。
(2)适用于长放电时间要求的CS型电池。
(3)小型密封线M型电池。
其中,小型密封式M型电池使用了高氢过电位的板珊材料,采用阴极吸收式密封技术,实现了“水的分解到催化复合到水”的自我循环,使蓄电池在充电过程中少发生或不发生分解和氧气析出,克服了普通蓄电池需要定期补水的缺点,达到了免维护的目的。因此,这类蓄电池又称为免维护可充电池。
3.2 蓄电池的放电特性
蓄电池的放电特性是指蓄电池以不同速率进行放电时,其端电压与放电时间的关系。符号“C”代表蓄电池的放电速率。蓄电池以“1C”的速率放电,就意味着该蓄电池的放电电流以等于该蓄电池的额定容量的绝对值进行放电。
因此,电池的放电电流越小,其输出电压维持稳定的时间也越长；放电电流越大,电流维持其输出电压稳定的能力也就越差。因此,控制好放电电流,尽量避免大电流放电是延长电池寿命的重要因素。
4 UPS的使用和维护
在使用UPS时,我们应重视对蓄电池的正确使用及维护,因为蓄电池可以说是UPS的心脏。那么,在电池的使用及维护中,应当注意哪些问题呢？
首先,电池应当正立安装放置,不可倾斜,电池组中每个电池间端子连接要牢固。在新的电池安装完毕后,要进行一次较长时间的充电。使用中正常充电时,最好采用分级定流充电方式,即在充电初期用较大电流,充电一定时间后,改用较小电流。
其次,UPS应尽可能安装在清洁,阴凉,通风,干燥的地方,并要避免受到阳光,加热器或其它辐射热源的影响,让电池有一个良好的工作,存储环境。实验证明,存储温度越高,电池的残留容量越小。若将蓄电池存在温度高达50℃的环境中2.5个月不使用,则有可能出现由于蓄电池超过其自身的存储寿命,而导致蓄电池产生永久性损坏。所以,如果UPS闲置不使用,就应该人为地对蓄电池进行充、放电的“激活”操作。
最后,在使用过程中,还应注意电池的放电深度问题,因为密封免维修蓄电池的使用寿命与电池的放电深度密切相关。所谓放电深度是指用户在使用电池的过程中,让电池放出的容量占它的标准容量的百分比。按电池生产厂家所提供的数据:当电池放电深度为100%时,电池的实际使用寿命大约是200～250次充放电循环；如果将电池的放电深度50%,它所允许的充放电循环次数可增加到500～600次左右。由此可见,为了延长电池的使用寿命,除非迫不得已,不要让电池处于深度放电状态。
