UPS电源

1 如何设计UPS电源系统

1.1 概述

UPS电源又称不间断电源, 它能在市电突然中断时在一段时间内保证提供稳定的电力, 确保播出设备的正常工作。因此在广播电视行业得到了广泛使用, 尤其在广播电视播出机房和广播电视卫星地球站更是必不可少的设备。为了更好地使用UPS电源, 有必要了解其工作原理、使用及维护情况。

(1) UPS电源的组成。

UPS电源主要分两大部分, 主机和蓄电池。主机再细分则由三个主要部分组成:整流、逆变换、开关控制。它的工作流程是交流转直流, 直流再转交流, 即AD-DC-AC。整流器将输入的交流电转换成直流电向蓄电池充电以及为逆变器供电UPS电源的稳压功能通常是由整流器完成的, 整流器件采用可控硅或高频开关整流器, 本身具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能, 从而当外电发生变化时 (该变化应在系统要求范围内) , 输出幅度基本不变的整流电压。逆变换器将直流电转成交流电, 输出电源频率的稳定则由逆变换器来完成, 频率稳定度取决于逆变换器震荡频率的稳定程度。

(2) UPS电源的工作原理。

在一个UPS电源中, 是依靠蓄电池储能, 蓄电池可以说是这个电源系统的支柱UPS电源之所以能够实现不间断电, 就是因为有了蓄电池, 在市电中断时, 逆变换器能将蓄电池的电能转换成交流电能输出去, 逆变器能将蓄电池的电能转换成交流电能输出送出去, 为其他用电设备继续提供电力。蓄电池除具有以直流电的形式储存电能的功能外, 对整流器来说就像接了一只大容量电容器, 其等效容量的大小, 与蓄电池容量大小成正比。我们知道电容两端的电压是不能突变的, 即可以利用蓄电池对整流器输出中含有的脉冲的抑制性和平滑性消除脉冲干扰, 起到了电源净化功能。UPS电源额定输出功率的大小主要取决于主机部分, 但也与负载性质有关, 因为UPS电源对不同性质的负载驱动能力不同, 一般负载功率应不大于UPS电源额定功率的70%。选择蓄电池容量时应根据负载功率和提供后备电力时间的长短而定, 这些因素各单位情况不尽相同, 要综合考虑。要注意的是由于蓄电池的容量会随着使用时间的增加逐渐降低, 因此选择时必须保留一定的余量。开关控制则包含逆变换器输出静态开关、旁路静态开关、维修旁路开关。

1.2 计算器电池的工作时间

蓄电池的基本参数:电压 (2 V、6 V、12V) 容量 (65AH、100AH等) 在实践过程中, 我们总结出下面的公式, 可以计算出蓄电池的工作时间:蓄电池组容量×电压/主机额定功率×0.75 (功率因数) =满载时蓄电池工作时间例如我们的UPS系统, 主机额定工作功率6500W, 3个电池组电压=12V×10=120V电池组容量=100AH×3=300AH该系统满载时蓄电池工作时间为:300AH×120V/6500W×0.75=7.4小时说明该系统在断电时蓄电池至少可以工作7.4小时。以实际负载功率计算:300AH×120V/4500W=8小时。

我们的前端UPS系统在断电时, 最多坚持8个小时, 此结果经过我们多次放电实验, 证明是正确的。上述公式如果反推, 根据当地实际情况, 确定蓄电池所需要的工作时间, 就可以决定所需的蓄电池容量和电压。

1.3 配线选择

合理选择配线是很重要的, 线径太细, 电流太大, 容易发热而引起火灾;线径太粗, 则造成浪费。根据金属导线的电气特性, 一般多股铜芯线容量为6A/mm, 铝线容量为4A/mm, 确定主机功率后, 可以参考下表选择配线和空气开关。

1.4 选择品牌

在购买UPS电源时, 应主要考虑下列因素:输入电压范围、输出电压范围、输出频率范围、旁路逆变零切换以及抗突波、干扰、谐波失真的能力, 另外, 售后服务也很重要。大量实践证明, 如果UPS输出端的零线对地线的“干扰”电位过高, 会导致计算机网络的数据通讯的误码率增高, 如果使用高频机型, 由于高频辐射, 它会对计算机网络造成影响, 因此选型时应考虑这些问题。

2 UPS系统维护

2.1 主机的维护及注意事项

UPS主机一般是智能型的, 它对环境温度要求不高, 但要求室内清洁卫生, 否则灰尘遇潮湿会引起主机工作紊乱;主机中的参数在使用中不能随意改变;在断电时, 应避免带负载动UPS电源, 应先关掉负载, 等UPS启动后再开启负载, 否则会有多负载的冲击电流和供电电源造成UPS电源瞬间过载, 严重时会损坏变换器;不能让UPS电源经常处于满载或过载。

2.2 蓄电池的维护及注意事项

尽管使用的是免维护蓄电池, 但从广义来说一定的维护还是必要的。首先它对环境温度要求较高, 工作环境一般要求在20°C~25°C之间, 低于15°C时, 其饭店容量下降, , 温度每降低1°C, 其容量下降1%, 而温度过高 (大于30°C) 其寿命就会缩短;其次, 要防止电池短路或深度放电, 深度放电会造成电池内阻增大或充电电压过低从而导致降低甚至失去充电能力, 放电程度越深, 循环寿命越短;第三, 要避免大电流充放电, 否则会造成电池极板膨胀变形, 使得极板活性物质脱落, 内阻增大, 容量下降, 寿命缩短;第四, 由于组合电池电压很高, 存在电击危险, 因此装卸导电联接条、输出线时应有安全保障;第五, 对于不经常停电的地区, 建议用户每隔一个月对UPS进行一次人为的断电, 让UPS电源在逆变状态下工作一段时间, 防止电解液沉淀, 以便让蓄电池维持良好的充放电特性, 延长使用寿命;第六, 搬运电池时不要触动极柱和安全排气阀;第七, 不能用二氧化碳灭火器, 一旦发生火灾, 可用四氧化碳之类的灭火器;第八, 不能把不同容量、不同厂家、不同性能的电池联在一起, 否则会影响整组蓄电池的性能。

摘要：本文简要介绍了有线电视机房前端UPS不间断电源的设计思想、提出了设计标准和日程维护要求, 阐述了UPS电源对机房的重要意义。