浅析UPS的使用与维护

张坤 杨永霞

摘要：UPS电源已经广泛的应用于工业现场的核心设备，它的稳定运行与企业的生产稳定息息相关。本文分析了UPS的两种供电方式的特点，对重要设备的保障提出了探讨性方案，最后说明了日常维护使用注意事项。

关键词：UPS；供电方式；特点；日常维护

中图分类号：U223文献标识码： A

The Use and Maintenance of UPS

Abstract: The UPS power supply has been widely used in the core equipment of industry field, the stable operation of UPS is closely related to stable production of the factory. This paper analyzed the characteristic of two kinds of power supply of UPS and put forward exploratory program for indemnification of the core equipment. Finally, this paper illustrate the precautions of daily use and maintenance.

Key words: UPS; power supply; feature; daily maintenance

1.引言

随着计算机应用的日益普及和PLC等自动化设备的广泛使用，越来越多的重要数据要由计算机进行存储和处理，如果计算机在工作中突然断电，重要数据瞬间丢失将给企业带来重大损失，所以在工业现场对计算机的电源稳定性提出了越来越严格的要求。另一方面，在工业现场广泛使用PLC等高、精、尖的电子设备对电源品质的要求十分苛刻。由于我国公共电力系统存在许多不稳定的因素，如电网电压不稳定、高压尖脉冲、浪涌等。先进的设备在质量差的电源下运行，会出现工作不稳定，故障率高等情况，严重影响设备的稳定运行，给企业带来损失。

为了解决供电系统中存在的诸多问题，UPS电源应运而生，UPS是不间断电源（uninterruptible power system）的英文简称，在市电掉电的情况下，它仍能给负载提供持续、稳定、不间断的电源。它由整流器（AC/DC）、逆变器（DC/AC）、蓄电池、静态开关等组成，其至今已经有了几十年的发展历程。UPS电源不仅可以保证对后续负载的不间断供电，而且还具有提高输出电能品质和稳定输出电压等功能。近年来，由于市场对UPS电源的需求不断增加，而且对UPS电源的功能和品质要求也越来越高，UPS电源己经从最初的单一提供后备电源发展到今天兼顾改善供电质量的双重功能，在对计算机数据的保护、防止负载突然停电和抑制市电电网污染等方面起着非常重要的作用。

2.UPS的工作原理及分类

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，逆变电路是否处于连续工作模式对UPS的影响最大。根据逆变电路是否连续工作可将UPS分为在线式与后背式。

2.1在线式UPS

在线式UPS的电路结构图如图1所示。当市电正常供电时，电源首先通过滤波吸收回路，然后进入整流器，将交流市电变为直流。整流回路对电池组进行充电，同时整流器的输出作为逆变器的输入，经过逆变器的转换后提供给负载使用。若市电供电出现异常，则电池组将作为逆变器的输入，经转换后提供给负载。由此可见，在线式UPS的输出完全由逆变器来供应，不论市电出于正常供电还是异常的情况都能给负载提供稳定且纯净的交流电源。

图1 在线式UPS原理图

2.2后备式UPS

后备式UPS的电路结构如图2所示。当市电正常供电时，市电经过滤波器和调压器后供给负载（这时用户使用的仍然是市电），此时开关S1闭合。当市电异常时，S1断开，S2闭合，电池组作为逆变器的输入电源，经逆变器后供给负载电源。

图2 在线式UPS原理图

对于在线式UPS，从市电供电到市电中断的过程中，逆变器一直处于工作状态，可以认为UPS电源对负载供电的转换时间为0。对于后备式UPS，在市电正常时，逆变器不工作，当市电异常时，逆变器开始工作，同时开关S1断开，S2闭合，所以对于负载而言，从市电供电切换到UPS供电时有4ms~10ms左右的中断供电，所以现在在工业企业中使用的UPS多为在线式UPS。

3.重要用电设备UPS电源保障方案探讨

在工业现场，PLC控制系统电源、电力操作电源对保证设备稳定运行和人身安全都有重要作用，一些重要的动力负荷电源如转炉氧枪提升电源，也对电源的安全性和可靠性有极高的要求。为提供更加可靠的不间断电源，可以采用UPS并机运行方式，这样当一台UPS出现故障时，另一台UPS可承担供电任务，当现场实际只需一台UPS供电时可采用这样的供电方式，当现场有多台UPS时，这种供电方式的UPS利用率低、一次性投入和维护成本高。为解决这一问题可采用如下图所示的供电方式：

图3多用户保障方案连接方式

当现场有2台以上UPS电源时，如果另建一套相同的UPS系统，一次性投入和维护成本将非常大，而且受到场地的限制。这样用一台大容量UPS的输出作为该系统的旁路电源，这样当任意一台或者多台UPS出现故障时，由大容量UPS输出到负载，这样既节省了投资又提高了UPS旁路电源的稳定性。但这种供电方式应注意到以下两点。

（1）小容量UPS电源和大容量UPS的市电电源应取自不同的变压器，防止当一台变压器出现故障时影响所有的UPS。

（2）在选择UPS容量时，大容量UPS的输出功率应能同时满足所有负载。

4.UPS主机维护

4.1UPS额定功率的选择

为保证UPS尽可能的高效工作并延长其使用寿命，合理的选择UPS是非常有必要的。一般情况下负载功率应达到额定功率的70%，例如负载总功率为4000VA，那么UPS的输出功率应选择为4000VA/70%=5714VA，那么就可以选择6KVA的UPS。另外一些小的UPS功率用“W”表示，这个是不准确的，W=VA*功率因素，功率因素在0~1之间，表示负载电流做的有用功百分比。

下面举例如何计算一套UPS的电池供电时间。如现场有一台6KVA的UPS，配套有24块铅酸电池，每块电池12V，100Ah，负载为额定功率的75%，则电池的供电时间可大概计算为：（24*12*100）/（6000*75%）=6.4小时。

4.2UPS主机的维护

在UPS的使用维护过程应注意以下几点：

（1）保持UPS工作环境的清洁卫生、保持室内干燥、温度适宜。

（2）在工业现场UPS机房一般都装有空调，注意UPS主机风扇出风口不要正对空调出风口，防止扇热不畅，定期检查出风口是否有堵塞情况。

（3）确保UPS主机接地良好以避免雷击。

（4）在启动UPS电源时应先切断负载，避免带负载启动，防止损坏逆变器。

（5）不要将感性负载（如冰箱、打印机等）连接到UPS，感性负载接通瞬间会产生震荡电流，可能因为电流峰值超过UPS所能承受的电流值而引起短路，缩短UPS的使用寿命。

（6）每天查看UPS显示屏，检查UPS主机是否有异常的振动或声音，发现故障报警时及时处理。

4.3UPS的使用

（1）开机前检查。开机之前，首先要确定输入的市电接线是否正确，以确保人身和设备安全。特别注意负载总功率不能大于UPS的额定功率。应避免UPS工作在过载状态下，以保证UPS能够正常工作。

（2）开、关机顺序。为了避免负载在启动瞬间产生过大的冲击电流对UPS电源造成损坏。在使用时应首先给UPS 供电，使其处于旁路工作状态，然后再依次合负载开关，这样就避免了负载电流对UPS的冲击，使UPS的使用寿命得以延长。关机顺序可以看做是开机顺序的逆过程，首先逐个关闭负载，再将UPS关闭。（3）使用环境。与电脑的工作环境类似，UPS对环境温度也有一定的要求，通常在0℃至40℃之间都能正常工作。尘土和环境湿度对UPS的正常工作有较大影响，灰尘附着在电路板上后如果环境潮湿则可能导致电路板短路从而烧坏电路板导致UPS损坏，所以要求UPS工作在清洁干燥的环境下。另外，UPS的防磁能力也不是很好，所以不应把强磁性物体放在UPS上，否则会导致UPS工作不正常或者损坏。

5.UPS蓄电池维护

UPS之所以能不间断供电，就是因为在市电掉电的情况下，能靠蓄电池供负载继续工作，所以蓄电池对整个不间断电源系统非常重要，现在UPS系统中广泛使用的是密封铅酸蓄电池。在对蓄电池进行维护时应注意以下几点：

（1）蓄电池应平稳安装，保持蓄电池清洁，检查外壳是否变形，检查有无液体渗漏，检查蓄电池接线柱有无“盐化”现象，检查接线是否有松动情况。

（2）蓄电池环境温度不能过高或者过低，应保持在20℃~25℃，以免影响蓄电池的使用寿命。

（3）切不可将不同容量、不同厂家、不同性能的蓄电池混用，也不能将新旧蓄电池混用。

（4）避免UPS电源深度放电，深度放电会造成蓄电池内阻增大，影响使用寿命。

（5）应定期进行充放电，在工业企业，由于生产连续性可能无法每月定期进行充放电，这样在停产检修时，应对UPS进行放电试验。

6.结束语

正确的使用和维护UPS电源，注意日常维护和保养，使UPS供电系统一直处于良好的状态，能保证用电设备的正常工作，提高运行质量，同时能延长UPS的使用寿命，降低成本。

参考文献

[1]李成章,王涉芳.新型UPS不间断电源的原理和维修[M].北京:电子工业出版社,1995.

[2]周志敏,周纪海,纪爱华.UPS应用于故障诊断. [M].北京:中国电力出版社,2008.