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浅谈UPS电源的基本工作原理、分类及配置方法

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随着信息技术的飞速发展和现代煤矿企业面临的安全生产、经营形势的需要,建设数字化企业成为各级领导的共识。在数字化矿山建设过程中,为各类信息系统提供优质电源环境,确保系统数据和硬件设备的安全以及系统在突然断电后的持续工作,必须为系统配置UPS 电源。了解和掌握UPS 电源的基本工作原理、分类,主机及汤浅蓄电池延时配置方法。为不同功能信息系统配置合适UPS电源及UPS后备蓄电池,无论对管理人员还是维护人员来讲都具有重要的意义。

 

1.UPS 电源基本工作原理

 

    经过输入滤波器,将市电中的高频电磁干扰、射频干扰、尖峰脉冲等干扰进行吸收、抑制处理,分成四路分别进入以下处理:

 

1)送到具有“功率因数校正功能”的整流器输入端进行整流处理。

 

2)进入UPS 同步锁相电路,提取同步信号以便逆变器在市电停电时将蓄电池组产生的直流电进行瞬时同步逆变,保证负载侧供电的同步连

 

3)经充电器对UPS 所配置的蓄电池组进行“浮充”式充电,其浮充电压应为电池组标称端电压的1.125 倍。

 

4)直接经交流旁路供电通道馈送到切换开关的常闭触点上。在当逆变器或微处理器发生故障时由市电直接向负载供电,避免负载供电中断。整流器将输入的带有干扰的市电整流为幅值稳定的直流电源送到逆变器的直流总线输入端。当市电正常时,整流器输出电压高于直流变换器输出的直流电压,在微处理器的控制下,蓄电池不向逆变器提供逆变电源。逆变器在微处理器提供的正弦脉宽调制脉冲的控制下,将整流器输出的高压直流电逆变成标准的50 Hz 的正弦波电源。当市电中断或市电过高过低时,在微处理器的控制下,直流变换器将蓄电池的直流电压提升到符合逆变器输入所要求的电压水平,经逆变器向负载输出电源。

 

2. UPS 电源的特点

 

1)同步锁相功能。同步锁相电路除了实现主备电源的同步切换外,还能使逆变器输出的电压、频率保持在所要求的误差范围内。当市电频率超过误差范围时,逆变器输出电压频率不再跟踪市电频率,而是同步于本机石英晶体振荡频率50 Hz±0.5%,从而确保逆变器输出电压、频率的稳定。输入功率因数校正电路的作用是使进入整流器的输入电流和电压保持良好相位一致的关系。

 

2)自动保护功能。自动保护电路具有两种主要的保护功能:一是逆变器负载过载或短路的自动保护,可以有效防止逆变器中的IGBT 等大功率开关元件在负载短路时被烧毁。二是电池电压过低自动保护。UPS 电源在市电中断或不正常时会将蓄电池组的能量立即提供给逆变器,随着蓄电池放电时间的延长,电池所存贮的能量逐渐释放出来,电池的电压也随之降低,当下降到阈值电平时,为防止电池组因过度放电而损坏,保护电路会立即停止逆变器的工作,中断电池组的放电过程。

 

3)稳压精度高。逆变器输出电压负反馈电路的功能是:在逆变器输出电路中,通过建立“逆变器输出→微处理器→逆变器PWM 调节→逆变器输出”这样一个电子负反馈闭环控制回路,可确保UPS 向负载提供高精度稳压电源(≤±2%)。

 

3 .UPS 电源的分类

 

    UPS 电源分为离线式、在线式和在线互动式三类。

 

1)离线式UPS 电源。该类UPS 电源平时处于蓄电池充电状态,市电断电时逆变器紧急切换到工作状态,将电池提供的直流电转变为稳定的交流电输出,切换时间一般介于2~8 ms,不适合用在关键性的供电不能中断的场所。因多数微电子设备本身的交换式电源供应器在断电时可维持10 ms,所以该部分设备一般不会因为这个切换时间而出现问题。

 

2)在线式UPS 电源。该类UPS 电源逆变器始终处于工作状态,通过电路将市电转变为直流电,再通过逆变器将直流电转变为高质量的正弦波交流电输出,市电断电时无切换时间,适用于对电源有严格要求的场合。

 

3)在线互动式UPS 电源。该类UPS 电源是一种智能化电源,可自动侦测市电电压是否处于正常范围之内,如有偏差可由稳压电路升压或降压,提供稳定的正弦波输出电压。与计算机之间可以通过数据接口进行数据通讯,通过监控软件,用户可直接从电脑屏幕上监控UPS 电源状态。

 

4 .UPS 电源配置方法

 

    4.1 UPS 电源容量数配置方法

 

通常情况下,负载设备提供标称电压和标称

 

电流,负载容量数如下:

 

负载容量数=电压数×电流数

 

特殊情况下,负载设备只给出了功率W 数的信息,容量数如下:

 

负载容量数=功率×1.4

 

应配UPS 电源容量数=负载容量数÷0.7

 

     4.2 后备延时蓄电池配置方法

 

1)UPS 蓄电池的主要技术指标。UPS 蓄电池的额定电压和额定容量是两个最常用的技术指标,额定电压指UPS 蓄电池正负极间的电压,也称端电压。额定容量是指充足电的蓄电池放电到终止电压时输出的电量。在恒流放电的情况下,容量Q=I t

 

式中Q—电池放出的电量,AH;

I—放电电流,A;

t—放电时间,h。

 

2)后备延时蓄电池配置方法。UPS 蓄电池组额定电压≥UPS 电源启动直流电压(各UPS 电源出厂时标明启动直流电压)。UPS 电源功率×延时时间÷UPS 电源启动直流电压=所需蓄电池安时数

 

5 .结论

 

    目前,UPS 电源在信息技术、自动化控制领域得到了广泛的应用。同时,其本身也不断朝着智能化、网络化、高可靠性与安全性方面快速发展。

 

 

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