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UPS电源基本原理和故障分析

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一、UPS电源设备概述

 

随着计算机的普及信息处理技术的不断发展,当今在通讯系统,信息处理系统,自动控制系统,交通管理系统,医用控制系统及航空航天、气象金融等。许多部门都已普及应用了计算机。为了保证计算机的正确、安全运行,我们对供电电源提出了越来越严格的要求,而UPS就是针对这一要求而设计发展普及起来的一种供电系统(Uninterruptible  Power  System)称为“不间断电源系统”或“不停电供电系统”简称UPS。现在不间断电源,在计算机的外围设备中已经从一个不是很受重视的角色迅速演变成为互联网的关键设备及电子商务的保卫者。UPS作为信息社会的基石,已开始了它新的历史使命,随着国际互联网时代的到来,对电力供电质量提出了越来越高的要求,无论是整个网络的设备还是数据传输途径给以端到端的全面保护,都要求配备高质量的不间断电源。

 

当市电供电出现以下供电质量问题时:

 

1)电涌。

 

2)高压尖峰。

 

3)暂态过压。

 

4)电压下陷。

 

5)线路燥声。

 

6)频率偏移。

 

7)持续低压。

 

8)市电中断。

 

UPS将确保输出以稳定、纯净,不间断的正弦波交流电压,从而使微机系统正常工作。

 

二、基本应用原理

 

从基本应用原理上讲,UPS是一种含有储能装置,以逆变器为主要元件,稳压稳频输出的电源保护设备。主要由整流器、蓄电池、逆变器和静态开关等几部分组成。

 

1)整流器:整流器是一个整流装置,简单的说就是将交流(AC)转化为直流(DC)的装置。它有两个主要功能:第一,将交流电(AC)变成直流电(DC),经滤波后供给负载,或者供给逆变器;第二,给蓄电池提供充电电压。因此,它同时又起到一个充电器的作用;

 

2)蓄电池:蓄电池是UPS电源用来作为储存电能的装置,它由若干个电池串联而成,其容量大小决定了其维持放电(供电)的时间。其主要功能是:1当市电正常时,将电能转换成化学能储存在电池内部。2当市电故障时,将化学能转换成电能提供给逆变器或负载;

 

3)逆变器:通俗的讲,逆变器是一种将直流电(DC)转化为交流电(AC)的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成;

 

4)静态开关:静态开关又称静止开关,它是一种无触点开关,是用两个可控硅(SCR)反向并联组成的一种交流开关,其闭合和断开由逻辑控制器控制。分为转换型和并机型两种。转换型开关主要用于两路电源供电的系统,其作用是实现从一路到另一路的自动切换;并机型开关主要用于并联逆变器与市电或多台逆变器。

 

目前,主流的UPS厂商有APC、山特等,都提供各种级别的UPS满足不同用户群的需要。

 

 从原理上来说,UPS是一种集数字和模拟电路,自动控制逆变器与免维护贮能装置于一体的电力电子设备;  

 

从功能上来说,UPS可以在市电出现异常时,有效地净化市电;还可以在市电突然中断时持续一定时间给电脑等设备供电,使你能有充裕的时间应付;  

 

从用途上来说,随着信息化社会的来临,UPS广泛地应用于从信息采集、传送、处理、储存到应用的各个环节,其重要性是随着信息应用重要性的日益提高而增加的。

 

三、常见故障参考

 

因此我们(索瑞德UPS电源解决方案专家)对UPS电源常见故障现象的分析处理进行介绍,通过以下参考能够帮助到一些广大朋友。

 

问题一:有市电时UPS电源输出正常,而无市电时蜂鸣器长鸣,无输出。     

 

故障分析:从现象判断为蓄电池和逆变器部分故障,可按以下程序检查:

 

1、检查蓄电池电压,看蓄电池是否充电不足,若蓄电池充电不足,则要检查是蓄电池本身的故障还是充电电路故障。

 

2、若蓄电池工作电压正常,检查逆变器驱动电路工作是否正常,若驱动电路输出正常,说明逆变器损坏。

 

3、若逆变器驱动电路工作不正常,则检查波形产生电路有无PWM控制信号输出,若有控制信号输出,说明故障在逆变器驱动电路。

 

4、若波形产生电路无PWM控制信号输出,则检查其输出是否因保护电路工作而封锁,若有则查明保护原因;

 

 

5、若保护电路没有工作且工作电压正常,而波形产生电路无PWM波形输出则说明波形产生电路损坏

 

上述排故顺序也可倒过来进行,有时能更快发现故障。

 

问题二:逆变器功率级一对功放晶体管损坏,更换同型号晶体管后,运行一段时间又烧坏的原因是电流过大,而引起电流过大的原因有:

 

1、过流保护失效。当逆变器输出发生过电流时,过流保护电路不起作用;

 

2、脉宽调制(PWM)组件故障,输出的两路互补波形不对称,一个导通时间长,而另一个导通时间短,使两臂工作不平衡,甚至两臂同时导通,造成两管损坏;

 

3、功率管参数相差较大,此时即使输入对称波形,输出也会不对称,该波形经输出变压器,造成偏磁,即磁通不平衡,积累下去导致变压器饱和而电流骤增,烧坏功率管,而一只烧坏,另一只也随之烧坏。

 

问题三:蓄电池电压偏低,但开机充电十多小时,蓄电池电压仍充不上去。     

 

故障分析:从现象判断为蓄电池或充电电路故障,可按以下步骤检查:

 

1、检查充电电路输入输出电压是否正常;

 

2、若充电电路输入正常,输出不正常,断开蓄电池再测,若仍不正常则为充电电路故障;

 

3、若断开蓄电池后充电电路输入、输出均正常,则说明蓄电池已因长期未充电、过放或已到寿命期等原因而损坏。

 

问题四:UPS电源开机后,面板上无任何显示,UPS电源不工作。

 

故障分析:从故障现象判断,其故障在市电输入、蓄电池及市电检测部分及蓄电池电压

 

检测回路:

 

1、检查市电输入保险丝是否烧毁;

 

2、若市电输入保险丝完好,检查蓄电池保险是否烧毁,因为某些UPS当自检不到蓄电池电压时,会将UPS的所有输出及显示关闭;

 

3、若蓄电池保险完好,检查市电检测电路工作是否正常,若市电检测电路工作不正常且UPS不具备无市电启动功能时,UPS同样会关闭所有输出及显示。     

 

4、若市检测电路工作正常,再检查蓄电池电压检测电路是否正常。

 

问题五:在市电供电正常时开启UPS电源,逆变器工作指示灯闪烁,蜂鸣器发出间断叫声,UPS电源只能工作在逆变状态,不能转换到市电工作状态。

 

故障分析:不能进行逆变供电向市电供电转换,说明逆变供电向市电供电转换部分出现了故障,要重点检测:

 

1、市电输入保险丝是否损坏;

 

2、若市电输入保险丝完好,检查市电整流滤波电路输出是否正常;     

 

3、若市电整流滤波电路输出正常,检查市电检测电路是否正常;

 

4、若市电检测电路正常,再检查逆变供电向市电供电转换控制输出是否正常。

 

问题六:一台后备UPS有市电时工作正常,无市电时逆变器有输出,但输出电压偏低,同时变压器发出较大的噪音。

 

故障分析:逆变器有输出说明末级驱动电路基本正常,变压器有噪音说明推挽电路的两臂工作不对称,检测步骤如下:     

 

1、检查功率是否正常;

 

2、若功率正常,再检查脉宽输出电路输出信号是否正常;

 

3、若脉宽输出电路输出正常,再检查驱动电路的输出是否正常。    

 

问题七:在接入市电的情况下,每次打开UPS不间断电源,便听到继电器反复的动作声,UPS电源面板电池电压过低指示灯长亮且蜂鸣器长鸣。

 

根据上述故障现象可以判断:该故障是由蓄电池电压过低,从而导致UPS启动不成功而造成的。拆下蓄电池,先进行均衡充电(所有蓄电池并联进行充电),若仍不成功,则只有更换蓄电池。

 

 

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