POWSYS UPS 的使用和维护
（供用户参考）
工程部 马建民
1.UPS基本原理
UPS电源实质个是一个交流-直流-交流的过程。它先把输入的交流电通过由三相可控硅组成的全桥整流为脉动的直流，经滤波电容的滤波后，成为稳定的直流电。直流电电压分别为145V、270V、432V三类，分别适应不同用户的要求。然后，UPS再把直流电进行变换，使之成为稳频、稳压的交流电。这种方式为在线式，我公司生产的UPS均是在线式。按行业区分，UPS分为电力类及商业类。电力类直流电压多为270V（适应230V直流屏），少数为145V（适应110 V直流屏），输出均为单相；商业类直流电压一般为432V（与32节电池相配），输出为三相。 下图为UPS的工作原理框图
当主路外电消失时，电池开始放电，UPS依靠电池的能量，继续工作，输出逆变后的电压。 当电池电压低于阈值电压或逆变部分损坏时，UPS转旁路运行，保持供电输出的连续。 维修旁路开关确保能在不断电的情况下，使维修人员对UPS能进行检修。 2．整流原理
POWSYS UPS 全部采用三相整流电路，除一小部分小功率机（10KVA以内）采用三相半
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波外，绝大多数均为三相全波可控硅整流。通过改变可控硅的导通角，实现对直流电压的控制，使其具有较高的稳定性。一般情况下，直流电压的变化在5V以内。
商业类全部采用432V直流电压，滤波电容上外接32块电池，每节电池的浮充电压恰为13.5V。电力类多数为270V直流电压，与230V的直流屏接口，由于接有反向二极管，只允许直流屏的电池放电，禁止向电池充电。
3. 逆变原理
采用IGBT大功率模块，该模块输入采用场效应管，输出采用三极管。这是因为场效应管输
厨房纸巾架入阻抗高，开关损耗小，所以用在输入端不仅使推动电流极大地减小，而且驱动损耗也相应下降；然而，场效应管功率不能做得很大，三极管容易实现大功率，故输出采用三极管。这种场效应管与三极管的双生子，被称之为IGBT。目前，国际上大功率UPS的逆变电路全部采用IGBT模块。一只模块一般集成两只IGBT，所以，输出为一路的UPS要两只IGBT模块，输出是三路的要六只模块。
这六只IGBT当左上与右下导通（右上与左下截止）时，流过变压器原边的电流为上正下负；反之，流过变压器原边的电流为下正上负；当四只IGBT均不导通时，变压器内无电流通过。改变IGBT控制极的电位就改变了IGBT的状态，于是，在变压器的原边就得到下图所示的方波。根据变压器的变换原理，在变压器的副边就得到与原边相同的方波。这种方波的宽度在变化是控制电路依照正弦波能量分布换算来的。
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由于变压器副边接有滤波电容，由于电容两端的电压不能突变，所以，变压器副边实际波形为正弦波。这种方式称为正弦波脉宽调整方式，即正弦波PWM方式。
4．同步：
同步是指UPS逆变输出电压的频率与相位旁路电源的频率与相位一致。其目的在于当逆变器损坏时，UPS输出由逆变电压切换到旁路电压时，输出电压的频率与相位不会有较大的变化，以保持负载不会受任何影响。否则，当逆变电压与旁路电压之间存在较大相位差时，输出电源会产生较大的缺口，将很可能造成服务器的重启。
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下图为逆变电压与旁路电压同步时，在切换瞬间的输出波形。
下图为逆变电压与旁路电压不同步时，在切换瞬间的输出波形。
从图中可明显见到，在逆变电压与旁路电压同步时，如遇紧急情况，UPS切换到旁路电压，输出电压仍然是平滑的交流电。而在逆变电压与旁路电压不同步时，切换后输出的电压将会有很大的阶跃，这将会影响到负载的正常运行。
5. 逆变输出和旁路输出的切换原理
1） UPS 出现异常时, 如逆变器损坏,散热片温度太高等 转旁路运行。
2）转旁路运行时,逆变交流接触器关断后，旁路交流接触器才能吸合，由于两个交流接触器有时差,这会使输出电源有较大的缺口,会造成计算机重启或数据丢失。静态开关是将一对反向并联的快速可控硅连接起来，作为UPS电源在执行市电旁路供电与逆变器供电切换操作时的转换元件。由于可控硅的接通时间要远小于交流接触器的动作时间，利用静态开关，便可实现对负载进行转换时间为零的不间断供电。
3）逆变关断的同时,可控硅SCR(静态开关)先于旁路交流接触器的导通,保证了供电的连续性。在正常情况下，UPS输出波形的相位、频率要和旁路电压保持一致，以便在向旁路切换时保持输出电压的平滑。当CPU检测到输出电压与旁路电压一致时，同步灯亮，且同步交流接触器吸合。当不同步时，将会报警。
下图示出从逆变向旁路切换的时序
下图示出从旁路向逆变切换时的时序
4）．当逆变器的故障解除时，UPS从旁路向逆变切换。静态开关SCR 先于逆变交流接触器导通，保证了供电的连续性。
6. 报警
1)主输入电压超限或消失。正常状态下，主输入电压应为176V-264V之间。输入电压超越此范围UPS将报警，并且整流器将不再工作，电池投入运行，UPS仍处于逆变状态。电池耗到阈值电压时UPS停止逆变，将转到旁路输出状态。
2)旁路电压超限或消失。正常状态下，旁路电压应在184V－253V之间，超出此范围UPS将报警，并不再跟踪旁路，同时，逆变出现问题时也不再往旁路转换。
3)散热器或变压器过温。超温时，逆变器停止工作，UPS转旁路输出。
4)电池电压低（每200小时自检一次）。电池自检不通过时，BETTERY红灯亮，并报警。但只要电池不低于阈值电压，当交流电消失时，电池仍然工作，UPS仍然处于逆变状态。
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5)直流电压故障。如整流器有故障，整流后的电压超出阈值。
6)输出过载。输出达到额定电流＋1A－1.2额定电流时，UPS坚持10分钟后停止逆变，转旁路运行。当超载解除时，UPS自动转回逆变输出。当输出达到1.2额定负载＋1A－1.5 额定负载时，UPS坚持1分钟后停止逆变，转旁路运行。当超载解除时，UPS自动转回逆变输出。
7)电池在向负载供电。
8)手上下不同步。UPS逆变输出电压与旁路电压频率或相位不一致。不同步时，UPS即使逆变出现问题也不向旁路转换，此时UPS将会失电。不同步的原因主要有UPS电路有问题；输入的旁路电压存在严重的干扰，使旁路正弦波电压过零点不清晰，UPS难以判断旁路电压的过零点；UPS接地电路断开等原因。
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