UPS電源的工作原理及維護

【摘要】本文闡述了UPS電源的種類和運行特點，以及日常應用中的維護和維修方法。

【關鍵詞】UPS;逆變器;智能化;蓄電池;維護

UPS電源也稱不間斷電源，能夠提供持續、穩定、不間斷的電源供應的重要外部設備。它在市電停止供應的時候，能保持一段供電時間，使人們有時間存盤，再從容地關閉機器。

一、UPS電源的工作原理

UPS電源按工作原理分成后備式、在線式與在線互動式三大類。UPS電源現已廣泛應用于：工業、通訊、國防、醫院、廣播電視、計算機業務終端、網絡服務器、網絡設備、數據存儲設備等領域。

1.在線式

在線式UPS的運作模式為市電和用電設備是隔離的，市電不會直接供電給用電設備，而是到了UPS就被轉換成直流電，再兵分兩路，一路為電池充電，另一路則轉回交流電，供電給用電設備，市電供電品質不穩或停電時，電池從充電轉為供電，直到市電恢復正常才轉回充電，UPS在用電的整個過程是全程介入的。其優點是輸出的波型和市電一樣是正弦波，而且純凈無雜訊，不受市電不穩定的影響，可供電給電感型負載，例如電風扇，只要在UPS輸出功率足夠的前題下，可以供電給任何使用市電的設備。

UPS電源一直使其逆變器處于工作狀態，通過電路將外部交流電轉變為直流電，再通過高質量的逆變器將直流電轉換為高質量的正弦波交流電輸出給計算機。在線式UPS在供電狀況下的主要功能是穩壓及防止電波干擾;在停電時則使用備用直流電源（蓄電池組）給逆變器供電。由于逆變器一直在工作，因此不存在切換時間問題，適用于對電源有嚴格要求的場合。在線式UPS電源不同于后備式的一大優點是供電持續長，一般為幾個小時，也有大到十幾個小時的，它的主要功能是可以讓您在停電的情況可像平常一樣工作，顯然，由于其功能的特殊，價格也明顯要貴很多。這種在線式UPS比較適用于計算機、廣電、交通、銀行、證券、通信、醫療、工業控制等行業，因為這些領域的電腦一般不允許出現停電現象。

2.后備式

后備式又稱為非在線式不間斷電源，它只是“備援”性質的UPS，市電直接供電給用電設備也為電池充電，一旦市電供電品質不穩或停電了，市電的回路會自動切斷，電池的直流電會被轉換成交流電接手供電的任務，直到市電恢復正常，UPS只有在市電停電了才會介入供電，不過從直流電轉換的交流電是方波，只限于供電給電容型負載，如電腦和監視器。平時處于蓄電池充電狀態，在停電時逆變器緊急切換到工作狀態，將電池提供的直流電轉變為穩定的交流電輸出，因此后備式UPS也被稱為離線式UPS。后備式UPS電源的優點是：運行效率高、噪音低、價格相對便宜，主要適用于市電波動不大，對供電質量要求不高的場合，比較適合家庭使用。然而這種UPS存在一個切換時間問題，因此不適合用在關鍵性的供電不能中斷的場所。不過實際上這個切換時間很短，一般介于2至10毫秒，而計算機本身的交換式電源供應器在斷電時應可維持10毫秒左右，所以個人計算機系統一般不會因為這個切換時間而出現問題。后備式UPS一般只能持續供電幾分鐘到幾十分鐘，主要是讓您有時間備份數據，并盡快結束手頭工作，其價格也較低。對不是太關鍵的電腦應用，比如個人家庭用戶，就可配小功率的后備式UPS。

3.線上交錯式

線上交錯式又稱為線上互動式或在線互動式，基本運作方式和離線式一樣，不同之處在于線上交錯式雖不像在線式全程介入供電，但隨時都在監視市電的供電狀況，本身具備升壓和減壓補償電路，在市電的供電狀況不理想時，即時校正，減少不必要的切換，延長電池壽命。

這是一種智能化的UPS電源，所謂在線互動式UPS，是指在輸入市電正常時，UPS的逆變器處于反向工作（即整流工作狀態），給電池組充電;在市電異常時逆變器立刻轉為逆變工作狀態，將電池組電能轉換為交流電輸出，因此在線互動式UPS也有轉換時間。同后備式UPS相比，在線互動式UPS電源的保護功能較強，逆變器輸出電壓波形較好，一般為正弦波，而其最大的優點是具有較強的軟件功能，可以方便地上網，進行UPS的遠程控制和智能化管理。可自動偵測外部輸入電壓是否處于正常范圍之內，如有偏差可由穩壓電路升壓或降壓，提供比較穩定的正弦波輸出電壓。而且它與計算機之間可以通過數據接口（如RS-232串口）進行數據通訊，通過監控軟件，用戶可直接從電腦屏幕上監控電源及UPS狀況，簡化、方便管理工作，并可提高計算機系統的可靠性。這種UPS集中了后備式UPS效率高和在線式UPS供電質量高的優點，但其穩頻特性不是十分理想，不適合做常延時的UPS電源。

隨著計算機網絡結構的擴展，現在在網絡中應用的UPS不再

只是單純的電源設備，而逐步成為整個網絡中電源的管理中心，UPS由最初單純不間斷供電已發展到今天的智能化、多功能。新型的UPS本身融合了多種新技術，UPS不僅是提供不間斷電源的工具，而且當作為負載的設備在無人值守時，當市電故障后，UPS可以按照事先的約定順序關機，甚至還可以自動發傳呼或E-mail給管理者。現代的UPS與服務器上的軟件協同工作，還能實現事件記錄、故障告警、UPS參數自動測試分析、調節等多項功能，提供了完全的電源管理解決方案。現在有些UPS甚至可以對環境溫度、濕度和煙霧等進行監視。

二、日常維護與修理

1.UPS電源在正常應用情況下，主機的維護操作很少，主要是防塵和定期除塵。特別是氣候干燥的地區，空氣中的灰粒較多，機內的風機會將灰塵帶入機內沉積、當遇空氣潮濕時會引起主機控制紊亂造成主機工作失常，并發生不準確告警，大量灰塵也會造成器件散熱不好。一般每季度應徹底清潔一次。其次就是在除塵時，檢查各連接件和插接件有無松動和接觸不牢的情況。

2.雖說儲能電池組現在都采用了免維護電池，但這只是免除從前的測比、配比、定時增加蒸餾水的作業。但外因工作狀態對電池的影響并沒有轉變，不正常工作狀態對電池造成的影響沒有變，這部分的維護修理工作仍是十分重要的，UPS電源系統的大量維修修理工作主要在電池部分。

a.儲能電池的作業全副是在浮充狀態，在這種情況下至少應每年進行一次放電。放電前應先對電池組進行均衡充電，以達全組電池的均衡。要清楚放電前電池組已存留的退步電池。放電過程中如有一只達到放電終止電壓時，應停止放電，繼續放電先鏟除退步電池后再放。

b.核對性放電，不是首先尋求放出容量的百分之多少，而是要關注發現和處理退步電池，經對退步電池處理后再作核對性放電實驗。這樣可避免事端，以免放電中退步電池惡化為反極電池。

c.平時每組電池至少應有8只電池作標示電池，作為了解全電池組工作情況的參看，對標示電池應定期測量并做好記錄。

d.日常維護中需檢查的項目有：清潔并檢測電池兩端電壓、溫度;連接處有無松動，腐蝕現象、檢測連接條壓降;電池外觀是否完整，有無殼變形和滲漏;極柱、安全閥周圍是否有酸霧逸出;主機設備是否正常。

e.免維護電池要維護，不是什么無稽之談，應從廣義的維護立場出發，做到運行、日常管理的周到、細致和規范性，保證設備（包括主機設備）保持良好的運行狀況，從而延長應用年限;保證直流母線保持合格的電壓和電池的放電容量;保證電池運行和人員的安全可靠。這就是電池維護的目的，也是電池運行規程中包括的內容和運行守則。

3.當UPS電池系統出現故障時，應先查明理由，分清是負載還是UPS電源系統;是主機還是電池組。雖說UPS主機有故障自檢功能，但它對面而不對點，對更換配件很方便，但要維修故障點，仍需做大量的分析、檢測工作。另外如自檢部分發生故障，顯現的故障內容則可能有誤。

4.對主機出現擊穿，斷保險或焚毀器件的故障，定然要查明理由并消除故障后才能從頭啟動，不然會接連發生等同的故障。

5.當電池組中發現電壓反極、壓降大、壓差大和酸霧泄露現象的電池時，應即時采用相應的方法還原和修復，對不能還原和修復的要更換，但不能把不同容量、不同性能、不同廠家的電池聯在一起，不然可能會對整組電池帶來不利影響。對壽命已過期的電池組要即時更換，以免影響到主機。

再好的設備也有壽命，也會出現各類故障，但維護工作做的好可以延長壽命，減少故障的發生，這和人的壽命長短、生老病死是一樣的道理。不要因為高智能、免維護而忽略了本應進行的維護工作，防備在任何時候都是安全運行的重要保障。

作者簡介：王翀鴻（1976—），男，工程師，甘肅省廣電局冬青頂轉播臺機組長。