中小型UPS的故障與對策
2005/11/9 15:57:39 電源在線網
隨著UPS應用范圍的日益擴大，在工作中存在的問題也不斷出現，其中有些是UPS本身的原因，如整體設計不夠合理，元器件質量欠佳等，也有人為造成的，如使用不恰當，維護不合理等。 本文就“與使用者有關的UPS故障的起因及對策”進行探討，這些問題容易被使用者所忽略，但是它對UPS的正常運行起著重要的作用。本文敘述的是當前應用最廣的帶有旁路及靜態開關的在線式UPS。
1 常見的UPS故障及對策 圖1 中小型UPS的組成
(1) UPS不能正常起動 典型的中小型UPS組成如圖1所示，在正常情況下，只要合上輸入開關，UPS 便自動工作在旁路供電方式(圖1虛線)，這時負載由市電直接提供電源。當發出UPS 起動命令后，UPS開始起動，約1分鐘后自動由旁路供電方式轉為逆變器供電方式(正 常工作方式)(圖1實線)。 UPS不能正常起動的原因除機器內部的因素外，使用者首先應檢查輸入電壓是否 正常；對于三相輸入的UPS，還要檢查是否“缺相”。因為在UPS內部有一個檢測電路 時刻對輸入電壓進行監視，若存在“缺相”，輸入電壓的三相平均值必然低于正常值的 下限，檢測電路便發出信號封鎖UPS的起動，若檢查輸入電壓正常，UPS仍未起動， 對于單相輸入的UPS要檢查輸入電壓的火線與零線接線是否接反；對于三相輸入的UPS則要檢查其輸入電壓的相序是否正確。
(2) UPS起動后不能正常轉換 出現這種現象最大的可能是此時旁路電壓超出其允許范圍。UPS對于其輸入電壓的允許范圍是比較寬的，一般為額定值的＋10％～－20％的范圍內，但其旁路電壓的允許范圍只允許在其額定值的＋10％～－10％范圍內。由此就出現了UPS雖然能夠起動卻不能轉換到正常工作方式。 出現不能正常轉換的情況，首先應檢查當時的市電電壓(旁路電壓)是否超出其允許范圍，如已超出，則無需做任何處理，只要市電電壓進入其允許范圍，UPS就會自動地轉換到正常工作方式。如檢查的結果證實市電電壓在允許范圍內，可能是隨著UPS使用時間的延長，其內部控制電路的某些參數發生了漂移，使得旁路電壓的允許范圍變小。這時需要對UPS內部的某些參數作必要的調整(最好由UPS的專業人員進行)。
(3) UPS在運行中頻繁地轉換到旁路供電方式 UPS一般運行在正常工作方式，但是在某些情況下就會轉到旁路供電方式。如當UPS本來負載就比較重，再起動其它的負載，UPS就因“過載”而轉到旁路，等負載的沖擊電流過去后，UPS又自動轉換到正常工作方式，這種情況的頻繁出現對UPS的穩定工作是不利的，應做相應處理。 在接有多臺微機及打印機等負載時，若在UPS的輸出端安裝一個開關集中控制這些負載的起動及停止是不恰當的。 圖2 微機起動過渡過程 圖2是進行微機起動試驗時的全部過渡過程，該過程表明，微機在開機瞬間的負載量 比較大，隨著加電時間的延長，其負載量逐漸趨于正常值。經計算，微機在開機瞬間的負 載量約是正常工作時負載量的2～3倍。這樣的控制方式在加載的瞬間必然造成UPS的過載 而轉換到旁路。為了避免其發生，有兩種辦法：一是仍采用集中控制設備起停，但必須在旁 路方式下進行，待設備起動之后再起動UPS。由于旁路工作方式的過載能力較強，躲開了集 中加載瞬間所產生的沖擊電流。二是在正常工作方式的情況下加載，但由于逆變器的過載能 力較弱，此時不能采用“集中加載”的方法，應逐步加載以分散加載時的沖擊電流。
(4) UPS逆變器驅動管損壞 使用者如何減少或避免這種故障的發生： ① 慎重選擇UPS的負載，最好不帶大功率可控硅負載、含可控硅橋式整流器及半波整流器等非線性負載。 圖3 單相橋式整流器輸入輸出電壓波形 圖3是單相橋式半控整流器電路及輸入輸出電壓形圖。當 可控硅未被觸發時，UPS的輸出i o電流為零，可控硅一旦被觸 發，UPS的輸出電流突然由零上升至一個很大的值，可控硅的控 制角(α)不同，其觸發時UPS輸出電流的上升值也不同；當控制 角α接近90°時，UPS突然增大的輸出電流將達到其最大值。 UPS帶上這樣的負載，就相當于在其輸出端不斷地進行從零 到數倍輸出負載量的階躍式脈沖加載和減載操作，顯然這種情況 對于逆變器的工作是不利的。 ② UPS在工作時電池組未接入或接入的電池組嚴重失 效。蓄電池不僅能夠儲存電能，在UPS的工作中還相當于一個容量很大的電容器， 起到穩定直流母線電壓的作用。 如果電池組未接入或接入的電池嚴重失效，則UPS工作時其逆變器輸入端的直流母線電壓就不穩定，當UPS突加或突減負載時尤為明顯， 這種不良情況容易造成逆變器驅動管損壞。
(5) 當市電中斷時，蓄電池不能維持對負載供電 當市電中斷，UPS立即關機，從而造成負載供電中斷，這是由于蓄電池失效或其性能嚴重變壞，以致當市電中斷時，蓄電池沒有足夠的能量來維持對負載供電。此時只要將不良蓄電池更換就可恢復正常。 在檢查蓄電池時，不能以測量蓄電池空載時端電壓的高低來衡量其好壞，而應讓它稍帶負載，視其端電壓變化。 圖4 12V、24AH蓄電池放電曲線 圖4是一條12V、24Ah蓄電池的放電曲線，其放電電流為16A。從曲線可 以看到，在蓄電池空載時，其端電壓為12.6V，一旦放電開始，其端電壓突降， 正常的蓄電池大約突降0.8V后端電壓在一定的時間內基本保持不變；當蓄電池 失效或性能嚴重變壞時，其空載端電壓雖然基本正常，但只要放電，其端電壓就 會大幅度下降，下降幅度往往超出蓄電池的允許范圍。 檢查蓄電池時，蓄電池帶的負載值與蓄電池容量有關，推薦以蓄電池額定 容量的70％作為放電電流值。如一節12V、24Ah的蓄電池可以讓其在16A下放 電，測量其端電壓低于10V時則認為該蓄電池已經失效。據統計，由于蓄電池不 能正常工作而引起的故障大約占UPS故障的1/3。
2 蓄電池在運行中需要注意的問題 目前運行的中小型UPS中，使用的大都是免維護密封式鉛酸蓄電池，這種蓄電池的本體幾乎不用維護，其運行狀況的好壞很大程度上影響著蓄電池的性能。注意以下幾點可以使蓄電池在良好的狀況下工作，從而保持其優良的性能并延長其使用壽命。
(1) 蓄電池不要處于深度過放電狀態。在中小型UPS的使用中，小電流長時間的放電狀態要盡量避免。為此，在UPS的選型時就必須充分注意，不能為追求UPS運行的高可靠性，片面地認為UPS的容量越大可靠性就越高。若UPS長期處于輕載運行，雖然能降低逆變器驅動功率晶體管的故障，卻增加了UPS內部蓄電池失效的可能性。因為蓄電池的放電電流過小，容易造成深度放電，為了避免這種情況的發生，UPS選型時應以實際負載量為其額定容量的60％～70％為宜，這樣既可使UPS保持一定的容量裕度，提高其運行可靠性，又可以避免蓄電池因放電電流過小而產生的過放電現象。
(2) 如果市電很少發生停電現象，蓄電池長期處于備用狀態，這對于蓄電池并不十分有利，此時應每隔一段時間(如3～4個月)人為地中斷市電輸入，讓UPS中的蓄電池放電，過幾分鐘后再加上市電對蓄電池重新充電，以此激活蓄電池，達到恢復其容量的目的。
(3) 長期不用的UPS一旦重新使用，蓄電池往往失效。這是由于UPS長期不用，蓄電池長時間自放電而能量得不到補充。所以對于長期不使用的UPS應當定期起動(如每月起動一次)。
(4) 蓄電池進行大容量放電后應及時再充電，間隔時間不應超過24h。
1 常見的UPS故障及對策 圖1 中小型UPS的組成
(1) UPS不能正常起動 典型的中小型UPS組成如圖1所示，在正常情況下，只要合上輸入開關，UPS 便自動工作在旁路供電方式(圖1虛線)，這時負載由市電直接提供電源。當發出UPS 起動命令后，UPS開始起動，約1分鐘后自動由旁路供電方式轉為逆變器供電方式(正 常工作方式)(圖1實線)。 UPS不能正常起動的原因除機器內部的因素外，使用者首先應檢查輸入電壓是否 正常；對于三相輸入的UPS，還要檢查是否“缺相”。因為在UPS內部有一個檢測電路 時刻對輸入電壓進行監視，若存在“缺相”，輸入電壓的三相平均值必然低于正常值的 下限，檢測電路便發出信號封鎖UPS的起動，若檢查輸入電壓正常，UPS仍未起動， 對于單相輸入的UPS要檢查輸入電壓的火線與零線接線是否接反；對于三相輸入的UPS則要檢查其輸入電壓的相序是否正確。
(2) UPS起動后不能正常轉換 出現這種現象最大的可能是此時旁路電壓超出其允許范圍。UPS對于其輸入電壓的允許范圍是比較寬的，一般為額定值的＋10％～－20％的范圍內，但其旁路電壓的允許范圍只允許在其額定值的＋10％～－10％范圍內。由此就出現了UPS雖然能夠起動卻不能轉換到正常工作方式。 出現不能正常轉換的情況，首先應檢查當時的市電電壓(旁路電壓)是否超出其允許范圍，如已超出，則無需做任何處理，只要市電電壓進入其允許范圍，UPS就會自動地轉換到正常工作方式。如檢查的結果證實市電電壓在允許范圍內，可能是隨著UPS使用時間的延長，其內部控制電路的某些參數發生了漂移，使得旁路電壓的允許范圍變小。這時需要對UPS內部的某些參數作必要的調整(最好由UPS的專業人員進行)。
(3) UPS在運行中頻繁地轉換到旁路供電方式 UPS一般運行在正常工作方式，但是在某些情況下就會轉到旁路供電方式。如當UPS本來負載就比較重，再起動其它的負載，UPS就因“過載”而轉到旁路，等負載的沖擊電流過去后，UPS又自動轉換到正常工作方式，這種情況的頻繁出現對UPS的穩定工作是不利的，應做相應處理。 在接有多臺微機及打印機等負載時，若在UPS的輸出端安裝一個開關集中控制這些負載的起動及停止是不恰當的。 圖2 微機起動過渡過程 圖2是進行微機起動試驗時的全部過渡過程，該過程表明，微機在開機瞬間的負載量 比較大，隨著加電時間的延長，其負載量逐漸趨于正常值。經計算，微機在開機瞬間的負 載量約是正常工作時負載量的2～3倍。這樣的控制方式在加載的瞬間必然造成UPS的過載 而轉換到旁路。為了避免其發生，有兩種辦法：一是仍采用集中控制設備起停，但必須在旁 路方式下進行，待設備起動之后再起動UPS。由于旁路工作方式的過載能力較強，躲開了集 中加載瞬間所產生的沖擊電流。二是在正常工作方式的情況下加載，但由于逆變器的過載能 力較弱，此時不能采用“集中加載”的方法，應逐步加載以分散加載時的沖擊電流。
(4) UPS逆變器驅動管損壞 使用者如何減少或避免這種故障的發生： ① 慎重選擇UPS的負載，最好不帶大功率可控硅負載、含可控硅橋式整流器及半波整流器等非線性負載。 圖3 單相橋式整流器輸入輸出電壓波形 圖3是單相橋式半控整流器電路及輸入輸出電壓形圖。當 可控硅未被觸發時，UPS的輸出i o電流為零，可控硅一旦被觸 發，UPS的輸出電流突然由零上升至一個很大的值，可控硅的控 制角(α)不同，其觸發時UPS輸出電流的上升值也不同；當控制 角α接近90°時，UPS突然增大的輸出電流將達到其最大值。 UPS帶上這樣的負載，就相當于在其輸出端不斷地進行從零 到數倍輸出負載量的階躍式脈沖加載和減載操作，顯然這種情況 對于逆變器的工作是不利的。 ② UPS在工作時電池組未接入或接入的電池組嚴重失 效。蓄電池不僅能夠儲存電能，在UPS的工作中還相當于一個容量很大的電容器， 起到穩定直流母線電壓的作用。 如果電池組未接入或接入的電池嚴重失效，則UPS工作時其逆變器輸入端的直流母線電壓就不穩定，當UPS突加或突減負載時尤為明顯， 這種不良情況容易造成逆變器驅動管損壞。
(5) 當市電中斷時，蓄電池不能維持對負載供電 當市電中斷，UPS立即關機，從而造成負載供電中斷，這是由于蓄電池失效或其性能嚴重變壞，以致當市電中斷時，蓄電池沒有足夠的能量來維持對負載供電。此時只要將不良蓄電池更換就可恢復正常。 在檢查蓄電池時，不能以測量蓄電池空載時端電壓的高低來衡量其好壞，而應讓它稍帶負載，視其端電壓變化。 圖4 12V、24AH蓄電池放電曲線 圖4是一條12V、24Ah蓄電池的放電曲線，其放電電流為16A。從曲線可 以看到，在蓄電池空載時，其端電壓為12.6V，一旦放電開始，其端電壓突降， 正常的蓄電池大約突降0.8V后端電壓在一定的時間內基本保持不變；當蓄電池 失效或性能嚴重變壞時，其空載端電壓雖然基本正常，但只要放電，其端電壓就 會大幅度下降，下降幅度往往超出蓄電池的允許范圍。 檢查蓄電池時，蓄電池帶的負載值與蓄電池容量有關，推薦以蓄電池額定 容量的70％作為放電電流值。如一節12V、24Ah的蓄電池可以讓其在16A下放 電，測量其端電壓低于10V時則認為該蓄電池已經失效。據統計，由于蓄電池不 能正常工作而引起的故障大約占UPS故障的1/3。
2 蓄電池在運行中需要注意的問題 目前運行的中小型UPS中，使用的大都是免維護密封式鉛酸蓄電池，這種蓄電池的本體幾乎不用維護，其運行狀況的好壞很大程度上影響著蓄電池的性能。注意以下幾點可以使蓄電池在良好的狀況下工作，從而保持其優良的性能并延長其使用壽命。
(1) 蓄電池不要處于深度過放電狀態。在中小型UPS的使用中，小電流長時間的放電狀態要盡量避免。為此，在UPS的選型時就必須充分注意，不能為追求UPS運行的高可靠性，片面地認為UPS的容量越大可靠性就越高。若UPS長期處于輕載運行，雖然能降低逆變器驅動功率晶體管的故障，卻增加了UPS內部蓄電池失效的可能性。因為蓄電池的放電電流過小，容易造成深度放電，為了避免這種情況的發生，UPS選型時應以實際負載量為其額定容量的60％～70％為宜，這樣既可使UPS保持一定的容量裕度，提高其運行可靠性，又可以避免蓄電池因放電電流過小而產生的過放電現象。
(2) 如果市電很少發生停電現象，蓄電池長期處于備用狀態，這對于蓄電池并不十分有利，此時應每隔一段時間(如3～4個月)人為地中斷市電輸入，讓UPS中的蓄電池放電，過幾分鐘后再加上市電對蓄電池重新充電，以此激活蓄電池，達到恢復其容量的目的。
(3) 長期不用的UPS一旦重新使用，蓄電池往往失效。這是由于UPS長期不用，蓄電池長時間自放電而能量得不到補充。所以對于長期不使用的UPS應當定期起動(如每月起動一次)。
(4) 蓄電池進行大容量放電后應及時再充電，間隔時間不應超過24h。
聲明：本信息內容的真實性未經電源在線網證實，僅供參考。
