中小型UPS的故障与对策
2005/11/9 15:57:39 电源在线网
随着UPS应用范围的日益扩大，在工作中存在的问题也不断出现，其中有些是UPS本身的原因，如整体设计不够合理，元器件质量欠佳等，也有人为造成的，如使用不恰当，维护不合理等。 本文就“与使用者有关的UPS故障的起因及对策”进行探讨，这些问题容易被使用者所忽略，但是它对UPS的正常运行起着重要的作用。本文叙述的是当前应用最广的带有旁路及静态开关的在线式UPS。
1 常见的UPS故障及对策 图1 中小型UPS的组成
(1) UPS不能正常起动 典型的中小型UPS组成如图1所示，在正常情况下，只要合上输入开关，UPS 便自动工作在旁路供电方式(图1虚线)，这时负载由市电直接提供电源。当发出UPS 起动命令后，UPS开始起动，约1分钟后自动由旁路供电方式转为逆变器供电方式(正 常工作方式)(图1实线)。 UPS不能正常起动的原因除机器内部的因素外，使用者首先应检查输入电压是否 正常；对于三相输入的UPS，还要检查是否“缺相”。因为在UPS内部有一个检测电路 时刻对输入电压进行监视，若存在“缺相”，输入电压的三相平均值必然低于正常值的 下限，检测电路便发出信号封锁UPS的起动，若检查输入电压正常，UPS仍未起动， 对于单相输入的UPS要检查输入电压的火线与零线接线是否接反；对于三相输入的UPS则要检查其输入电压的相序是否正确。
(2) UPS起动后不能正常转换 出现这种现象最大的可能是此时旁路电压超出其允许范围。UPS对于其输入电压的允许范围是比较宽的，一般为额定值的＋10％～－20％的范围内，但其旁路电压的允许范围只允许在其额定值的＋10％～－10％范围内。由此就出现了UPS虽然能够起动却不能转换到正常工作方式。 出现不能正常转换的情况，首先应检查当时的市电电压(旁路电压)是否超出其允许范围，如已超出，则无需做任何处理，只要市电电压进入其允许范围，UPS就会自动地转换到正常工作方式。如检查的结果证实市电电压在允许范围内，可能是随着UPS使用时间的延长，其内部控制电路的某些参数发生了漂移，使得旁路电压的允许范围变小。这时需要对UPS内部的某些参数作必要的调整(最好由UPS的专业人员进行)。
(3) UPS在运行中频繁地转换到旁路供电方式 UPS一般运行在正常工作方式，但是在某些情况下就会转到旁路供电方式。如当UPS本来负载就比较重，再起动其它的负载，UPS就因“过载”而转到旁路，等负载的冲击电流过去后，UPS又自动转换到正常工作方式，这种情况的频繁出现对UPS的稳定工作是不利的，应做相应处理。 在接有多台微机及打印机等负载时，若在UPS的输出端安装一个开关集中控制这些负载的起动及停止是不恰当的。 图2 微机起动过渡过程 图2是进行微机起动试验时的全部过渡过程，该过程表明，微机在开机瞬间的负载量 比较大，随着加电时间的延长，其负载量逐渐趋于正常值。经计算，微机在开机瞬间的负 载量约是正常工作时负载量的2～3倍。这样的控制方式在加载的瞬间必然造成UPS的过载 而转换到旁路。为了避免其发生，有两种办法：一是仍采用集中控制设备起停，但必须在旁 路方式下进行，待设备起动之后再起动UPS。由于旁路工作方式的过载能力较强，躲开了集 中加载瞬间所产生的冲击电流。二是在正常工作方式的情况下加载，但由于逆变器的过载能 力较弱，此时不能采用“集中加载”的方法，应逐步加载以分散加载时的冲击电流。
(4) UPS逆变器驱动管损坏 使用者如何减少或避免这种故障的发生： ① 慎重选择UPS的负载，最好不带大功率可控硅负载、含可控硅桥式整流器及半波整流器等非线性负载。 图3 单相桥式整流器输入输出电压波形 图3是单相桥式半控整流器电路及输入输出电压形图。当 可控硅未被触发时，UPS的输出i o电流为零，可控硅一旦被触 发，UPS的输出电流突然由零上升至一个很大的值，可控硅的控 制角(α)不同，其触发时UPS输出电流的上升值也不同；当控制 角α接近90°时，UPS突然增大的输出电流将达到其最大值。 UPS带上这样的负载，就相当于在其输出端不断地进行从零 到数倍输出负载量的阶跃式脉冲加载和减载操作，显然这种情况 对于逆变器的工作是不利的。 ② UPS在工作时电池组未接入或接入的电池组严重失 效。蓄电池不仅能够储存电能，在UPS的工作中还相当于一个容量很大的电容器， 起到稳定直流母线电压的作用。 如果电池组未接入或接入的电池严重失效，则UPS工作时其逆变器输入端的直流母线电压就不稳定，当UPS突加或突减负载时尤为明显， 这种不良情况容易造成逆变器驱动管损坏。
(5) 当市电中断时，蓄电池不能维持对负载供电 当市电中断，UPS立即关机，从而造成负载供电中断，这是由于蓄电池失效或其性能严重变坏，以致当市电中断时，蓄电池没有足够的能量来维持对负载供电。此时只要将不良蓄电池更换就可恢复正常。 在检查蓄电池时，不能以测量蓄电池空载时端电压的高低来衡量其好坏，而应让它稍带负载，视其端电压变化。 图4 12V、24AH蓄电池放电曲线 图4是一条12V、24Ah蓄电池的放电曲线，其放电电流为16A。从曲线可 以看到，在蓄电池空载时，其端电压为12.6V，一旦放电开始，其端电压突降， 正常的蓄电池大约突降0.8V后端电压在一定的时间内基本保持不变；当蓄电池 失效或性能严重变坏时，其空载端电压虽然基本正常，但只要放电，其端电压就 会大幅度下降，下降幅度往往超出蓄电池的允许范围。 检查蓄电池时，蓄电池带的负载值与蓄电池容量有关，推荐以蓄电池额定 容量的70％作为放电电流值。如一节12V、24Ah的蓄电池可以让其在16A下放 电，测量其端电压低于10V时则认为该蓄电池已经失效。据统计，由于蓄电池不 能正常工作而引起的故障大约占UPS故障的1/3。
2 蓄电池在运行中需要注意的问题 目前运行的中小型UPS中，使用的大都是免维护密封式铅酸蓄电池，这种蓄电池的本体几乎不用维护，其运行状况的好坏很大程度上影响着蓄电池的性能。注意以下几点可以使蓄电池在良好的状况下工作，从而保持其优良的性能并延长其使用寿命。
(1) 蓄电池不要处于深度过放电状态。在中小型UPS的使用中，小电流长时间的放电状态要尽量避免。为此，在UPS的选型时就必须充分注意，不能为追求UPS运行的高可靠性，片面地认为UPS的容量越大可靠性就越高。若UPS长期处于轻载运行，虽然能降低逆变器驱动功率晶体管的故障，却增加了UPS内部蓄电池失效的可能性。因为蓄电池的放电电流过小，容易造成深度放电，为了避免这种情况的发生，UPS选型时应以实际负载量为其额定容量的60％～70％为宜，这样既可使UPS保持一定的容量裕度，提高其运行可靠性，又可以避免蓄电池因放电电流过小而产生的过放电现象。
(2) 如果市电很少发生停电现象，蓄电池长期处于备用状态，这对于蓄电池并不十分有利，此时应每隔一段时间(如3～4个月)人为地中断市电输入，让UPS中的蓄电池放电，过几分钟后再加上市电对蓄电池重新充电，以此激活蓄电池，达到恢复其容量的目的。
(3) 长期不用的UPS一旦重新使用，蓄电池往往失效。这是由于UPS长期不用，蓄电池长时间自放电而能量得不到补充。所以对于长期不使用的UPS应当定期起动(如每月起动一次)。
(4) 蓄电池进行大容量放电后应及时再充电，间隔时间不应超过24h。
1 常见的UPS故障及对策 图1 中小型UPS的组成
(1) UPS不能正常起动 典型的中小型UPS组成如图1所示，在正常情况下，只要合上输入开关，UPS 便自动工作在旁路供电方式(图1虚线)，这时负载由市电直接提供电源。当发出UPS 起动命令后，UPS开始起动，约1分钟后自动由旁路供电方式转为逆变器供电方式(正 常工作方式)(图1实线)。 UPS不能正常起动的原因除机器内部的因素外，使用者首先应检查输入电压是否 正常；对于三相输入的UPS，还要检查是否“缺相”。因为在UPS内部有一个检测电路 时刻对输入电压进行监视，若存在“缺相”，输入电压的三相平均值必然低于正常值的 下限，检测电路便发出信号封锁UPS的起动，若检查输入电压正常，UPS仍未起动， 对于单相输入的UPS要检查输入电压的火线与零线接线是否接反；对于三相输入的UPS则要检查其输入电压的相序是否正确。
(2) UPS起动后不能正常转换 出现这种现象最大的可能是此时旁路电压超出其允许范围。UPS对于其输入电压的允许范围是比较宽的，一般为额定值的＋10％～－20％的范围内，但其旁路电压的允许范围只允许在其额定值的＋10％～－10％范围内。由此就出现了UPS虽然能够起动却不能转换到正常工作方式。 出现不能正常转换的情况，首先应检查当时的市电电压(旁路电压)是否超出其允许范围，如已超出，则无需做任何处理，只要市电电压进入其允许范围，UPS就会自动地转换到正常工作方式。如检查的结果证实市电电压在允许范围内，可能是随着UPS使用时间的延长，其内部控制电路的某些参数发生了漂移，使得旁路电压的允许范围变小。这时需要对UPS内部的某些参数作必要的调整(最好由UPS的专业人员进行)。
(3) UPS在运行中频繁地转换到旁路供电方式 UPS一般运行在正常工作方式，但是在某些情况下就会转到旁路供电方式。如当UPS本来负载就比较重，再起动其它的负载，UPS就因“过载”而转到旁路，等负载的冲击电流过去后，UPS又自动转换到正常工作方式，这种情况的频繁出现对UPS的稳定工作是不利的，应做相应处理。 在接有多台微机及打印机等负载时，若在UPS的输出端安装一个开关集中控制这些负载的起动及停止是不恰当的。 图2 微机起动过渡过程 图2是进行微机起动试验时的全部过渡过程，该过程表明，微机在开机瞬间的负载量 比较大，随着加电时间的延长，其负载量逐渐趋于正常值。经计算，微机在开机瞬间的负 载量约是正常工作时负载量的2～3倍。这样的控制方式在加载的瞬间必然造成UPS的过载 而转换到旁路。为了避免其发生，有两种办法：一是仍采用集中控制设备起停，但必须在旁 路方式下进行，待设备起动之后再起动UPS。由于旁路工作方式的过载能力较强，躲开了集 中加载瞬间所产生的冲击电流。二是在正常工作方式的情况下加载，但由于逆变器的过载能 力较弱，此时不能采用“集中加载”的方法，应逐步加载以分散加载时的冲击电流。
(4) UPS逆变器驱动管损坏 使用者如何减少或避免这种故障的发生： ① 慎重选择UPS的负载，最好不带大功率可控硅负载、含可控硅桥式整流器及半波整流器等非线性负载。 图3 单相桥式整流器输入输出电压波形 图3是单相桥式半控整流器电路及输入输出电压形图。当 可控硅未被触发时，UPS的输出i o电流为零，可控硅一旦被触 发，UPS的输出电流突然由零上升至一个很大的值，可控硅的控 制角(α)不同，其触发时UPS输出电流的上升值也不同；当控制 角α接近90°时，UPS突然增大的输出电流将达到其最大值。 UPS带上这样的负载，就相当于在其输出端不断地进行从零 到数倍输出负载量的阶跃式脉冲加载和减载操作，显然这种情况 对于逆变器的工作是不利的。 ② UPS在工作时电池组未接入或接入的电池组严重失 效。蓄电池不仅能够储存电能，在UPS的工作中还相当于一个容量很大的电容器， 起到稳定直流母线电压的作用。 如果电池组未接入或接入的电池严重失效，则UPS工作时其逆变器输入端的直流母线电压就不稳定，当UPS突加或突减负载时尤为明显， 这种不良情况容易造成逆变器驱动管损坏。
(5) 当市电中断时，蓄电池不能维持对负载供电 当市电中断，UPS立即关机，从而造成负载供电中断，这是由于蓄电池失效或其性能严重变坏，以致当市电中断时，蓄电池没有足够的能量来维持对负载供电。此时只要将不良蓄电池更换就可恢复正常。 在检查蓄电池时，不能以测量蓄电池空载时端电压的高低来衡量其好坏，而应让它稍带负载，视其端电压变化。 图4 12V、24AH蓄电池放电曲线 图4是一条12V、24Ah蓄电池的放电曲线，其放电电流为16A。从曲线可 以看到，在蓄电池空载时，其端电压为12.6V，一旦放电开始，其端电压突降， 正常的蓄电池大约突降0.8V后端电压在一定的时间内基本保持不变；当蓄电池 失效或性能严重变坏时，其空载端电压虽然基本正常，但只要放电，其端电压就 会大幅度下降，下降幅度往往超出蓄电池的允许范围。 检查蓄电池时，蓄电池带的负载值与蓄电池容量有关，推荐以蓄电池额定 容量的70％作为放电电流值。如一节12V、24Ah的蓄电池可以让其在16A下放 电，测量其端电压低于10V时则认为该蓄电池已经失效。据统计，由于蓄电池不 能正常工作而引起的故障大约占UPS故障的1/3。
2 蓄电池在运行中需要注意的问题 目前运行的中小型UPS中，使用的大都是免维护密封式铅酸蓄电池，这种蓄电池的本体几乎不用维护，其运行状况的好坏很大程度上影响着蓄电池的性能。注意以下几点可以使蓄电池在良好的状况下工作，从而保持其优良的性能并延长其使用寿命。
(1) 蓄电池不要处于深度过放电状态。在中小型UPS的使用中，小电流长时间的放电状态要尽量避免。为此，在UPS的选型时就必须充分注意，不能为追求UPS运行的高可靠性，片面地认为UPS的容量越大可靠性就越高。若UPS长期处于轻载运行，虽然能降低逆变器驱动功率晶体管的故障，却增加了UPS内部蓄电池失效的可能性。因为蓄电池的放电电流过小，容易造成深度放电，为了避免这种情况的发生，UPS选型时应以实际负载量为其额定容量的60％～70％为宜，这样既可使UPS保持一定的容量裕度，提高其运行可靠性，又可以避免蓄电池因放电电流过小而产生的过放电现象。
(2) 如果市电很少发生停电现象，蓄电池长期处于备用状态，这对于蓄电池并不十分有利，此时应每隔一段时间(如3～4个月)人为地中断市电输入，让UPS中的蓄电池放电，过几分钟后再加上市电对蓄电池重新充电，以此激活蓄电池，达到恢复其容量的目的。
(3) 长期不用的UPS一旦重新使用，蓄电池往往失效。这是由于UPS长期不用，蓄电池长时间自放电而能量得不到补充。所以对于长期不使用的UPS应当定期起动(如每月起动一次)。
(4) 蓄电池进行大容量放电后应及时再充电，间隔时间不应超过24h。
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