UPS系统原理、性能介绍、选配及操作维护指南

仅供个人参考UPS系统原理、性能介绍、选配及操作维护指南目录一、 UPS工作原理 .错误 ! 未定义书签。1.1UPS 的两大组成 .错误 ! 未定义书签。1.2UPS 的运行方式 .错误 ! 未定义书签。二、 UPS电气性能参数介绍 .错误 ! 未定义书签。三、 UPS选配要点 .错误 ! 未定义书签。3.1确定 UPS的容量 .错误 ! 未定义书签。3.2“离线型（ Off-line ）”与“在线型（On-line ）” .错误 ! 未定义书签。3.3UPS 供电时间 .错误 ! 未定义书签。3.4远程提示与监控 .错误 ! 未定义书签。3. 5 电源管理及检测软件 .错误 ! 未定义书签。四、 UPS系统安装要点 .错误 ! 未定义书签。4.1安装地点的选择 .错误 ! 未定义书签。4.2电线的连接要求 .错误 ! 未定义书签。4.3UPS 电池的安装 .错误 ! 未定义书签。五、 UPS电源系统的使用 .错误 ! 未定义书签。5.1UPS 电源系统开、关机 .错误 ! 未定义书签。5.2UPS 电源系统使用注意事项 .错误 ! 未定义书签。六、 UPS维护指南 .错误 ! 未定义书签。6.1UPS 日常维护重点 .错误 ! 未定义书签。6.2UPS 主机维护重点 .错误 ! 未定义书签。6.3UPS 储能电池维护重点 .错误 ! 未定义书签。6.4UPS 故障排查 .错误 ! 未定义书签。结束语.错误 ! 未定义书签。不得用于商业用途仅供个人参考不间断电源（Uninterruptible Power System），简称 UPS，是指在主电源（通常是市电） 出现供应故障情况下临时向需要不间断工作的系统连续供电的电源系统。UPS在主电源输入正常时，也可对品质不良的电源进行稳压、稳频、抑制浪涌、滤除噪声、防雷击、净化电源、避免高频干扰等，从而提供给使用者一个稳定纯净的电源，因此在工业中得以广泛应用。不仅如此，UPS提供的电源还具有较高的电压、频率稳定性好、波形失真小、噪声和干扰更优于外电网等几大优点，是计算机系统最理想的供电方式。一、 UPS工作原理1.1 UPS 的两大组成UPS电源系统主要分两大部分，UPS主机和储能电池（又称备用发电机）。额定输出功率的大小取决于主机部分，通常负载功率应满足 UPS电源 70的额定功率。储能电池的容量当负载功率确定后主要取决其后备时间的长短， 通常在几分钟或几个小时不等。 再长时间可以考虑用备用发电机。1.2 UPS 的运行方式UPS正常运行时一般有二路输入电源，其一为主市电、其二为蓄电池。正常情况上由主市电经由UPS主机整流稳压再经逆变后向负载供电，当主市电中断时， 由电池经逆变后向负载供电； 当市电恢复时，再转换为市电供应。另外，当UPS故障或检修需要时， UPS还可采用旁路供电模式。不得用于商业用途仅供个人参考下面介绍一下UPS系统的三种运行方式：UPS正常运行时，由市电向 UPS系统供电，以 380V或 220V 交流电为电源，经自藕变压器后输入整流器将交流电压转换为直流电压，再经滤波电抗器滤除直流电压的谐波， 输入脉宽调制逆变器转换为交流电压，由滤波电抗器滤除来自逆变器输出中的谐波电压， 以使逆变变压器输出端电压获得低非线性失真的正弦波，将 220V、 50Hz 交流电送到 UPS负载。当系统停电或整流器输入电压超出允许范围时， UPS由蓄电池供电，直流电经直流隔离二极管和电池扼流圈 （以减少单相逆变器在电池中产生的脉动），输入脉宽调制逆变器完成向负载供电。1.2.3 UPS 系统旁路运行方式当 UPS故障或整机需要脱离电网运行时，经旁路系统向负载供电，如下图：不得用于商业用途仅供个人参考二、 UPS电气性能参数介绍市场上所售的 UPS电源，以 W或 VA来标识容量。通常容量较小的以“ W”为单位来标识；超过 1 千瓦时，用“ VA”标识。“ W”与“VA”值是有区别的。 用“ VA”能更准确的表示出 UPS的负载容量的匹配程度，因为决定 UPS输出能力的是电流值（ A）。它们之间的换算关系可用如下公式计算出来： W = VA功率因数其中，功率因数在 01 之间，它表示了负载电流做的有用功 （W）的百分比。只有电热器或电灯泡等的功率因数为 1。对于其他设备来说，有一部分负载没有做功。这部分电流是谐波或电抗电流，它是负载特性引起的。由于有这部分电流，所以“ VA”值比“ W”值大，“W”可以看作是“ VA”值当功率因数为 1 时的特例。目前，大多数计算机设备容量用“VA”表示，有些计算机也用“W”表示容量（如 IBM），但总体而言还是用“ VA”的多，所以 UPS 用“ VA”表示容量更能反映出和负载的匹配程度。 美国 APC公司生产的所有 UPS都同时提供了“ W”和“ VA”两种值。一般，计算机的瓦特（W）值是它的“ VA”值的 60 70。事实上如今所有的计算机电源的功率因数值都在 60 70左右，微型机趋向于 60，大型机趋向于 70。最新研制出的 UPS具有功率因数自动校正（ PFC）功能，它的功率因数号称为 1。有些 UPS厂商用“ W”表示容量，而实际上他们指的是“ VA” 值。计算机负载“ W” 值应为该标出值的 600 70，所以标出值是 100W的 UPS电源，能够驱动一个 100 瓦灯泡，但只能驱动 65W的计算机。不得用于商业用途仅供个人参考三、 UPS选配要点UPS作为保护性的电源设备，它的性能参数具有重要意义，应是我们选购时的考虑重点。 市电电压输入范围宽表明对市电的利用能力强（减少电池放电），输出电压频率范围小则表明对市电调整能力强，输出稳定。波形畸变率用以衡量输出电压波形的稳定性， 而电压稳定度则说明当 UPS突然由零负载加到满负载时，输出电压的稳定性。在选购 UPS之前，请根据以下选配要点为参考依据， 以便选择到最合适的品牌型号：3.1 确定 UPS的容量选择 UPS最关键的一步是根据所连接设备的耗电量确定 UPS的容量（功率）。如何计算 UPS的容量呢？在这里推荐三种简单易操作的方法：3.1.1检查设备背后的铭牌铭牌标识在不同的国家有不同的规定，但多数要求在主电源接口旁边附有一个铭牌标明设备的瓦特（W）或安培（ A）数。如果是安培形式，就将其乘以线上的电压算出VA（伏安）值，而UPS正是以 VA标称的。举例来说， 110V下 5A 表示 550VA，230V下 2A 表示 460VA。如果铭牌上标的是瓦特形式， 将这个数值除以0.7 以便应付大多数电器设备的开关模式特征。这种方法的唯一缺点在于，铭牌是为安全安装保险丝的要求而设，所以有些厂家会将实际的数值翻倍以确保万无一失。在这种情况不得用于商业用途仅供个人参考下，就会造成对功率需求的高估。3.1.2使用 UPS厂商提供的表格UPS厂商提供的表格上面直接列有各种设备所需VA 的标称，而无需再进行手工转换。这种方法的问题是表上的数据可能是过时了的，或者只是标准设备的数值， 而没有将增强型设备或兼容机的数据列在表上。3.1.3用安培表进行测量这种方法最为准确。 值得注意的是， 设备在启动时一般需要平时正常工作所需的几倍的电流， 尤其是那些采用了电动马达的设备或大型 CRT显示器（ 21 英寸以上）。克服这种问题的办法是用一块有敏感的反应速度的安培表在启动时反复地仔细测量几次。3.2 “离线型（ Off-line ）”与“在线型（ On-line ）”目前使用的 UPS可以分为两大类型：“离线型（Off-line）”与“在线型（ On-line ）”，两种类型中的高级型号都有减弱高输入电流及加强低输入电流的调整能力，而无需电池的帮助。一个规律是5kVA 以上功率的 UPS几乎全部是在线型的。由于成本的原因，600VA以下的UPS大多是离线型的。其区别具体如下：3.2.1离线型 UPS离线型UPS 即在电源正常时将输入电流直接传递到输出接口的UPS系统。它可以持续地监测着线路状况，当出现严重的电压下降情况时，就将开启直流 / 交流逆变器，由内部的电池向外部设备供电，不得用于商业用途仅供个人参考直到外部电压恢复正常并稳定地持续一段时间。离线型 UPS的设计原理决定了在UPS的转换期间会有一个暂时性的无电状态，但由于这种状态一般只持续5 毫秒左右，对一般的设备来说并没有什么影响。较昂贵的型号还会带有对主电源整流的功能，它能够输出纯净的正弦波交流电， 而不像廉价型号那样输出方波或梯形波。3.2.2在线型 UPS在线型 UPS即逆变器始终工作，输入电流首先被转换为直流电，在为电池充电的同时向逆变器供电的 UPS系统。当主电源断电时， 连接在逆变器上的电池继续为其供电， 所以不会产生离线型 UPS的暂时电流中断的情况。在线型 UPS的设计原理是先将交流电转换为直流电， 再将其转换为纯净的交流电， 所以具有很好的电流输出品质。 因其需要配备能够持续工作的逆变器， 所以成本也高一些， 许多名牌在线 UPS产品还提供一种称为“静态传递（ Static Bypass ）”的附加保护措施，在逆变器出故障的时候将主输入电源跳过逆变器直接输出， 避免因此造成的断电。3.3 UPS 供电时间几乎所有的标准UPS都能在满负荷状态下提供5 到 10 分钟之间的电源供应。您可以非常粗略地估计它在半负荷下能支持10到 20分钟。有些 UPS（主要是在线型UPS）带有扩充电池的设备，从而增加不得用于商业用途仅供个人参考UPS的供电时间。如果需要增加电池，请尽量选择集成充电器的电池盒。否则很难用一个小充电器为一个大型的电池组充电。在某些情况下， 根据 UPS品牌和型号的不同， 有时购买一个配有发电机的 10 分钟 UPS要比扩充大量的电池更为经济。在主电源出现故障时发电机将自动启动， 能够有效地维持几乎无限的不间断电源供应。3.4远程提示与监控监控软件则是一种不是必需但很有用的工具。它一般通过图形方式显示出电池电量、主输入电压、剩余供电时间以及UPS 状态及其他信息。监控信息一般通过 SNMP协议在网络上传输，而不像关机软件使用当地的串口连接以防在断电情况下集线器或路由器失效。当UPS出现异常情况时，它就会在SNMP监测工作站上显示出来。因为计算机有时要在无人的条件下工作， 如果用户无法察觉断电进而采取应急措施的话，那么 UPS延长的使用时间也就意义不大了。现在的关机软件大多能在电源发生故障时通过传呼机发出警告， 可以使网络管理员在局域网、广域网、因特网（intemet ）及内部网（ intranet ）等层次对 UPS电源进行远程控制。 这是一项极为有用的功能，它能够及时通知网络管理员赶回来解决电源的故障。3. 5 电源管理及检测软件如果服务器需要在无人控制的条件下连续运行的话，那么电源管理软件就显得非常重要了。 电源管理软件能够对UPS发送的信息进行不得用于商业用途仅供个人参考反应，向用户播放警告信息，然后等待一定的时间，再进行一个有次序的关机过程。有的电源管理软件还能在关闭整个系统前先关闭正在运行的程序。尽管有些网络设备需全天 24 小时的连续工作，其他设备却可在非高峰时关闭以减少能源消耗并延长设备的使用寿命。 电源管理软件能帮助网络管理员在其座位上就将某些设备关闭， 而无需亲自走到每台设备前。但因为 UPS只有有限的电池支持时间， 所以它的电能应该用于网络上最关键设备的供电（如打印机和显示器之类的设备） ，同时应当注意不要无谓地浪费 UPS宝贵的电源。在与 UPS搭配时，电源管理软件能将非关键部分的负载关闭以尽可能长地维持系统运行时间。如果许多设备同时启动的话， 大负荷产生的突发电流常常导致电源故障。电源管理软件能够依照用户规定的时间间隔依次启动不同的设备，从而克服了这个问题， 节省了不必要的配线和大功率UPS系统。综上所述：最客观的选配原则是在确定 UPS容量、机型后，主要应从性能特点的实用性、 质量保证的可靠性、 服务承诺的真实性以及合理可接受的产品价格（性价比、可靠性和服务保证）等方面评估后来购买。四、 UPS系统安装要点4.1安装地点的选择由于 UPS通常采用大量电池组作为备用电源，因此，在安装时必须要考虑到 UPS系统安装地板的承重。因此，UPS电池柜最好安装在地面楼层或载重梁位置。不得用于商业用途仅供个人参考4.2电线的连接要求电线的选用标准为：每平方毫米800-1000W,4-5A，输入插座要求 16a 以上的容量。电线连接要注意以下细节：4.2.1 UPS 输入、输出需接保护地线；4.2.2 UPS 输出插座直接连接负载；4.2.3 UPS 输入电源线接入有过流保护器装置的合适插座或端子台上；4.2.4电源线应安装避雷设备，最好能从总配电处、分开关处、UPS输入端分别做避雷防护；4.2.5要将计算机系统接到专用的电源线路上；4.2.6计算机系统供电一定要有保护措施， 最常用的是采用 UPS；4.2.7所有计算机外设使用专用电源时， 应降低组件间潜在的干扰；4.2.8 计算机系统接地。使用粗电缆，各个设备都要接地，合理的接地可以减少由电源本身和计算机外设所产生的噪声， 抵消闪电噪声或电涌干扰，减少电击的危险，保证人身安全；4.2.9计算机应远离有噪声的电气设备，如空调、工业机床、复印机等，主机房与空调机房应分区域设置；在有“噪声”的环境里，要屏蔽计算机电线和电缆；执行程序时不要关闭计算机电源，否则会毁掉数据，甚至烧掉电子电路；对重要的计算机系统要保证电源的冗余备份，如双回路、双 UPS、不得用于商业用途仅供个人参考发电机组等。4.3 UPS 电池的安装电池安装环境要求保持适宜的环境温度，最佳环境温度是在 20 25之间。远离热源和放射源，避免阳光直照。首先将电池串联接好， 测量电池组二端电压基本满足要求。 将电池线之红线接电池“ +”端，黑线接电池“ - ”端，黄绿线接电池箱保护地。让外接电池箱靠近 UPS。确认正、负极连接正确后，将电池线插头端插入 UPS。安装后如果没有接市电， 应断开电池和 UPS的连接。若由于某种原因不能断开设备和电池的连接 ( 原则上是不允许的，尤其是长时间连接更不允许 ) ，应同时将两组电池都连接上，不允许只接其中一组电池，同时记录连接的起始时间和设备的耗电电流。五、 UPS电源系统的使用5.1 UPS 电源系统开、关机5.1.1第一次开机（ 1）按以下顺序合闸：储能电池开关自动旁路开关输出开关依次置于“ ON”。（ 2）按 UPS启动面板“开”键， UPS电源系统将徐徐启动， “逆变”指示灯亮， 延时 1 分钟后，“旁路”灯熄灭， UPS转为逆变供电，完成开机。（ 3）经空载运行约 10 分钟后，按照负载功率由小到大的开机顺不得用于商业用途仅供个人参考序启动负载。5.1.2日常开机只需按 UPS面板“开”键，约 20 分钟后，即可开启电脑或其它仪器使用。通常等 UPS启动进入稳定工作后， 方可打开负载设备电源开关（注：手动维护开关在 UPS正常运行时，呈“ OFF”状态）。5.1.3关机先将电脑或其它仪器关闭，让UPS空载运行 10 分钟，待机内热量排出后，再按面板“关”键。5.2 UPS 电源系统使用注意事项UPS电源系统因其智能化程度高， 储能电池采用了免维护蓄电池，这虽给使用带来了许多便利，但在使用过程中还应在多方面引起注意，才能保证使用安全。5.2.1 UPS 电源主机对环境温度的要求通常应保持在 +5 40的幅度，要求室内清洁，少尘，因为灰尘加上潮湿会引起主机工作紊乱。储能蓄电池则对温度要求较高，标准使用温度为25，平时不能超过 +15 +30。温度太低，会使储电池容量下降，温度每下降1，其容量下降1。其放电容量会随温度升高而增加，但寿命降低。如果在高温下长期使用，温度每高10，电池寿命约降低一半。不得用于商业用途仅供个人参考5.2.2主机中设置的参数不要随意改变对电池组的参数会直接影响其使用寿命，但随着环境温度的改变，对浮充电压要做相应调整。通常以25为标准，环境温度每升高或降低 1时，浮充电压应增加18mV（相对于 12V蓄电池）。5.2.3避免带负载启动UPS电源在无外电靠 UPS电源系统自行供电时， 应避免带负载启动UPS电源，应先关断各负载，等UPS电源系统起动后再开启负载。因负载瞬间供电时会有冲击电流， 多负载的冲击电流和加上所需的供电电流会造成 UPS电源瞬间过载，严重时将损坏变换器。5.2.4避免随意增加大功率的额外设备UPS电源系统按使用要求功率余量不大，在使用中要避免随意增加大功率的额外设备，也不允许在满负载状态下长期运行。5.2.5做好安全保障措施由于组合电池组电压很高， 存在电击危险，因此装卸导电联接条、输出线时应用安全保障， 工具应采用绝缘措施， 特别是输出接点应有防触摸措施。5.2.6保证电压、电流符合规定要求不论是在浮充工作状态还是在充电、放电检修测试状态， 都要保证电压、电流符合规定要求。 过高的电压或电流可能会造成电池的热失控或失水、电压、电流过小会造成电池亏电，这都会影响电池的使用寿命，前者的影响更大。不得用于商业用途仅供个人参考5.2.7防止电池短路或深度放电在任何情况下， 都应防止电池短路或深度放电， 因为电池的循环寿命和放电深度有关。放电深度越深、循环寿命越短。在容量试验中或是放电检修中，通常放电达到容量的 30 50就可以了。虽说在充电时可以接受大电流， 但在实际操作中应尽量避免， 否则会造成电池极板膨胀变形， 使得极板活性物质脱落， 电池内阻增大，温升越高，严重时将造成容量下降，寿命提前终止。六、 UPS维护指南保证任何情况下的正常供电，是计算机系统正常运行的重要前提。但是 ,UPS 电源作为保障供电稳定和连续性的重要设备，因其主要机智能化程度高， 储能器材采用免维护蓄电池， 使得在运行中往往忽略了对该系统的维护与检修。 其实维护的好坏， 对电源的寿命和故障率有很大影响，下面根据我实际工作中遇到的具体情况和维护经验介绍 UPS电源的使用注意事项和日常维护要求。6.1 UPS 日常维护重点UPS系统的日常维护中需经常检查的重点有：清洁并检测电池两端电压、温度；连接处有无松动，腐蚀现象；检测连接条压降；电池外观是否完好，有无壳变形和渗漏；极柱、安全阀周围是否有酸雾逸出；主机设备是否正常。不得用于商业用途仅供个人参考6.2 UPS 主机维护重点UPS电源在正常使用情况下，主机的维护工作主要是防尘和定期除尘。特别是气候干燥的地区，空气中的灰粒较多，机内的风机会将灰尘带入机内沉积、 当遇空气潮湿时会引起主机控制紊乱造成主机工作失常，并发生不准确告警，大量灰尘也会造成器件散热不好。一般每季度应彻底清洁一次。 其次就是在除尘时， 检查各连接件和插接件有无松动和接触不牢的情况。6.3 UPS 储能电池维护重点目前储能电池组普遍都采用了免维护电池， 但这只是免除了以往的测比、配比、 定时添加蒸馏水的工作。外因工作状态对电池的影响没有改变，不正常工作状态对电池造成的影响没有变， 这部分的维护检修工作仍是非常重要的， UPS电源系统的大量维修检修工作主要在电池部分。若储能电池的工作全部是在浮充状态，至少应每年进行一次放电。放电前应先对电池组进行均衡充电，以达全组电池的均衡。要清楚放电前电池组已存在的落后电池。 放电过程中如有一只达到放电终止电压时，应停止放电，继续放电先消除落后电池后再放。6.4 UPS 故障排查当 UPS电池系统出现故障时，应先查明原因，分清是负载还是UPS电源系统；是主机还是电池组。虽说 UPS主机有故障自检功能，但它对面而不对点，对更换配件很方便，但要维修故障点，仍需做大不得用于商业用途仅供个人参考量的分析、检测工作。另外如自检部分发生故障，显示的故障内容则可能有误。当电池组中发现电压反极、 压降大、压差大和酸雾泄漏现象的电池时，应及时采用相应的方法恢复和修复， 对不能恢复和修复的要更换，但不能把不同容量、不同性能、不同厂家的电池联在一起，否则可能会对整组电池带来不利影响。对主机出现击穿， 断保险或烧毁器件的故障， 一定要查明原因并排除故障后才能重新启动， 否则会接连发生相同的故障。 对寿命已过期的电池组要及时更换，以免影响到主机。结束语再好的 UPS系统设备也有寿命， 也会出现各类故障， 但维护工作做的好可以延长寿命，减少故障的发生，这和人的寿命长短、生老病死是一样的道理。不要因为高智能、免维护而忽略了本应进行的UPS系统维护工作，预防在任何时候都是安全运行的重要保障。不得用于商业用途仅供个人参考仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f r den pers?nlichen f r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l tude et la recherche uniquement des fins personnelles; pas des fins commerciales.,.以下无正文不得用于商业用途