UPS电源的工作原理及维护

【摘要】本文阐述了UPS电源的种类和运行特点，以及日常应用中的维护和维修方法。

【关键词】UPS;逆变器;智能化;蓄电池;维护

UPS电源也称不间断电源，能够提供持续、稳定、不间断的电源供应的重要外部设备。它在市电停止供应的时候，能保持一段供电时间，使人们有时间存盘，再从容地关闭机器。

一、UPS电源的工作原理

UPS电源按工作原理分成后备式、在线式与在线互动式三大类。UPS电源现已广泛应用于：工业、通讯、国防、医院、广播电视、计算机业务终端、网络服务器、网络设备、数据存储设备等领域。

1.在线式

在线式UPS的运作模式为市电和用电设备是隔离的，市电不会直接供电给用电设备，而是到了UPS就被转换成直流电，再兵分两路，一路为电池充电，另一路则转回交流电，供电给用电设备，市电供电品质不稳或停电时，电池从充电转为供电，直到市电恢复正常才转回充电，UPS在用电的整个过程是全程介入的。其优点是输出的波型和市电一样是正弦波，而且纯净无杂讯，不受市电不稳定的影响，可供电给电感型负载，例如电风扇，只要在UPS输出功率足够的前题下，可以供电给任何使用市电的设备。

UPS电源一直使其逆变器处于工作状态，通过电路将外部交流电转变为直流电，再通过高质量的逆变器将直流电转换为高质量的正弦波交流电输出给计算机。在线式UPS在供电状况下的主要功能是稳压及防止电波干扰;在停电时则使用备用直流电源（蓄电池组）给逆变器供电。由于逆变器一直在工作，因此不存在切换时间问题，适用于对电源有严格要求的场合。在线式UPS电源不同于后备式的一大优点是供电持续长，一般为几个小时，也有大到十几个小时的，它的主要功能是可以让您在停电的情况可像平常一样工作，显然，由于其功能的特殊，价格也明显要贵很多。这种在线式UPS比较适用于计算机、广电、交通、银行、证券、通信、医疗、工业控制等行业，因为这些领域的电脑一般不允许出现停电现象。

2.后备式

后备式又称为非在线式不间断电源，它只是“备援”性质的UPS，市电直接供电给用电设备也为电池充电，一旦市电供电品质不稳或停电了，市电的回路会自动切断，电池的直流电会被转换成交流电接手供电的任务，直到市电恢复正常，UPS只有在市电停电了才会介入供电，不过从直流电转换的交流电是方波，只限于供电给电容型负载，如电脑和监视器。平时处于蓄电池充电状态，在停电时逆变器紧急切换到工作状态，将电池提供的直流电转变为稳定的交流电输出，因此后备式UPS也被称为离线式UPS。后备式UPS电源的优点是：运行效率高、噪音低、价格相对便宜，主要适用于市电波动不大，对供电质量要求不高的场合，比较适合家庭使用。然而这种UPS存在一个切换时间问题，因此不适合用在关键性的供电不能中断的场所。不过实际上这个切换时间很短，一般介于2至10毫秒，而计算机本身的交换式电源供应器在断电时应可维持10毫秒左右，所以个人计算机系统一般不会因为这个切换时间而出现问题。后备式UPS一般只能持续供电几分钟到几十分钟，主要是让您有时间备份数据，并尽快结束手头工作，其价格也较低。对不是太关键的电脑应用，比如个人家庭用户，就可配小功率的后备式UPS。

3.线上交错式

线上交错式又称为线上互动式或在线互动式，基本运作方式和离线式一样，不同之处在于线上交错式虽不像在线式全程介入供电，但随时都在监视市电的供电状况，本身具备升压和减压补偿电路，在市电的供电状况不理想时，即时校正，减少不必要的切换，延长电池寿命。

这是一种智能化的UPS电源，所谓在线互动式UPS，是指在输入市电正常时，UPS的逆变器处于反向工作（即整流工作状态），给电池组充电;在市电异常时逆变器立刻转为逆变工作状态，将电池组电能转换为交流电输出，因此在线互动式UPS也有转换时间。同后备式UPS相比，在线互动式UPS电源的保护功能较强，逆变器输出电压波形较好，一般为正弦波，而其最大的优点是具有较强的软件功能，可以方便地上网，进行UPS的远程控制和智能化管理。可自动侦测外部输入电压是否处于正常范围之内，如有偏差可由稳压电路升压或降压，提供比较稳定的正弦波输出电压。而且它与计算机之间可以通过数据接口（如RS-232串口）进行数据通讯，通过监控软件，用户可直接从电脑屏幕上监控电源及UPS状况，简化、方便管理工作，并可提高计算机系统的可靠性。这种UPS集中了后备式UPS效率高和在线式UPS供电质量高的优点，但其稳频特性不是十分理想，不适合做常延时的UPS电源。

随着计算机网络结构的扩展，现在在网络中应用的UPS不再

只是单纯的电源设备，而逐步成为整个网络中电源的管理中心，UPS由最初单纯不间断供电已发展到今天的智能化、多功能。新型的UPS本身融合了多种新技术，UPS不仅是提供不间断电源的工具，而且当作为负载的设备在无人值守时，当市电故障后，UPS可以按照事先的约定顺序关机，甚至还可以自动发传呼或E-mail给管理者。现代的UPS与服务器上的软件协同工作，还能实现事件记录、故障告警、UPS参数自动测试分析、调节等多项功能，提供了完全的电源管理解决方案。现在有些UPS甚至可以对环境温度、湿度和烟雾等进行监视。

二、日常维护与修理

1.UPS电源在正常应用情况下，主机的维护操作很少，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。

2.虽说储能电池组现在都采用了免维护电池，但这只是免除从前的测比、配比、定时增加蒸馏水的作业。但外因工作状态对电池的影响并没有转变，不正常工作状态对电池造成的影响没有变，这部分的维护修理工作仍是十分重要的，UPS电源系统的大量维修修理工作主要在电池部分。

a.储能电池的作业全副是在浮充状态，在这种情况下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留的退步电池。放电过程中如有一只达到放电终止电压时，应停止放电，继续放电先铲除退步电池后再放。

b.核对性放电，不是首先寻求放出容量的百分之多少，而是要关注发现和处理退步电池，经对退步电池处理后再作核对性放电实验。这样可避免事端，以免放电中退步电池恶化为反极电池。

c.平时每组电池至少应有8只电池作标示电池，作为了解全电池组工作情况的参看，对标示电池应定期测量并做好记录。

d.日常维护中需检查的项目有：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;电池外观是否完整，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。

e.免维护电池要维护，不是什么无稽之谈，应从广义的维护立场出发，做到运行、日常管理的周到、细致和规范性，保证设备（包括主机设备）保持良好的运行状况，从而延长应用年限;保证直流母线保持合格的电压和电池的放电容量;保证电池运行和人员的安全可靠。这就是电池维护的目的，也是电池运行规程中包括的内容和运行守则。

3.当UPS电池系统出现故障时，应先查明理由，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，仍需做大量的分析、检测工作。另外如自检部分发生故障，显现的故障内容则可能有误。

4.对主机出现击穿，断保险或焚毁器件的故障，定然要查明理由并消除故障后才能从头启动，不然会接连发生等同的故障。

5.当电池组中发现电压反极、压降大、压差大和酸雾泄露现象的电池时，应即时采用相应的方法还原和修复，对不能还原和修复的要更换，但不能把不同容量、不同性能、不同厂家的电池联在一起，不然可能会对整组电池带来不利影响。对寿命已过期的电池组要即时更换，以免影响到主机。

再好的设备也有寿命，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维护工作，防备在任何时候都是安全运行的重要保障。

作者简介：王翀鸿（1976—），男，工程师，甘肃省广电局冬青顶转播台机组长。