UPS的使用安装维护和运行

李炳江 王敏杰 张小俊

摘 要：目前UPS在设备企业和办公中得到广泛的运用，如何选择一台适合于自身的UPS设备。将对设备安全、平稳、有效运行意义重大，因此我们有必要掌握其原理，合理使用安装维护和运行。

关键词：UPS；IGBT；栅极；发射极；集电极；整流；逆变

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.111

1 UPS的工作原理和主要元件的保护

UPS其工作原理是在正常的情况下输入回路向既向负载提供电源，要向UPS的电池充电，储备能量以备停电时向负载提供电源。当UPS内部故障或UPS必须进行保养维修，测试时能转换到旁路。输入电源通过旁路直接向负载供电。而负载不需中断。为了保证负载不间断的运行，就要保护主要元件，如果发现输入的电源回路断电或故障的时候，就要将电池的电能逆变成稳频稳压的交流电，从而提供给负载。UPS使用的主要核心元器件有晶体管、可控硅、MOS管、IGBT。本文以IBGT为例来说明。IBGT容易损坏，主要是因为他所处的环境的特殊性，也就是工作在高频与高电压、大电流的条件。同时IGBT的可靠性直接关系到电源的可靠性。因为电源系统会受到电网波动、雷击的影响，而电网波动和雷击使得它所承受的应力比往常更大。IGBT栅极与发射极之间的电压、IGBT集电极与发射极之间的电压、流过IGBT集电极一发射极的电流以及IGBT的结温决定了IGBT的安全可靠性。

2 IGBT栅极的保护

驱动电压就是IGBT的栅极—发射极之间的电压。通常来讲，电压低则不能正常运行。如果超过栅极-发射极之间的保证值电压就造成器件损坏，因此必须加以保护。在IGBT的驱动电路中设置栅压限幅电路是我们通常采用的方法。若IGBT的栅极—发射极之间开路，当集点极和发射极极之间有电压存在。由于栅极—发射极有寄生电容的存在，它的电压随集点极电压的升高而升高。电流就会在集点极和发射极之间流过，就会有集点极和发射极在高压状态工作的情况，IGBJ就会发热。所以IGBT的栅极—发射极之间不能开路。因此在IGBT的栅极与发射极间并接一个几十千欧的电阻。

3 集电极与发射极间的过压保护

过压保护可分为：施加到IGBT集电极-发射极间的直流电压过高保护和施加到集电极-到发射极上的浪涌电压过高保护。不正常的电源异变导致了直流过电压电压情况的产生。在保护中主要是增大IGBT的容量；浪涌过电压主要是电路中有电感的存在和IBGT的高速关断而产生的。根据实际情况浪涌过电压的保护，需要选取适当的缓冲保护电路，更好地抑制浪涌电压。在进行安装设备时要降低主电路的电感、要缓冲电路的分布电感，接线时要尽量的短，尽量的粗。

4 集电极电流过流保护

集电极电流过流保护它是用电阻或电流互感器检测IBJT是否过流而进行的保护。把电阻或电流互感器与IBGT串联，检测流过的集电极电流，为了达到保护设备元件的目的，就要在电流过大时就断开输入电源。集电极电流过流保护原理也只是检测负载电流进行保护的原理。当负载短路或负载电流超出设定的值是就切断IBGT的输入，从而保护设备元件。

5 UPS安装地点的选择

UPS大多安装在负载或微机附近，许多电子元件组成了UPS设备，因而受到了环境和空气的影响，尤其是恶劣天气的影响，比如，当环境空气灰尘含量稍大和天气潮湿时，就出现漏电和UPS的故障。所以要远离可能导致短路的金属导电灰尘。安放地点必须考虑防止避免水流喷射到设备上。在任何场地必须留出供设备通风维修的空间。各种集成块、功率变压器、陶瓷电阻、线绕电阻及大功率三级管等都在UPS的内部，因而设备损坏的可能性很大，而损坏主要受设备自身的影响，比如设备的自然温升，不能及时散发热量，环境温度、湿度、洁净度在安装过程中就要充分考虑，并具有良好的通风系统，加装排风扇把UPS 热量排到室外。也可用室内空冷的方法排除热量，即在机房内配备相当功率的空调机。使室内温度控制在UPS产品说明规定的温度之内。

6 UPS输入输出电力电缆

选择输入回路导线线径和输出回路导线线径是安装一台UPS的首先前提，直接影响设备的正常运行就是线经选得太小，长期运行时发热发生短路，产生安全隐患。线径选得太大不但会造成经济上的浪费，也会引起不必要的故障和事故，一台UPS标注的只是额定的输出功率，而其整机消耗功率应包括电池充电在内的功率。选择线径方法应该是：UPS额定输出功率与电池充电所消耗的功率之各乘以安全系数，一般输入功率约等于标称额定输出功率的两倍。电力电缆要按要求分组。一般一台UPS电源可分为，输入回路，输出回路，控制回路，通信回路。如在同一线槽铺设也要分开铺设并固定。同一地线排上的电缆集成一束。控制电缆和电力电缆要分开铺设。避免控制电缆和电力电缆长距离平行铺设。一般情况下UPS的输入和输出零线在UPS的内部相互连接。如果要将输入和输出的零线分开则必须安装隔离变压器。在接入回路时，需要注意一些问题，大负荷的设备和频率起动的设备要进行分开，以避免这些设备起动时，引起UPS工作模式的不必要切换。所选电力电缆面积要保持一定的余量。整台机器设备要有可靠的接地系统，保正设备的安全。

7 电源输入和输出的保护系统

UPS的投入必须有可靠的电源质量，电压及频率不能超过UPS的范围使用，电网的电压及其频率一定要符合UPS说明书要求，否则接入UPS就会造成元件的损坏。电压太高，其元件承受不住耐压而烧毁电器设备，在电网的输入端接上频率表和电压表是必须考虑的环节，同时也要确定电压和频率在适宜范围如何自行启动，更好地保护UPS设备，从某种意义上讲，对负载设备也起到一定保护作用。

8 电池充放电保护系统

电池是UPS的一个重要组成部件，它的价格要比起其他部件要贵得多，蓄电池过度放电，会影响电池的正常使用，造成电池的损伤，同时过度放电会造成蓄电池内部极板表面的硫酸盐化，其结果是导致蓄电池内阻增大，再充电困难，严重时甚至会使个别电池产生“反极”现象及电池永久性损坏。因此在UPS开启后经常观察UPS面板显示电池的电压或电池维持时间来确定其运行时间，切莫过度使用UPS电池，一旦损坏将造成更大经济损失。在运行中可设立保护系统根据UPS电池的电压表，来确定UPS其运行时间以自动关机，也可以根据电压降到某一安全程度，即关闭电源，停止使用UPS。

9 总结

通过对UPS的原理、合理使用、安装维护和运行的了解，提出针对在不同环境、不同场地选择最佳适合自身的UPS产品，不同产地不同的设备，有着不同的性能和运行参数。在使用前必须准确掌握每台设备的产品说明书按时巡检，在实际生产中进行精心维护，发现问题及时处理，并采取可行性的措施，确保UPS能安全运行，为企业减少不必要的经济浪费。