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POWSYS UPS
的使用和维护
（供用户参考）
工程部
马建民
1.
UPS
基本原理
UPS
电
源实质个是一个交流
-
直流
-
交流的过程。它先把输入的交流电通过由三相可
控硅组成的全桥整流为脉
动的直流，经滤波电容的滤波后，成为稳定的直流电。直流电
电压分别为
145V
、
270V
、
432V
三类，分别适应不同用户的要求。然后，
UPS
再把直流
电进行变换，使之成为稳频、稳压的交流电
。这种方式为在线式，我公司生产的
UPS
均是在线式。按行业
区分，
UPS
分为电力类及商业类。电力类直流电压多为
270V
（适
应
23
0V
直流屏）
，少数为
145V
（适应
110 V
直流屏）
< br>，输出均为单相；商业类直流电压
一般为
432V
（与
32
节电池相配）
，输出为三相。
下图为
UPS
的工作原理框图
逆
变
器
（
IGBT模
块
）
输
出
开
关
主
回
路
逆
变
输<
/p>
出
交
流
接
触
器
三
相
全
桥
整
流
器
滤
波
电
容
反
向
二
极
管
（
商
业<
/p>
机
没
有
）
电
子
旁
路
电
子
旁
路
交
流
接
触
器
维
修
旁
路
电
池
<
/p>
当主路外电消失时，电池开始放电，
UPS
依靠电池的能量，继续工作，输出逆变后
的电压。
当电池电压低于阈值电压或逆变部分损坏时，
UPS
转旁路运行，保持供电输
出的连续。
维修旁路开关确保能在不断电的情况下，使维修人员对
UPS
能进行检修。
2
．整流原理
POWSYS
UPS
全部采用三相
整流电路，除一小部分小功率机（
10KV
A
< br>以内）采用
1
三相半波外，
绝大多数均为三相全波可控硅整流。通过改变可控硅的导通角，实现对直
流电压的控制，
使其具有较高的稳定性。一般情况下，直流电压的变化在
5V
以
内。
商业类全部采用
432V
直流电压，滤波电容上外接
32
块电池，每节
电池的浮充电
压恰为
13.5V
。
电力类多数为
270V
直流电压，
与
230V
的直流屏接口，
由于接有反向二
极管，只允许直流屏的电池放电，禁止向电池充电。
R
S
T
三
相
交
流
电
整
流
后
的<
/p>
直
流
电
源
由
三
相
可
控
硅
组
成
的
全
桥
滤
波
电
容
3.
逆变原理
采用
IGBT
大功率模块，该模块输入采用场效应管，输出采用三极管。这是因为场
效应管输入阻抗高，开关损耗小，所以用在输入端不仅使推动电流极大地减小，而且驱
动损耗也相应下降；然而，场效应管功率不能做得很大，三极管容易实现大功率，故输
出采用三极管。
这种场效应管与三极管的双生子，
被称之为
IGBT
。
目前，
国际上大功率
UPS
的逆变电路全部采用
IGBT
模块。一只模块一般集成两只
IGBT
，所以，输出为一路
的
UPS
要两只
IGBT
模块，输出是三路的要六只模块
。
这六只
IGBT
< br>当左上与右下导通（右上与左下截止）时，流过变压器原边的电流为
IGBT
均不导通时，变压
器内无电流通过。改变
I
GBT
控制极的电位就改变了
IGBT
的状态，于是，在变压器的原
边就得到下图所示的方波。
根据变
压器的变换原理，
在变压器的副边就得到与原边相同
的方波。这
种方波的宽度在变化是控制电路依照正弦波能量分布换算来的。
IGBT2
IGBT1
逆
变
后
的
交
流
电
压
滤
波
电
容
输
出
变
压
器
IG
BT3
IGBT4
2
由于变压器副边接有滤波电容，由于电容两端的电压不能突
变，所以，变压器副边
实际波形为正弦波。这种方式称为正弦波脉宽调整方式，即正弦波
PWM
方式。
逆
变
输
出
时
间
4
．同步：
同步是指
UPS
逆变输出电压的频率与相位旁路电源的频率与相位一致。
其目的在于
当逆变器损坏时，
UPS
输出由逆变电压切换到旁
路电压时，输出电压的频率与相位不会
有较大的变化，以保持负载不会受任何影响。否则
，当逆变电压与旁路电压之间存在较
大相位差时，输出电源会产生较大的缺口，将很可能
造成服务器的重启。
下图为逆变电压与旁路电压同步时，在切换瞬间的输出波形。
逆
变
后
输
出
电
压
旁
路
电
压
输
出
电
压
时
< br>间
时
间
时
间
3
下图为逆变电压与旁路电压不同步时，在切换瞬间的输出波形。
输
出
电
压
旁
路
电
压
时
间
逆
变
电
压
从图中可明显见到，
在逆变电压与旁
路电压同步时，
如遇紧急情况，
UPS
切换到旁
路电压，输出电压仍然是平滑的交流电。而在逆变电压与旁路电压不同步时，切
换后输
出的电压将会有很大的阶跃，这将会影响到负载的正常运行。
5.
逆变输出和旁路输出的切换原理
1
）
UPS
出现异常时
,
如逆变器损坏
,
散热片温度太高等
转旁路运行。
2
）
转旁路运行时
,
逆变交流接触器
关断后，旁路交流接触器才能吸合，由于两个交流接
触器有时差
,
这会使输出电源有较大的缺口
,
会造
成计算机重启或数据丢失。
静态开关是
将一对反向并联的快速可
控硅连接起来，作为
UPS
电源在执行市电旁路供电与逆变器<
/p>
供电切换操作时的转换元件。由于可控硅的接通时间要远小于交流接触器的动作时间，
利用静态开关，便可实现对负载进行转换时间为零的不间断供电。
3
）
逆变关断的同时
< br>,
可控硅
SCR(
静态开关
)
先于旁路交流接触器的导通
,
保证了供电的连
续性。在正常情况下，
UPS
输出波形的相位、频率要和旁路电压保持一致，以便在向旁
路切换时
保持输出电压的平滑。当
CPU
检测到输出电压与旁路电压一致
时，同步灯亮，
且同步交流接触器吸合。当不同步时，将会报警。
下图示出从逆变向旁路切换的时序
时
间
时
间
4
下图示出从旁路向逆变切换时的时序
4
）
．当逆变器的故障解除时，
UPS
从旁路向逆变切换。静态开关
SCR
先于逆变交流接触
器导通，保证了供电的连续性。
< br>
6.
报警
1)
主输入电压超限或消失。正常状
态下，主输入电压应为
176V-264V
之间。输入电压
超越此范围
UPS
将报警，并且整流器将不
再工作，电池投入运行，
UPS
仍处于逆变
状态。电池耗到阈值电压时
UPS
停止逆变，将转到旁路输
出状态。
2)
旁路电压超限或消失。正常状态下，旁路电压应在
184V
－
253V
之间，超出此范围
UPS<
/p>
将报警，并不再跟踪旁路，同时，逆变出现问题时也不再往旁路转换。
3)
散热器或变压器过温。超
温时，逆变器停止工作，
UPS
转旁路输出。
< br>
4)
电池电压低
（每
200
小时自检一次）
。
电池自检不通过时，
BETTERY
红灯亮，
并报警。
但只要电池不低于阈值电压，当交流电消失
时，电池仍然工作，
UPS
仍然处于逆变
状态。
5)
直流电压故障。如整流器有故障，整流后的电压超出阈值。
6)
输出过载。
输出达到额定电流＋
1A
－
1.2
额定电流时，
UPS
坚持
10
分钟后停止逆变，
转旁路运行。当超载解除时，
UPS
自动转回逆变输出。当输出达到
1.2
额定负载＋
1A
－
1.5
额定负载时，
UPS
坚持
1
分钟后停止逆变，转旁路运行。当超载解除时，
UPS
自动转回逆变输出。
7)
电池在向负载供电。
8)
不同步。
UPS
逆变输出电压与旁路电压频率或相位不一致。
不同步时
，
UPS
即使逆变
出现问题也不向旁路
转换，此时
UPS
将会失电。不同步的原因主要有
UPS
电路有问
题；输入的旁路电压存在严重的干扰
，使旁路正弦波电压过零点不清晰，
UPS
难以
判断旁路电压的过零点；
UPS
接地电路断开等原因。
9)
逆变
器输出电压异常。指逆变后的电压超出阈值，
UPS
停止逆变转
旁路运行。
10)
转旁路（含各种原因，包括人为的原因）
。
7.
前面板各显示灯的功能
BYPASS
（绿灯）
：旁路工作状态正常时灯绿亮。
BATTERY
（红灯）
：电池自
检不通过，表示电池有问题时红灯亮。
CHARGER
（绿灯）
：外电主回路及直流电压工作状态均正常时绿灯亮。
INVERTER
（绿灯）
：逆变器开始工作时绿灯亮。
5
BYPASS
B/P
LOAD LEV
EL
BATTERY
OVERLOAD
SYNC
CHARGER
INVERTER
INV
B/P
（红灯）
：
UPS
输出为旁路电压时红灯亮。
INV
（绿灯）
：
UPS
输出为逆变电压时绿灯亮。
OVERLOAD
（红灯）
：过载时红灯亮。
SYNC
（绿灯）
< br>：同步时绿灯亮。
LOAD LEVEL:
表示
UPS
输出负载的大小。其中，最上部为红灯
，表示过载，其余
6
只全
部是绿灯，表
示负载的大小。
上述所有红等均不应该亮，绿等均应该亮
8.
前面板按键的功能
8.1
方按钮的功能
IN
：检查输入三相主电压，应为三相，电压范围在
176
V
～
264V
之间。
< br>
B/P