大型 UPS 電源的調(diào)試
時間:2009-03-13 10:30:01 來源:《電源世界》 作者:
    測試 UPS 的目的,主要是鑒定UPS的實際技術(shù)指標是否滿足使用要求.UPS的測試一般包括穩(wěn)態(tài)測試和動態(tài)測試兩類.穩(wěn)態(tài)測試是在空載、50 % 額定負載以及100 % 額定負載條件下,測試輸入端和輸出端的各相電壓、線電壓、空載損耗、功率因數(shù)、效率、輸出電壓波形、失真度以及輸出電壓的頻率等.動態(tài)測試一般是在負載突變(一般選擇負載由0 % ~100 %和由100% ~ 0 %)時,測試UPS輸出電壓波形的變化,以檢驗UPS的動態(tài)特性和能量反饋通路.
一、穩(wěn)態(tài)測試
所謂穩(wěn)態(tài)測試是指設(shè)備進入“系統(tǒng)正?！睜顟B(tài)時的測試,一般可測波形、頻率和電壓.
1.  測試輸入特性參數(shù)及方法
(1)輸入功率因數(shù)
技術(shù)指標:國標為≥ 0.8.
測試方法:檢測 UPS 輸入電流波形諧波及其與電壓波形相位差的綜合分析.可用英國 PA4400-4 型數(shù)字電力諧波分析儀直讀(在空載和滿載時).
此項測試的意義如下:
①減少輸入端無功損耗是UPS節(jié)電的重要組成部分.6脈沖整流器,如果不加輸入濾波器,其無功損耗約為額定功率的20 %.
②降低對自備發(fā)電機的功率比要求.如果輸入功率因數(shù)為1時,需要配備發(fā)電機的功率比為1:1,那么6脈沖整流器而輸入又沒有加諧波濾波器的話,需要配備發(fā)電機的功率比為2.5:1.
③減少對電網(wǎng)造成的污染.此項指標在選購設(shè)備時應(yīng)該考慮進去.
(2)輸入頻率范圍
技術(shù)指標:國標為50Hz±2.5 %.
測試方法:采用變頻電源或發(fā)電機.固定額定輸入電壓,改變輸入頻率,用記憶示波器觀察 UPS 輸入頻率的跟蹤范圍.
本技術(shù)指標要求不高,所有品牌 UPS 都能達到.跟蹤電網(wǎng)頻率范圍寬,表明UPS與電網(wǎng)容易匹配.
(3)直流電壓輸入范圍
技術(shù)指標:國標沒有規(guī)定.
UPS說明書中都應(yīng)該標明直流電壓的范圍,由于各品牌的UPS所配置的直流電壓(標稱值)不一樣,所以范圍也不一樣.
測試方法:在保證UPS輸出電壓在380V±1% 范圍時,測量蓄電池的直流電壓范圍.
此項測試的意義是:較寬的直流電壓輸入范圍,表明控制電路調(diào)整范圍寬.市電與蓄電池互相切換時,仍然保證UPS輸出電壓的穩(wěn)定度.
2.  測試輸出特性參數(shù)及方法
(1)輸出電壓波形
技術(shù)指標:國標為正弦波,波形失真 ≤5%(100 % 線性負載).
測試方法:一般是在空載和滿載(電阻性負載)狀態(tài)時,觀察輸出波形是否正常,用失真度測量儀或658型數(shù)字電力品質(zhì)分析儀,測量輸出電壓波形的失真度.
(2)UPS的輸出電壓
技術(shù)指標:國標為 380V ± 2%.
UPS的輸出電壓可以通過以下方法進行測試:
①當輸入電壓為額定電壓的90 %,輸出負載為100 %或輸入電壓為額定電壓的110 %,輸出負載為 0 時,其輸出電壓應(yīng)保持在額定值 ± 2 % 的范圍內(nèi).
②當輸入電壓為額定電壓的90 %或110 %時,輸出電壓一相為空載,另外兩相為100 % 額定負載;或者兩相為空載,另外一相為100 %負載時,其輸出電壓應(yīng)保持在額定值± 2 % 的范圍內(nèi),其相位差應(yīng)保持在4°范圍內(nèi).
要在不平衡負載情況下,使負載電壓的幅值和相位保持在允許范圍內(nèi),逆變器的設(shè)計就必須做到每相都能單獨調(diào)整.在對每一相電壓的幅值和相位分別控制的情況下,可以做到三相負載電壓始終是對稱的.有的UPS不是每相都能單獨調(diào)整,所以,當接單相負載時,輸出電壓就會出現(xiàn)明顯的不平衡.對于這類UPS ,就不能進行此種測試,使用時,也必須使三相負載盡量平衡.
另外,上述的不平衡負載一相為空載,另外兩相為額定負載;或者兩相為空載,另外一相為額定負載的條件較為嚴酷,有的機器是在不平衡負載兩相為額定負載,另外一相為70 % 的額定負載;或者一相為額定負載,另外兩相為70 % 的額定負載來測試輸出電壓(各相電壓、線電壓)的穩(wěn)壓精度和三相輸出不平衡度.
③當UPS逆變器的輸入直流電壓變化± 15 %,輸出負載為0 % ~ 100 %  變化時,其輸出電壓值應(yīng)保持在額定電壓值± 2 % 范圍內(nèi).這一指標表面上與前面所述指標重復,但實際上它比前面的指標要求更高.這是因為控制系統(tǒng)的輸入信號在大范圍內(nèi)變化時,表現(xiàn)出明顯的非線性,要使輸出電壓不超出允許范圍,對電路要求就更高了.
(3)負載波峰因數(shù)
技術(shù)指標:國標沒有此項要求,國際標準為CF = 3( CF—波峰因數(shù)).
測試方法:
①用模擬波峰因數(shù)為3:1而平均功率為UPS額定輸出功率的假負載,接入UPS輸出端,觀察 UPS 是否過載及長期工作是否可靠.
②調(diào)節(jié)波峰因數(shù)比,測量UPS在可靠工作條件下的波峰因數(shù)值.
本指標是真正反映UPS帶當今最普遍的非線性負載的能力,是一個非常重要的技術(shù)指標.要獲得較高的波峰因數(shù),需要較高的PWM調(diào)制頻率及高速數(shù)字反饋.
(4)噪聲測試(在 1 m 距離下測量)
技術(shù)指標:國標為 ≤ 65dB (≥10 kVA)
測試方法:在滿載條件下,使用 HS56070XAN61 型噪聲自動測試系統(tǒng)進行測試.
UPS功率越大,噪音越大,這是環(huán)境噪音污染.在大功率UPS中,凡是采用較高的PWM 調(diào)制頻率及采用先進裝配工藝的,噪音都比同規(guī)格其他品牌UPS的噪音低.
(5)效率
技術(shù)指標:國標為>75 %(10 ~ 100 kVA).
測試方法:用685型電力品質(zhì)分析儀測量輸入與輸出功率.
UPS 的效率主要取決于逆變器的設(shè)計.大多數(shù)UPS只有在50 % ~ 100 % 負載時才有比較高的效率,當?shù)陀?50 % 負載時,其效率就急劇下降.廠家提供的效率指標也多是在額定直流電壓,額定負載( cosφ = 0.8 )條件下的效率.交流輸入功率應(yīng)指有功功率與無功功率的相量和,交流輸出功率也應(yīng)包含無功功率與有功功率.從用戶節(jié)能角度,應(yīng)該注重 AC → AC 的轉(zhuǎn)換效率,不應(yīng)受代理商只考慮 DC →AC 轉(zhuǎn)換效率或只用輸出功率與輸入有功功率之比的誤導(忽視了輸入無功功率的損耗).
效率等于輸出有功功率比輸入有功功率再乘以100 %,輸入功率不包含蓄電池的充電功率.測試是在正常條件下,負載為100 %或 0 %的阻性負載情況下測量.機器的效率高,可以節(jié)省電費,選用容量時,其裕量系數(shù)也可以減小些.
(6)主要功率器件的溫升
技術(shù)指標:在輸出電壓與輸出功率為額定值時,國標為:功率變壓器溫升≤ 80℃.                                                                                  功率半導體溫升≤ 85℃.
測試方法:用精密點溫計測量.
在滿負載及溫升穩(wěn)定狀態(tài)下測量溫升.功率器件溫升越低,表明功率器件安全系數(shù)越大.UPS運行的可靠性也越高.
(7)輸出電壓頻率范圍
技術(shù)指標:國標為50±0.5Hz.
測試方法:輸入采用變頻電源或發(fā)電機,輸出端接入示波器和“電源擾動分析儀”進行測量.固定額定輸入電壓,改變輸入頻率.當輸入頻率超過調(diào)整的范圍時,UPS將轉(zhuǎn)入本機振蕩器.如果本機振蕩器頻率不夠精確時,也有可能在市電頻率不穩(wěn)時,UPS輸出電壓的頻率也不穩(wěn).
通過此項測試也可以確認UPS輸出電壓頻率范圍值.即分別向高和向低調(diào)整輸入頻率,當同步燈亮并且發(fā)出告警聲時的頻率點,就是UPS輸出電壓頻率的范圍.
逆變器輸出電壓頻率范圍也叫做逆變器與市電(旁路)的同步范圍.此范圍可以根據(jù)用戶需要進行調(diào)整.有的品牌UPS可以通過菜單直接設(shè)置所需要的頻率范圍值,有的品牌 UPS 需要人工調(diào)整.頻率范圍分為幾個檔,例如:50±0.25Hz;50±0.5Hz;50±0.75Hz;50±1Hz.用戶可以根據(jù)負載的頻率范圍,來調(diào)整逆變器輸出電壓的頻率范圍.目前UPS輸出電壓頻率都能滿足要求.
維護經(jīng)驗證明,UPS輸出電壓頻率范圍并不是越窄越好.因為逆變器輸出電壓頻率在調(diào)整值的頻率范圍內(nèi)時跟蹤市電(旁路),一旦市電(旁路)頻率超出所調(diào)整值的范圍時,逆變器輸出電壓頻率就轉(zhuǎn)換到本機內(nèi)部振蕩器工作(也叫做轉(zhuǎn)內(nèi)同).一般本機內(nèi)部振蕩器的頻率比較準確,需要注意的是,逆變器一旦轉(zhuǎn)內(nèi)同工作,UPS面板上的同步指示燈亮,表示逆變器輸出電壓頻率與市電(旁路)不同步(市電頻率超過輸出頻率范圍).這時候UPS禁止逆變器 → 旁路和旁路 → 逆變器的轉(zhuǎn)換.所以此項調(diào)整很重要,調(diào)整的UPS輸出電壓頻率范圍值只要滿足負載的要求就可以了.
二、動態(tài)測試
1.  轉(zhuǎn)換特性測試
技術(shù)指標:國標為0 ms.
此項主要測試由逆變器供電轉(zhuǎn)換到市電供電或由市電供電轉(zhuǎn)換到逆變器供電時的轉(zhuǎn)換特性.測試時需有存儲示波器和能夠模擬市電變化的調(diào)壓器.
轉(zhuǎn)換試驗要在100 %負載下進行,特別是由市電轉(zhuǎn)換到UPS上時,相當于UPS的逆變器突然加載,輸出波形可能在 1 ~ 2 個周期內(nèi)有 ±10% 的變化.切換時間就是負載的斷電時間.此項測試是檢測轉(zhuǎn)換時供電有無斷點,如有斷點,而且斷點超過20ms就會造成信號丟失.在線式UPS一般不會有斷點,但其波形幅值會有瞬時變化,要求在半周期內(nèi)消失.另外,因為UPS在市電正常時,逆變器工作頻率是跟蹤市電頻率的,一旦市電中斷,逆變器頻率完全由本機振蕩器來控制,這一突然變化是隨機性的,它與市電中斷前的瞬間狀態(tài)和本機振蕩器的狀態(tài)有關(guān),這種頻率控制的瞬態(tài)變化,可能造成輸出頻率變化達30% ,很多負載無法適應(yīng)這一變化.
2.  突加或突減負載的測試
先用“電源擾動分析儀”測量空載、穩(wěn)態(tài)時的相電壓與頻率,然后突加負載由 0% 至100%或突減負載由100 %至0 %,若 UPS 輸出瞬變電壓在 - 8 % ~ +10 %  之間(可依據(jù)機型的該項指標而定),而且在20ms內(nèi)恢復到穩(wěn)態(tài),則此UPS該項指標合格;若UPS輸出瞬變電壓超出此范圍時,就會產(chǎn)生較大的浪涌電流,無論對負載還是對UPS本身都是極為不利的,該種UPS則不宜選用.
三、常規(guī)測試
1.  過載能力
技術(shù)指標:國標為120%過載時間10 mim .
150%過載時間60 s .
測試方法:分別用線性負載和非線性負載兩種方法測量.
過載特性是用戶極為關(guān)心,也是衡量UPS電源的一項重要指標.過載測試主要是檢驗UPS整機的過載能力,保證即使運行中出現(xiàn)過負載現(xiàn)象時,UPS也能維持一定時間而不損壞設(shè)備.過載試驗必須按設(shè)備指標測試,并且要在25℃以內(nèi)的室溫下進行.
2.  蓄電池放電試驗
蓄電池放電試驗主要是檢驗蓄電池的性能.在做放電試驗時,一是要記錄放電時間,應(yīng)滿足電源的后備時間;二是要觀測放電時的輸出電壓及放電保護值.一般情況下,在直流電壓變化±15 % 時,在100 %負載情況下,UPS電源輸出電壓變化為±2 % ,可以滿足負載對供電的要求.當市電中斷改由蓄電池供電時,蓄電池電壓不能保持恒定,所以逆變器應(yīng)具有適應(yīng)直流電壓在規(guī)定范圍內(nèi)變化的能力.由于各UPS的直流電壓不一樣,所以直流欠壓告警值和直流欠壓關(guān)機值也不一樣,要根據(jù)UPS說明書來進行調(diào)整;三是要檢查是否有“落后”電池;四是要測量蓄電池的過橋壓降(一般為≤9 mV).如果蓄電池過橋壓降大,就應(yīng)該再并聯(lián)上一條過橋,或增加過橋的截面積.
放電試驗前必須對蓄電池進行連續(xù)24h的不間斷充電.試驗數(shù)據(jù)可記錄在表6-7所示的表格中.  
                
    表 6-7    蓄電池放電試驗數(shù)據(jù)記錄表
放電
時間(min) 蓄電池組
電壓(V)
放電
電流IB
UPS輸出
電壓 UPS輸出
電流
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
3.  浮充電壓的調(diào)整與設(shè)置
對于以下的蓄電池組,它們所需的浮充電壓分別為:
30 × 12 V 蓄電池組為405 V
32 × 12 V 蓄電池組為432 V
33 × 12 V 蓄電池組為445 V
35 × 12 V 蓄電池組為473 V
40 × 12 V 蓄電池組為540 V
48 × 12 V 蓄電池組為649 V
4.  輸入電壓過壓、欠壓保護測試
技術(shù)指標:大功率UPS國標為380V(1- 15%)~380V( 1+ 10%).
測試方法:用TNSGA-35/0.5 型感應(yīng)自動調(diào)壓器調(diào)節(jié)輸入電壓,當輸入電壓超過范圍時應(yīng)報警,并轉(zhuǎn)換到蓄電池供電,整流器自動關(guān)閉;當輸入電壓恢復到額定允許范圍內(nèi)時,設(shè)備應(yīng)自動恢復運行,即蓄電池自動解除,轉(zhuǎn)為由市電運行.在蓄電池自動投入和解除的過程中,UPS輸出電壓波形應(yīng)無變化.注意,此項測試一定要保證接線正確,特別是相序必須接對.另外,有的UPS在市電超過+10 % 范圍時,只有報警,而無蓄電池自動投入的性能,只要當市電低于-15 %范圍時,才有蓄電池自動投入的功能.而有的UPS則是在市電超過-15 % ~ +10 % 的范圍時,都有蓄電池自動投入的功能,測試時請注意這一點.
四、特殊測試
對于一臺UPS來說,進行上述3項內(nèi)容的測試就可以了,但對于大批生產(chǎn)的UPS還必須進行專項測試.專項測試可用抽樣的方式進行,其內(nèi)容有:
(1)在額定負載為超前及滯后兩種情況下,觀測 UPS 輸出的穩(wěn)壓效果.
(2)小負載條件下的效率測試.在 25 % ~ 35 % 的額定負載(滯后)條件下,質(zhì)量好的 UPS,效率可超過80 %.
(3)頻繁操作試驗.此項試驗包括頻繁起動與頻繁轉(zhuǎn)換.
①頻繁起動的目的在于檢驗逆變器、鎖相環(huán)、靜態(tài)開關(guān)和濾波電容的動態(tài)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定.其方法是起動 UPS,當逆變器起動成功,有輸出電壓和輸出電流,并且達到技術(shù)要求后,帶負載運行;然后減去負載,停機,再起動 UPS.這樣連續(xù)多次操作.
②頻繁切換試驗.主要是檢測轉(zhuǎn)換時供電有無斷點,在線式UPS是不應(yīng)該出現(xiàn)斷點的.
(4)充電器的起動試驗.為了保護蓄電池,避免充電器起動時對電網(wǎng)的沖擊,一般UPS 的充電器起動,均有限流起動功能,充電器由起動到正常運行的過渡過程,時間一般在10s以上,電流一般限定在蓄電池容量的1 / 10.
(5)不帶蓄電池加載試驗.UPS不帶蓄電池時,UPS只具有穩(wěn)壓功能.不帶蓄電池情況下加負載,可以檢驗整流器的動態(tài)性能.一般要求在20ms內(nèi)保證輸出電壓恢復到(100±1 )%以內(nèi).對于這一功能,不同UPS有不同的設(shè)計.
(6)高次諧波測試.一般UPS的高次諧波分量總和小于 5%,可用諧波分析儀來測試.良好的UPS能全部濾掉11次諧波以下的全部諧波,而且波形很穩(wěn).選用UPS也應(yīng)盡量選用不含 11 次諧波以下諧波的UPS.
(7)輸出短路試驗.此種試驗一般不予進行,以防損壞UPS設(shè)備.這是因為有的UPS的輸出短路保護功能不夠完善.對于具有旁路電源的UPS,進行輸出短路測試時,必須在斷開旁路電源的情況下進行.否則當輸出短路時,UPS會在限流的同時,將負載切入旁路電源,會燒斷旁路電源保險絲來進行保護.這樣,既看不出輸出短路保護的限流情況,還將燒毀旁路電源的保險絲,是應(yīng)該避免的.
UPS的測試內(nèi)容還可以列舉一些,如溫升保護性能試驗、工作溫度試驗、振動試驗、耐壓試驗、蓄電池再充電試驗、高溫試驗、高濕試驗、可靠性試驗和不同性質(zhì)的負載試驗等等.作為一個產(chǎn)品正式生產(chǎn),尤其是批量生產(chǎn)時,上述內(nèi)容都有必要測試.但作為用戶對產(chǎn)品的鑒定和驗收,一般進行靜態(tài)測試、動態(tài)測試和常規(guī)測試就可以了.