大型 UPS 电源的调试
时间:2009-03-13 10:30:01 来源:《电源世界》 作者:
测试 UPS 的目的,主要是鉴定UPS的实际技术指标是否满足使用要求.UPS的测试一般包括稳态测试和动态测试两类.稳态测试是在空载、50 % 额定负载以及100 % 额定负载条件下,测试输入端和输出端的各相电压、线电压、空载损耗、功率因数、效率、输出电压波形、失真度以及输出电压的频率等.动态测试一般是在负载突变(一般选择负载由0 % ~100 %和由100% ~ 0 %)时,测试UPS输出电压波形的变化,以检验UPS的动态特性和能量反馈通路.
一、稳态测试
所谓稳态测试是指设备进入“系统正常”状态时的测试,一般可测波形、频率和电压.
1. 测试输入特性参数及方法
(1)输入功率因数
技术指标:国标为≥ 0.8.
测试方法:检测 UPS 输入电流波形谐波及其与电压波形相位差的综合分析.可用英国 PA4400-4 型数字电力谐波分析仪直读(在空载和满载时).
此项测试的意义如下:
①减少输入端无功损耗是UPS节电的重要组成部分.6脉冲整流器,如果不加输入滤波器,其无功损耗约为额定功率的20 %.
②降低对自备发电机的功率比要求.如果输入功率因数为1时,需要配备发电机的功率比为1:1,那么6脉冲整流器而输入又没有加谐波滤波器的话,需要配备发电机的功率比为2.5:1.
③减少对电网造成的污染.此项指标在选购设备时应该考虑进去.
(2)输入频率范围
技术指标:国标为50Hz±2.5 %.
测试方法:采用变频电源或发电机.固定额定输入电压,改变输入频率,用记忆示波器观察 UPS 输入频率的跟踪范围.
本技术指标要求不高,所有品牌 UPS 都能达到.跟踪电网频率范围宽,表明UPS与电网容易匹配.
(3)直流电压输入范围
技术指标:国标没有规定.
UPS说明书中都应该标明直流电压的范围,由于各品牌的UPS所配置的直流电压(标称值)不一样,所以范围也不一样.
测试方法:在保证UPS输出电压在380V±1% 范围时,测量蓄电池的直流电压范围.
此项测试的意义是:较宽的直流电压输入范围,表明控制电路调整范围宽.市电与蓄电池互相切换时,仍然保证UPS输出电压的稳定度.
2. 测试输出特性参数及方法
(1)输出电压波形
技术指标:国标为正弦波,波形失真 ≤5%(100 % 线性负载).
测试方法:一般是在空载和满载(电阻性负载)状态时,观察输出波形是否正常,用失真度测量仪或658型数字电力品质分析仪,测量输出电压波形的失真度.
(2)UPS的输出电压
技术指标:国标为 380V ± 2%.
UPS的输出电压可以通过以下方法进行测试:
①当输入电压为额定电压的90 %,输出负载为100 %或输入电压为额定电压的110 %,输出负载为 0 时,其输出电压应保持在额定值 ± 2 % 的范围内.
②当输入电压为额定电压的90 %或110 %时,输出电压一相为空载,另外两相为100 % 额定负载;或者两相为空载,另外一相为100 %负载时,其输出电压应保持在额定值± 2 % 的范围内,其相位差应保持在4°范围内.
要在不平衡负载情况下,使负载电压的幅值和相位保持在允许范围内,逆变器的设计就必须做到每相都能单独调整.在对每一相电压的幅值和相位分别控制的情况下,可以做到三相负载电压始终是对称的.有的UPS不是每相都能单独调整,所以,当接单相负载时,输出电压就会出现明显的不平衡.对于这类UPS ,就不能进行此种测试,使用时,也必须使三相负载尽量平衡.
另外,上述的不平衡负载一相为空载,另外两相为额定负载;或者两相为空载,另外一相为额定负载的条件较为严酷,有的机器是在不平衡负载两相为额定负载,另外一相为70 % 的额定负载;或者一相为额定负载,另外两相为70 % 的额定负载来测试输出电压(各相电压、线电压)的稳压精度和三相输出不平衡度.
③当UPS逆变器的输入直流电压变化± 15 %,输出负载为0 % ~ 100 % 变化时,其输出电压值应保持在额定电压值± 2 % 范围内.这一指标表面上与前面所述指标重复,但实际上它比前面的指标要求更高.这是因为控制系统的输入信号在大范围内变化时,表现出明显的非线性,要使输出电压不超出允许范围,对电路要求就更高了.
(3)负载波峰因数
技术指标:国标没有此项要求,国际标准为CF = 3( CF—波峰因数).
测试方法:
①用模拟波峰因数为3:1而平均功率为UPS额定输出功率的假负载,接入UPS输出端,观察 UPS 是否过载及长期工作是否可靠.
②调节波峰因数比,测量UPS在可靠工作条件下的波峰因数值.
本指标是真正反映UPS带当今最普遍的非线性负载的能力,是一个非常重要的技术指标.要获得较高的波峰因数,需要较高的PWM调制频率及高速数字反馈.
(4)噪声测试(在 1 m 距离下测量)
技术指标:国标为 ≤ 65dB (≥10 kVA)
测试方法:在满载条件下,使用 HS56070XAN61 型噪声自动测试系统进行测试.
UPS功率越大,噪音越大,这是环境噪音污染.在大功率UPS中,凡是采用较高的PWM 调制频率及采用先进装配工艺的,噪音都比同规格其他品牌UPS的噪音低.
(5)效率
技术指标:国标为>75 %(10 ~ 100 kVA).
测试方法:用685型电力品质分析仪测量输入与输出功率.
UPS 的效率主要取决于逆变器的设计.大多数UPS只有在50 % ~ 100 % 负载时才有比较高的效率,当低于 50 % 负载时,其效率就急剧下降.厂家提供的效率指标也多是在额定直流电压,额定负载( cosφ = 0.8 )条件下的效率.交流输入功率应指有功功率与无功功率的相量和,交流输出功率也应包含无功功率与有功功率.从用户节能角度,应该注重 AC → AC 的转换效率,不应受代理商只考虑 DC →AC 转换效率或只用输出功率与输入有功功率之比的误导(忽视了输入无功功率的损耗).
效率等于输出有功功率比输入有功功率再乘以100 %,输入功率不包含蓄电池的充电功率.测试是在正常条件下,负载为100 %或 0 %的阻性负载情况下测量.机器的效率高,可以节省电费,选用容量时,其裕量系数也可以减小些.
(6)主要功率器件的温升
技术指标:在输出电压与输出功率为额定值时,国标为:功率变压器温升≤ 80℃. 功率半导体温升≤ 85℃.
测试方法:用精密点温计测量.
在满负载及温升稳定状态下测量温升.功率器件温升越低,表明功率器件安全系数越大.UPS运行的可靠性也越高.
(7)输出电压频率范围
技术指标:国标为50±0.5Hz.
测试方法:输入采用变频电源或发电机,输出端接入示波器和“电源扰动分析仪”进行测量.固定额定输入电压,改变输入频率.当输入频率超过调整的范围时,UPS将转入本机振荡器.如果本机振荡器频率不够精确时,也有可能在市电频率不稳时,UPS输出电压的频率也不稳.
通过此项测试也可以确认UPS输出电压频率范围值.即分别向高和向低调整输入频率,当同步灯亮并且发出告警声时的频率点,就是UPS输出电压频率的范围.
逆变器输出电压频率范围也叫做逆变器与市电(旁路)的同步范围.此范围可以根据用户需要进行调整.有的品牌UPS可以通过菜单直接设置所需要的频率范围值,有的品牌 UPS 需要人工调整.频率范围分为几个档,例如:50±0.25Hz;50±0.5Hz;50±0.75Hz;50±1Hz.用户可以根据负载的频率范围,来调整逆变器输出电压的频率范围.目前UPS输出电压频率都能满足要求.
维护经验证明,UPS输出电压频率范围并不是越窄越好.因为逆变器输出电压频率在调整值的频率范围内时跟踪市电(旁路),一旦市电(旁路)频率超出所调整值的范围时,逆变器输出电压频率就转换到本机内部振荡器工作(也叫做转内同).一般本机内部振荡器的频率比较准确,需要注意的是,逆变器一旦转内同工作,UPS面板上的同步指示灯亮,表示逆变器输出电压频率与市电(旁路)不同步(市电频率超过输出频率范围).这时候UPS禁止逆变器 → 旁路和旁路 → 逆变器的转换.所以此项调整很重要,调整的UPS输出电压频率范围值只要满足负载的要求就可以了.
二、动态测试
1. 转换特性测试
技术指标:国标为0 ms.
此项主要测试由逆变器供电转换到市电供电或由市电供电转换到逆变器供电时的转换特性.测试时需有存储示波器和能够模拟市电变化的调压器.
转换试验要在100 %负载下进行,特别是由市电转换到UPS上时,相当于UPS的逆变器突然加载,输出波形可能在 1 ~ 2 个周期内有 ±10% 的变化.切换时间就是负载的断电时间.此项测试是检测转换时供电有无断点,如有断点,而且断点超过20ms就会造成信号丢失.在线式UPS一般不会有断点,但其波形幅值会有瞬时变化,要求在半周期内消失.另外,因为UPS在市电正常时,逆变器工作频率是跟踪市电频率的,一旦市电中断,逆变器频率完全由本机振荡器来控制,这一突然变化是随机性的,它与市电中断前的瞬间状态和本机振荡器的状态有关,这种频率控制的瞬态变化,可能造成输出频率变化达30% ,很多负载无法适应这一变化.
2. 突加或突减负载的测试
先用“电源扰动分析仪”测量空载、稳态时的相电压与频率,然后突加负载由 0% 至100%或突减负载由100 %至0 %,若 UPS 输出瞬变电压在 - 8 % ~ +10 % 之间(可依据机型的该项指标而定),而且在20ms内恢复到稳态,则此UPS该项指标合格;若UPS输出瞬变电压超出此范围时,就会产生较大的浪涌电流,无论对负载还是对UPS本身都是极为不利的,该种UPS则不宜选用.
三、常规测试
1. 过载能力
技术指标:国标为120%过载时间10 mim .
150%过载时间60 s .
测试方法:分别用线性负载和非线性负载两种方法测量.
过载特性是用户极为关心,也是衡量UPS电源的一项重要指标.过载测试主要是检验UPS整机的过载能力,保证即使运行中出现过负载现象时,UPS也能维持一定时间而不损坏设备.过载试验必须按设备指标测试,并且要在25℃以内的室温下进行.
2. 蓄电池放电试验
蓄电池放电试验主要是检验蓄电池的性能.在做放电试验时,一是要记录放电时间,应满足电源的后备时间;二是要观测放电时的输出电压及放电保护值.一般情况下,在直流电压变化±15 % 时,在100 %负载情况下,UPS电源输出电压变化为±2 % ,可以满足负载对供电的要求.当市电中断改由蓄电池供电时,蓄电池电压不能保持恒定,所以逆变器应具有适应直流电压在规定范围内变化的能力.由于各UPS的直流电压不一样,所以直流欠压告警值和直流欠压关机值也不一样,要根据UPS说明书来进行调整;三是要检查是否有“落后”电池;四是要测量蓄电池的过桥压降(一般为≤9 mV).如果蓄电池过桥压降大,就应该再并联上一条过桥,或增加过桥的截面积.
放电试验前必须对蓄电池进行连续24h的不间断充电.试验数据可记录在表6-7所示的表格中.
表 6-7 蓄电池放电试验数据记录表
放电
时间(min) 蓄电池组
电压(V)
放电
电流IB
UPS输出
电压 UPS输出
电流
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
3. 浮充电压的调整与设置
对于以下的蓄电池组,它们所需的浮充电压分别为:
30 × 12 V 蓄电池组为405 V
32 × 12 V 蓄电池组为432 V
33 × 12 V 蓄电池组为445 V
35 × 12 V 蓄电池组为473 V
40 × 12 V 蓄电池组为540 V
48 × 12 V 蓄电池组为649 V
4. 输入电压过压、欠压保护测试
技术指标:大功率UPS国标为380V(1- 15%)~380V( 1+ 10%).
测试方法:用TNSGA-35/0.5 型感应自动调压器调节输入电压,当输入电压超过范围时应报警,并转换到蓄电池供电,整流器自动关闭;当输入电压恢复到额定允许范围内时,设备应自动恢复运行,即蓄电池自动解除,转为由市电运行.在蓄电池自动投入和解除的过程中,UPS输出电压波形应无变化.注意,此项测试一定要保证接线正确,特别是相序必须接对.另外,有的UPS在市电超过+10 % 范围时,只有报警,而无蓄电池自动投入的性能,只要当市电低于-15 %范围时,才有蓄电池自动投入的功能.而有的UPS则是在市电超过-15 % ~ +10 % 的范围时,都有蓄电池自动投入的功能,测试时请注意这一点.
四、特殊测试
对于一台UPS来说,进行上述3项内容的测试就可以了,但对于大批生产的UPS还必须进行专项测试.专项测试可用抽样的方式进行,其内容有:
(1)在额定负载为超前及滞后两种情况下,观测 UPS 输出的稳压效果.
(2)小负载条件下的效率测试.在 25 % ~ 35 % 的额定负载(滞后)条件下,质量好的 UPS,效率可超过80 %.
(3)频繁操作试验.此项试验包括频繁起动与频繁转换.
①频繁起动的目的在于检验逆变器、锁相环、静态开关和滤波电容的动态稳定和热稳定.其方法是起动 UPS,当逆变器起动成功,有输出电压和输出电流,并且达到技术要求后,带负载运行;然后减去负载,停机,再起动 UPS.这样连续多次操作.
②频繁切换试验.主要是检测转换时供电有无断点,在线式UPS是不应该出现断点的.
(4)充电器的起动试验.为了保护蓄电池,避免充电器起动时对电网的冲击,一般UPS 的充电器起动,均有限流起动功能,充电器由起动到正常运行的过渡过程,时间一般在10s以上,电流一般限定在蓄电池容量的1 / 10.
(5)不带蓄电池加载试验.UPS不带蓄电池时,UPS只具有稳压功能.不带蓄电池情况下加负载,可以检验整流器的动态性能.一般要求在20ms内保证输出电压恢复到(100±1 )%以内.对于这一功能,不同UPS有不同的设计.
(6)高次谐波测试.一般UPS的高次谐波分量总和小于 5%,可用谐波分析仪来测试.良好的UPS能全部滤掉11次谐波以下的全部谐波,而且波形很稳.选用UPS也应尽量选用不含 11 次谐波以下谐波的UPS.
(7)输出短路试验.此种试验一般不予进行,以防损坏UPS设备.这是因为有的UPS的输出短路保护功能不够完善.对于具有旁路电源的UPS,进行输出短路测试时,必须在断开旁路电源的情况下进行.否则当输出短路时,UPS会在限流的同时,将负载切入旁路电源,会烧断旁路电源保险丝来进行保护.这样,既看不出输出短路保护的限流情况,还将烧毁旁路电源的保险丝,是应该避免的.
UPS的测试内容还可以列举一些,如温升保护性能试验、工作温度试验、振动试验、耐压试验、蓄电池再充电试验、高温试验、高湿试验、可靠性试验和不同性质的负载试验等等.作为一个产品正式生产,尤其是批量生产时,上述内容都有必要测试.但作为用户对产品的鉴定和验收,一般进行静态测试、动态测试和常规测试就可以了.
，要有图的话会更好~~