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高频模块化UPS电源系统技术培训大纲广东志成冠军集团有限公司2003年12月22日 培训目的 1 能够比较系统地了解UPS电源的现状及发展 2 了解不同类型的UPS电源的特性及区别 3 了解高频模块化UPS电源的组成及工作原理 4 熟悉高频模块化UPS电源的性能 5 熟悉高频模块化UPS电源的安装 调试方法 通过上述几项内容的了解 能够方便今后同用户进行交流 也为将来推广我们的产品奠定基础 高频模块化UPS电源系统培训材料一 系统概述1 1UPS系统的发展1 2当前国内外的研究热点二 系统原理2 1传统整流器的分类2 2高频整流器工作原理2 3逆变器工作原理2 4高频模块化UPS电源系统原理2 5模块化UPS电源系统主电路原理图2 6辅助电源工作原理2 7充电系统工作原理三 高频模块UPS电源系统的调试四 高频模块化UPS的运行与操作 1 1 2电力电子技术的发展状况随着19世纪初电磁学原理的发现 电力技术得到了很大地发展 各种电气设备如变压器 发电机 电动机相继出现 电能成为人们生活中不可缺少的部分 随后 晶体管特别是三极管的出现促使电子学进入一个新的台阶 集成电路和微电子技术的进一步发展成为可能 伴随着电力技术和电子技术的发展 许多新的控制技术和方法也诞生了 至今 随着用户对供电要求的提高 电力技术 电子技术和控制技术融为一体成为一门新兴的交叉学科 电力电子技术 电力电子技术是二十一世纪的关键技术之一 它是一门使用电力半导体器件 应用电路和控制理论知识分析开发 实现对电能的高效变换和控制的技术 有了新的电力电子器件作为发展基础 许多新的电子电路变流方式产生了 电力电子变流方式按功能可划分为 AC DC整流 DC AC逆变 DC DC斩波 AC AC变频四大类 按开关的应力承受方式可划分为硬开关和软开关两种 在每种功能的实现上 又有很多种具体的电路形式 就拿AC DC整流来讲 有传统的二极管整流 晶闸管相控整流 还有现在广泛应用的PFC整流 在PFC整流电路中又有层出不穷的新电路形式 新的电子电路的产生大大提高了电源的变流转换效率 节省了能源 新的高效率电力电子变流电路的实现还依赖于控制技术的发展 控制技术的发展主要体现在两方面 高性能的控制芯片和理想易实现的控制策略 电力电子器件是电力电子技术的基础 至今 电力电子器件正朝着高频化 耐高压大电流和集成化的方向进一步发展 随着人们对低污染绿色电源的呼吁 高频化的电源得到了广泛的应用 而高频化电源的设计是离不开高开关频率的电子器件的 这就进一步促使了高频化电子器件的发展 对于传统的硅单晶材料的电力电子器件已经很难能满足高开关速度 低损耗和良好的导热特性了 这就迫使人们选择新的半导体材料来适应电力电子未来的发展 耐高压大电流电力电子器件的出现使得电力输配电网络的电力电子化成为现实 高压直流输电 柔性交流输电 无功补偿 统一潮流控制器得到了广泛地应用 集成化的电路设计能够满足电源智能化 微型化 模块化和易维修的特点 数字控制相对于模拟控制 有一系列的优点 借助高性能控制芯片易实现复杂的控制算法 硬件通用性好 具有高度的灵活性和移植性 还可实现网络监控使电力电子装置真正智能化 高性能控制芯片的出现使得数字控制成为现实 在各种高能性的DSP控制芯片中 目前美国TI TexasInstruments 公司的TMS320系列DSP已成为中大功率电力电子应用场合的主流控制芯片 如TMS320F240 其主要性能如下 1 16位定点运算 指令周期为50ns 且大多数指令为单周期 2 片内集成16K字FLASHROM和544字RAM 3 两组各8路并行10位高速A D转化器 4 事件管理器模块包含3个16位通用定时器 3个单比较单元 3个具有死区功能的全比较单元以及4个捕获单元 通用定时器对脉冲定时的分辨率可达50ns 5 异步 同步串行通信接口和外设接口 6 大量的多功能复用数字I O接口等 1 1 2UPS的发展状况作为电源的保护神 UPS 和计算机并驾齐驱 携手共进 在经历了四十多年的发展之后 应用的广泛性已达到必不可少的程度 众所周知 随着现在信息技术的迅速发展 一旦因某种原因出现供电断电 就会造成整个系统的瘫痪 此外 供电电源的扰动也是引发各种电子设备故障的重要原因 供电电源出现干扰的起因有雷电 风暴 高温等自然因素 也有大型用电设备的启动和停机 继电器的断开与吸合 车辆点火 工业火化和高频发射等原因 以上干扰以传导和辐射的形式进入电源进而造成系统工作效率降低 计算机数据丢失 逻辑功能混乱 严重时还可造成系统硬件损坏 依靠各种类型的交流稳压电源或所谓的交流净化电源虽然可以解决交流电压不稳和波形畸变及干扰等问题 但对因种种原因造成的交流供电中断却无能为力 而解决的最好方法就是使用不间断UPS UPS从最初的机械飞轮式发展到今天的使用全控型功率元件的智能化产品 性能越来越好 用途也从单一为计算机供电发展到今天几乎遍及国防 交通 医疗卫生 通信 银行证券 工农业生产领域 图1 1后备式UPS组成框图 UPS的分类 1 后备式后备式UPS的又称离线式UPS 当市电电源电压在正常范围内 它向用户提供经变压器抽头调压的市电电源 当市电电源的电压异常时 提供具有稳压输出特性的50Hz方波电源或者UPS逆变器正弦波电源 图1 1是后备式UPS的结构示意图 2 在线互动式在线互动式 Interactive UPS电源 当市电电源在正常范围内时 市电经交流稳压处理后输出 双向变换器作为整流器向蓄电池充电 同时因为变换器一直连接着输出 所以可以提供附加的滤波 减小市电瞬变对负载的冲击 仅当市电电源电压异常时 蓄电池经由变流器向用户提供真正的 UPS逆变器正弦波 电源 此时双向变换器作为逆变器向负载提供正弦波电源 其结构简图如图1 2所示 图1 2互动式UPS组成框图 3 双变换在线式当市电正常时 由市电经AC DC DC AC两次变换后供电给负载 当市电异常时 电池经DC DC变换再逆变后供给负载能量 因为市电经过两级变换 因而市电和负载的波动完全隔离 给负载提供完善的保护图1 1后备式UPS组成框图 图1 3在线UPS组成框图 双变换在线式UPS有许多优点 供电质量好 无论任何时候供给负载的都是真正纯净的正弦波 市电到电池的零切换时间 输出电压无三次谐波 对市电到负载和负载到市电两个方向上的电压变化都有缓冲作用 允许逆变器在很宽的直流电压范围工作 中线上无电流等 然而传统双变换在线式UPS的缺点和局限性也很明显 电路复杂 系统效率低 成本高 大功率UPS产品采用的相控整流还会出现对电网的干扰 还有因为逆变器一直处于工作状态 因而对逆变器的可靠性和寿命有较高的要求 且由于在任何状态下 100 的负载功率都要经过两次转换 因此其整机效率不高 主要功率器件发热厉害 寿命降低 影响整机的可靠性 由于整机输入功率因数低 输入电流高次谐波可达30 无功功率和谐波电流对电网的公害非常严重 高频双变换结构UPS的出现解决了传统式双变换结构体积大 效率低和造价贵的问题 但是没有输出隔离变压器 因此也就没有隔离和缓冲的余地 其输出电压直接受负载变化的影响 输出电压零线上有不易限制的谐波电流 因而零线电位不为零 容量不易做大 图1 4DeltaUPS组成框图 4 Delta变换UPS其系统结构如图1 4所示 两个功率变换器连接到公共的蓄电池上 其中一个变换器称为Delta变换器 其容量约为系统的容量的20 左右 它通过一个Delta变压器串联连接在市电电源和负载之间 另一个变换器称为主变换器 主变换器容量等于UPS系统容量 并联连接在系统输出端 这两个变换器都是四象限PWM逆变器 可以工作在逆变和整流方式 当市电电压正常时 市电经Delta变换器向负载供电 主变换器稳定系统输出电压 市电电压变动时 市电和系统输出间的电压差由Delta变换器补偿 它向用户提供的电源是由普通市电电源和Delta逆变器所产生电源叠加而形成的交流稳压电源 当市电电压超出正常范围时 系统转入蓄电池供电方式 为负载提供真正的 UPS逆变器正弦波电源 Delta逆变器 高频双向脉宽调制逆变器 控制输入电流 是一个高阻正弦波电流源 其作用是控制电流充电 补偿输入电压 控制调整输入功率因数 Delta变换UPS结构中有两个完全一样的三相高频PWM变换器 每一个三相高频变换器都是双向的 即能力可以双向流动 输入功率因数等于1 可以补偿负载产生的谐波 减少对电网的污染 主变换器始终连接在系统输出端 从市电到蓄电池的切换不会产生供电中断 市电正常时 Delta变换器只需补偿与市电电压和系统输出电压差有关的功率 故损耗小 效率高 功率裕量大 过载能力强 UPS发展方向 随着科学技术的发展 除了UPS的种类增加外 高性能 高效率 小型轻量化和智能监控也成为追求的目标 目前UPS技术的主要发展方向 1 采用高频软开关技术 软开关技术减小器件应力和发热 提高了工作效率 器件开关频率的提高使动态响应 谐波失真 可闻噪音等指标大幅度提高的同时也使得装置的体积和重量大大减小 2 采用PFC功率因数校正技术 将UPS输入功率因数提高到相当理想的程度 加强抗电磁干扰能力 降低辐射干扰 从而引出了绿色无污染UPS的新概念 3 电源系统设计的模块化 可大大提高系统的灵活性 各个模块处于均流运行时 其功率开关器件的电应力也可减小 且系统采用冗余设计 提高了系统的可靠性 由于系统可由标准化的模块组合而成 电源产品的种类也可减少 便于规范化 这样一方面可降低不同容量电源的设计成本 另一方面还可减少生产和维护费用 所以 模块化电源为实现大功率 高可靠度的电源系统提供了可能 4 采用蓄电池保护技术和完善的网络管理系统通讯等 通过网络及时向管理员报告各种消息 便于及时修理维护 5 采用高档微处理器和数字信号处理器的数字化控制 数字控制系统集成度高 且具有很强的数据 逻辑运算能力 可以实现一些复杂的先进算法和智能算法 这些在模拟系统中甚至是不敢企及的 DSP技术的优势还在于具有良好的自我诊断功能 能迅速地排除故障 大幅度地减少零件的数量 从而大大降低因元器件而造成的系统故障 提高其可靠性 1 2当前国内外的研究热点1 利用功率因数校正技术 PFC 提高市电电网输入侧的功率因数 同时减小为电网的谐波污染 2 采用软开关技术 减小UPS电源系统的损耗 提高整机系统的效率 3 开发新的电力电子拓扑结构 改善UPS电源系统的可靠性 提高输出电压的质量 4 向高频化 模块化方向发展 5 在并联控制技术基础上 向分布式供电系统方向发展 2 1高频整流器工作原理一 传统的整流器1 按交流电源电流和整流电压的波形可分为 1 半波整流 整流器只在交流电源的半个周波输出整流电压 交流电源仅半个周波有电流 2 全波整流 整流器在交流电源的正 负半波都输出直流电压 交流电源在正负半周波均流过电流 2 按交流电源的相数的不同可分为 1 单相整流 2 三相六脉波整流 3 六相十二脉波整流 3 按整流电路中所使用的开关器件及结构的不同可分为 1 不控整流 2 半控整流 3 全控整流 4 按控制原理的不同可分为 1 相控整流 2 高频整流 5 按交流 直流变换器输出电压 电流方向及功率流向的不同可分为 1 一象限AC DC变换器 2 两象限AC DC变换器 3 四象限AC DC变换器 时才有输入电流 因此输入交流电流波形严重畸变 呈脉冲状 2 交流电源电流中含有大量的谐波电流 使电网中电流波形严重畸变 3 随着设备功率的提高 可控硅整流直流电源的输入交流电流中的谐波电流成比例地增大 引起电网电压波形严重畸变 4 降低交流电网侧的功率因数 5 增大交流电网的谐波损耗 6 对其他电气设备产生严重地电磁干扰 甚至使敏感设备无法工作 a 单相不控整流 1 谐波电流的危害及改善措施传统的整流器 电容滤波电路的主要缺点是 1 虽然输入交流电压是正弦波 但仅在交流电压的瞬时值大于电容电压Vd b 单相可控硅整流电路为了调控输出所需要的直流电压 电流 需要对电路中各可控硅适时地施以适当的触发脉冲信号 触发控制其导通 晶闸管的触发电路给整流或有源逆变电路中的晶闸管适时地提供适当的触发脉冲电流 用以开通晶闸管 使变换器电路中各晶闸管按一定的顺序依次导通 关断换相 换流 图2 1 2单相桥式全控整流电路电阻负载时的波形 C 三相可控硅整流电路三相全控桥式整流电路在工业领域获得广泛应用 整流装置功率越大 它对电网的干扰也越严重 在一个电源周期中整流输出电压脉波数m越多 输出电压中的谐波阶次越高 谐波幅值越小 整流特性越好 同时整流装置的交流电流中的谐波频率越高 谐波电流数值也越小 为了减轻整流装置谐波对电网的影响 可采用12脉波 甚至24脉波以上的多相整流电路 三相全控桥式整流电路及其波形 2 减小电源电流中的谐波电流为了减小电源电流中的谐波电流 提高功率因数 可以采用以下技术措施 1 增加整流电路的脉波数 2 附加无源滤波器 3 附加有源功率因数校正器或采用高频PWM整流 特别说明 a 增加整流电路的脉波数可以增加设备的功率输出 如采用12脉冲整流 但不能从根本上解决问题 b 采用无源滤波器 需要体积比较大的电感 电容 从根本上讲 只是将整流器产生的谐波用电感 电容的无功功率来补偿 也不能从根本上解决问题 c 采用有源功率因数校正器或采用高频PWM整流可以从根本上解决电源电流中的谐波电流问题 提高功率因数 3 含Boost型功率因数校正器的高频整流器图示电路是一个含Boost型功率因数校正器的高频整流器电路原理及波形图 主电路由单相桥式不控整流器和DC DCBoost变换器组成 Boost型功率因数校正器的主要优点 1 输入电流连续 电磁干扰EMI小 无线电频率干扰RFI低 2 有输入电感L 可减少对输入滤波器的要求 并可防止电网对主电路高频瞬态冲击 3 开关器件T的电压不超过输出电压值 4 容易驱动开关器件 其参考端点 源极或发射极 的电位为0V 缺点是输入 输出间没有绝缘隔离 4 三相高频PWM整流 1 能量可回馈的高频PWM整流电路 2 双向变换器工作原理三相大功率相控整流和不控整流装置是实际应用的电力电子变换器中数量较多 容量最大的变换器 其主要缺点是 1 对公用交流电网产生大量谐波电流并在电网中引起谐波电压 2 相控整流处于控制角 大 输出直流电压平均值低的深控状态时 整流装置的功率因数PF随cosa的减小急剧减小 理想的交流直流双向变换器应该是 1 输出直流电压平稳且可以迅速地调节控制2 输入的交流电源电流波形正弦化3 输入的交流电流的功率因数PF可控制为任意正或负值指令值4 交流 直流之间的功率流向可以是双向可控的 既可实现整流 又可实现逆变 5 变换器是无损耗的 即变换器中的电感 电容 变压器及开关器件都是理想的无损耗元件 变换器效率为1 3 电压型双向PWM整流器图示三相桥式交流 直流变换器电路中 交流电源三相电压Vsa Vsb Vsc经电感L和线路电阻R接到三相全控桥式变换器 T1 T6为六个有反并联二极管的自关断器件 输出端接大电容C及直流负载 或直流电源 直流侧电压为平稳的直流 三相桥式变换器交流输入端交流相电压为Via Vib Vic 电流为ia ib ic 相关的向量图 4 电压型三相BOOST PWM整流器 系统工作原理 KP1 KP6组成三相相控整流 得到脉动的直流 L1 L2 VT3 VT4 D1 D2 C1 C2等组成BOOST整流 实现DC DC升压变换 C1 C2 VT1 VT2等组成单相半桥逆变 将DC变换成AC 该电路的交流输入电流波形比较差 交流输入电流中存在大量的谐波成分 其输入电流的THD比较大 对电网的污染也比较严重 该电路的优点是可以使三相电网输入平衡 当电网缺相时 仍然可以运行 2 3逆变器工作原理1 正弦脉冲宽度调制SPWM基本原理 在区间1 区间6 T2 T3是关断的 T1 T4导通 负载ab两端电压为高 Vd T1 T4关断 负载ab两端电压为低 0v 在区间7 区间12 T1 T4是关断的 T2 T3导通 负载ab两端电压为高 Vd T3 T3关断 负载ab两端电压为低 0v 通过对开关T1 T4的控制可以得到图 C 所示的电压脉冲序列 将该电压脉冲序列中的高次谐波用滤波器滤除 就可以得到类似图 a 的正弦波电压 所有的在线式正弦波输出的UPS电源 或者正弦波输出的逆变器 均是基于该原理进行工作的 2 3 1用SPWM电压等效正弦电压 2 评价逆变器输出电压波形质量的几个性能指标 1 谐波系数 2 总谐波系数总谐波系数表征了实际波形同其基波分量差异的程度 输出为理想正弦波时为零 3 畸变系数DF 4 最低次谐波最低次谐波定义为与基波频率最接近的谐波 5 逆变效率 6 单位重量输出功率 7 可靠性指标 8 输入直流电流中交流分量和脉动频率 9 电磁干扰EMI及电磁兼容性EMC 由图可知 在每个脉波电压周期Ts中 逆变器输出一个等高 VD 但宽度不同的脉波电压 高度为VD的脉波电压在周期Ts 宽度为 中的电压平均值是该脉波周期Ts中脉波中心点位置角处正弦电压的瞬时值 V1msin 因此在任何一个脉波周期T s中 只要等幅 VD 不等宽 的脉波电压的平均值等于该脉波中心点处正弦电压的瞬时值 则等幅 VD 不等宽的脉波电压就与该脉波周期T s中的正弦电压等效 换句话说 只要对逆变电路的开关器件进行实时 适式的通断控制 使每个脉波的宽度或占空比 或脉波平均电压按正弦规律变化 则逆变电路输出的多脉波电压就能与正弦波等效 脉波数越多 不连续的按正弦规律改变宽度的多脉波电压就越等效于连续的正弦电压 详细的分析结论是 对开关器件的通 断状态进行实时 适式的控制 使多脉波的矩形脉冲电压宽度按正弦规律变化时 通过傅里叶分析可以得知 输出电压中除基波外仅含某些高次谐波而消除了许多低次谐波 开关频率越高 脉波数越多 就能消除更多的低次谐波 使输出电压更近似于连续的正弦波 如果按同一比例的正弦规律改变所有矩形脉波的宽度 则可成比例地调控输出电压中的基波电压数值 这种控制逆变器输出电压大小及波形的方式被称为正弦脉宽调制SPWM 各种PWM控制策略 特别是正弦脉宽调制SPWM控制已在逆变技术中得到广泛应用 在DC DC AC DC AC AC变换中 PWM控制技术也是一种很好的控制方案并已得到广泛的应用 3 电压型单相半桥逆变电路图2 3 2是电压型单相半桥逆变电路 设分压电容足够大 以致开关器件通 断状态改变时电容电压保持为不变 T1 T2是全控型开关器件 它们交替地处于通 断状态 即T1 T2的驱动信号互补 半桥逆变电路输出电压比全桥逆变电路小一倍 波形完全相同 技术性能类似 当相同 负载阻抗相同时 半桥逆变电路输出功率小4倍 半桥电路中所用的开关器件额定电压可以小一倍 2 3 2单相半桥逆变电路及电压电流波形 2 5模块化UPS电源系统辅助电源板 显控板 一号控制板 二号控制板 2 5模块化UPS电源系统1 主电路原理图 一种基于双BOOST的PFC和逆变电路 2 主电路系统组成描述 由D1 D3 D5 L1 C1 Q1等组成正直流电源由D2 D4 D6 D7 D8 L4 C2 Q2等组成负直流电源由C1 C2 Q3 Q4 D9 D10等组成逆变电源由L5 C3组成逆变电源的滤波器由K3 Q300 Q301组成UPS电源的旁路 1 市电模式工作原理 上下桥臂都为BOOST电路 2 电池模式工作原理 上桥臂为BOOST电路下桥臂为BUCK BOOST电路 3 模块化UPS的控制系统框图 4 单模块控制系统组成 a 双Boost Buck PFC校正控制单元 b 逆变控制单元 c 充电控制单元 d 并联控制单元 e CAN控制单元及辅助电源 双Boost Buck PFC功能单元完成将市电或电池能量变换成逆变单元需要的直流电源 同时实现功率因数校正 实现电网侧的单位功率因数 使市电运行状态下的输入功率因数COS 1 逆变控制单元完成对输出电压的控制 将直流电源逆变成纯净 稳定 高效的交流电供用户使用 蓄电池充电控制单元完成对蓄电池的充电控制 并联控制单元及CAN控制单元同共完成N 1冗余并联控制功能 对市电的锁相功能采用数字化锁相控制技术 实现对市电的高精度锁相 单模块是一台完整的UPS电源 其所有的控制 都由一块DSP来完成 5 工作原理简介CPMP系列高频模块化UPS电源系统采用N 1冗余并联控制技术进行各模块之间的并联控制 各模块之间的并联原理图如图2 5 3所示 每个单元模块有自己独立的控制系统 包括双BOOST BUCK PFC数字控制系统 数字化锁相控制系统 逆变控制系统 蓄电池充电控制系统 CAN控制系统 并联控制系统等 其中各模块之间的并联控制系统及CAN控制系统是互联的 并联控制系统及CAN控制系统的有机组合完成N 1冗余并联控制功能 显示和控制单元与各模块电源进行数据通讯 参与并联控制 在并联控制系统 CAN总线控制系统及显示和控制单元的共同控制下 处于并联运行状态的各台高频模块UPS电源共同分担负载 实现负载的均分 高频模块化UPS电源系统采用分散旁路系统 各单元模块电源均有自己的旁路通道 当系统中的所有UPS均出现故障时 在控制系统的控制下 所有的模块UPS同时转旁路 若只是处于并联运行状态的模块化UPS电源系统中的某一台出现故障 则只是出现故障的某一台模块化UPS从并联系统中退出 不影响其他处于并联运行状态的模块化UPS的正常工作 系统中模块的运行模式 a 逆变状态 由模块UPS的逆变器向负载供电 b 旁路状态 由模块UPS的旁路开关向负载供电 c 高阻状态 模块UPS的旁路开关 逆变器输出开关均断开 2 5 3模块电源系统的并联框图 6 单模块体系结构 2 5 4单模块的构成 2 6辅助电源工作原理2 6 1辅助电源原理图 2 6 2工作原理该辅助电源系统为典型的反激式DC DC变换电源 按照电源系统的功能 其组成可以按下列划分 1 Q16 Q17构成主功率转换单元 2 UC3845及其外围电气元件构成功率转换控制单元 3 Q10 Q11 Q12 Q14及J2构成辅助电源启动控制单元 4 R106完成电流反馈检测 5 B1C是主高频变压器 辅助电源系统的输入电压范围 110VDC 140VDC当输入电池电压低于110VDC时 辅助电源系统自动关机 辅助电源系统提供控制系统需要的 12VDC 24VDC 5VDC 辅助电源系统提供风扇驱动电源 24VDC 辅助电源系统提供驱动双BOOST PFC变换器及逆变器用IGBT的电源 24VDC 2 7充电系统工作原理 1 负母线充电电路原理图Q1导通 BUS电压通过L1 L2 Q1 R10向L1 L2充电 电感L1 L2中的电流上升 Q1关断 电感L1 L2中的电流不能突变 电感L1 L2中的储能通过D3 D1向电池放电 2 正母线充电电路原理图 1 Q5为电子开关 Q5导通情况下 a Q3导通 BUS电压通过L3 L4 Q3 D10 D12向电池充电 电感L3 L4中的电流上升 b Q3关断 电感L3 L4中的电流不能突变 电感L3 L4中的储能通过D13 D12 Q5向电池放电 2 Q5电子开关关闭情况下 BUS电压向电池充电的回路被断开 三 模块UPS电源系统的调试1 1 控制板的调试a 仔细检查可有的表面贴装器件的焊接均应焊接可靠 焊点成型好 焊点饱满 b 不允许存在虚焊及搭焊 c 仔细检查所有的IC的焊接 均应焊接可靠 焊点成型好 焊点饱满 d 在调试台上 将I 控制板加电 调试 其步骤如下 e 用Fluk万用表测量C46两端的电压 同时调节电位器RP1 使C46两端的电压等于5 0V即可 f 将示波器的垂直扫描调到1V div 水平扫描调到10 s div 或5 s div 用于示波器 泰克100MHz 测量U9 MC1413T集成电路的14脚 此时应该观察到有一个20KHz的方波输出 2 2 控制板的调试 1 调试前的检查1 1仔细检查所有的表面贴装器件的焊接 均应焊接可靠 焊点成型好 焊点饱满 不允许存在虚焊及搭焊 1 2检查所有的IC的安装是否正确 焊接应可靠 焊点饱满 特别应从不同方向仔细观察各IC的引脚是否焊接可靠 1 3将II 控制板插到调试台上II 控制板的位置上 按以下步骤进行调试 a 用万用表测量R99两端的电压该电压值为UR99 2 4V b 用万用表测量R96两端的电压 该电压值为UR96 2 5V c 用万用表测量R104两端的电压 该电压值为R104 2 5V d 用万用表测量RA1两端电压 该电压值为URA1 3V e 用万用表测量R24两端的电压 该电压值为 UR24 4 V 3 辅助电源板调试3 1调试前的检查3 1 1仔细检查板上的IC 表贴器件功率器件的焊接是否可靠 3 1 2仔细检查各功率器件与其相邻的器件是否有触碰在一起的现象 3 1 3检查所有的焊点应该焊接饱满 不应存在搭焊及虚焊的现象 3 1 4按以下步骤对辅助电源板进行调试 a 将辅助电源板插入到调试台上相应的插座上接好负载线 b 关上调试台上的电池电源开关 再合上市电电源开关 此时应该到调试台上指示灯 12V 12V 5V被点亮 c 用万用表测量以下各被测量的直流电压 万用表的黑表笔接相应稳压管的阴板 红表笔接阳极 ZD13两端电压 18V ZD14两端电压 5V ZD16两端电压 5V ZD12两端电压 18V ZD5两端电压 5V ZD15两端电压 5V d 带负载运行5分钟 检查辅助电源板的Q16上安装的散热器应无明显地温升 用手触碰Q16的散热器应无明显的烫手的感觉 e 用万用表测量下列器件两端电压 C60两端电压 24V 29V C73两端电压 24V 29V C46两端电压 24V 29V f 辅助电源板各路电源带载工作1小时左右 重复第 4 项中的各步骤及相关的电压测量 各测点电压就无明显地改变 无变化即可 4 辅助电源板充电部分调试4 1充电部分 上电前板件检查与连接1 检查板上有无短路 漏焊 假焊现象 连线是否正确 2 检查板上 IC 电解电容 二极管等是否存在反接现象 3 号控制板与充电部分的联调 4 将1号控制板辅助电源板插入调试台相应位置 用示波器的信号端夹在1号控制板上U9的14脚 示波器的地端夹在U9的8脚 观察示波形应为20KHz的方波 4 2 BUS充电部分测试 1 将调压器输出接入整流桥 经电容滤波后 接入开关 输出测试电路如下 A图 合上 Bus 开关 用万用表直流电压档测出 400V后 断开 Bus 开关 将正端引入调试台相应位置 2 测电池组串联相接 接入开关使其输出为 120V直流电压 将此直流电压正负端作为DC DC 接入调试台相应位置 3 1号控制板加电 Bus开关合上 电池开关合上 用万用表直流电压档 测试IC U53842 红表笔接8号脚 黑表笔接U5的5号脚 电压读数应为 5V 4 将示波器的两个通道的信号端分别夹在Q5 IRFBE30 的G端及D10的负端 示波器的地端接在GND2端 以测试Q3的G端 D端波形 测试G端波形示波器垂直扫描档打至10V 格 测试D端波形打至于100V 格 5 波形应为 6 将卡式打至直流40A档 卡在DC 线上 测充电电流读数 在0 2A左右即可 再断开Bus开关 待两分钟后 再断开电池开关 4 3 Bus侧充电部分测试 1 按图A接线 用万用表直流电压档测出 400V后 断开 Bus 开关 将 400V端引入调试台相应位置 断开 BUS开关 将1号控制板加电 闭合 BUS开关后 将电池开关闭合 用万用表直流电压档测试ICU3 3842 红表笔接8号脚 黑表笔接5号脚 电压读数应为 5V 2 将示波器的两通道的信号端分别夹在Q1 IRFBE30 的G端及D3的正端第说明两通道的地端接在GND1端 以测试Q1的G D端的波形 示波器电压档值同 1 中 波形类似图B 3 重复3 3中IV的操作 测充电电流 读数在0 3A左右即可 断开Bus开关 待两分钟后 再断开电池开关 4 4 Bus两侧同时充电测试同时充电测试 先给1号控制板加电 再闭合 Bus两侧开关 闭合电池开关 用一台示波器测 Bus侧Q3的G端波形 此台示波器的信号端夹在Q1的G1端 地端夹在GND1处 两波形为类似图b 重复 1 中IV 操作测充电电流 读数应为0 5A左右即可 2 注意 这里使用了两台示波器去测量 而不采取一台四通道的示波器去测Q1 Q3的小型 原因是一台四通道的示波器的各通道的地端是相通的 而测量Q1与Q3两管的地分别是GND1 GND2 两者千万不可短接 否则可能烧环板子 5 模块主功率板的调试5 1调试前的检查1 主板在整个模块电源中承载各控制板及各种接插件 要求主板有一定的厚度及强度 主板的成品板的厚度应大于2 5mm 整个负载均由主板上的覆铜层来承担 要求覆铜层的厚度不小于70 m 仔细观察主板上可有电气元件的焊接质量 所有的焊点要饱满 对于大电流导线相连接的电源元件 要求在焊盘周围有良好的焊接成型 且两面焊盘均应饱满 接触良好 2 仔细观察主板上可有电气元件的焊接质量 所有的焊点要饱满 对于大电流导线相连接的电源元件 要求在焊盘周围有良好的焊接成型 且两面焊盘均应饱满 接触良好 3 仔细检查靠近散热器的主功率器件的电气元件 使各电气元件均直立在主板上 特别注意电气元件与散热器的间距 绝对不能出现有电气元件靠接到散热器上的现象 4 所有的功率电阻均应离散开主板 与主板间有3 5mm的距离 5 在确认上述三项检查均无问题时 在调试台上对主板加交流电压 考核主板上的电解电容 功率器件的耐压及绝缘特性 用调压器缓慢地上调电压 同时观察电流表使电流值不大于0 5A 如下图所示 同时用万用表测量调压器的副边电压 当交流电流超过0 5A时 立即停止继续加压 同时迅速将调压器电压降为0 1 第一步 先加50V交流到主板上 停留1分钟 若电流小于0 1A 继续升至电压 2 第二步 将交流电压升高至到150V 停留一分钟 电流应小于0 3A 3 第三步 将电压升高至到230V 停留5分钟 电流应小于0 5A 4 用万用表的直流档测量D28的阴极对地的电压及D27的阳极对地的电压 两电压应基本一致 相差小于2V 高频模块化UPS的运行与操作1 冗余简介 N X是目前最可靠的供电结构 N代表总负载所需的最少UPS模块数 X代表的是冗余的UPS模块数 也就是系统可以同时承受的故障模块数 当X越大 系统的可靠度就会越高 例如有一客户的总负载为12kVA 采用CPMPUPS 以每模块3kVA为例 做N X设计 N表示4个 X可以依可靠度或是成本要求选择 假设用户选择X为2个 平时每个模块均流供电2kVA 当有1个模块故障 其余5个模块将以2 4kVA均流供电 当同时有2个模块故障时 剩下4个模块将以约3kVA均流供电 此例的最大容许度是同时有2个模块故障 这样的概率远小于单个模块故障 因此可以大大提高可靠度 对于讲究极高可靠度的使用场合 这是最佳的方式 通过增减CPMPUPS机柜内CPMPUPS模块的个数 可以方便地进行1至6个相互独立的CPMPUPS模块并联 来实现功率冗余 N X 也可以在个别CPMPUPS模块出现故障时 方便地将其更换 CPMPUPS可以在各种工作状态下进行模块增减操作 2 模块化UPS的系统接线图 3 安装步骤 1 根据并联的模块化UPS的数量 负载功率的大小 配置相应的市电输入开关 电池输入开关 2 将模块化UPS机架的后背板取下 3 根据并联的模块数量选配相应线经的导线 4 按照上图进行相应导线的连接 注意应该将市电输入的火线连接到AC IN端子上 将市电输入的零线连接到GND DC 端子上 5 将电池输入的正极连接到DC 端子上 将电池输入的负极连接到GND DC 端子上 6 所有的导线与接线端子必须可靠的连接 尤其是蓄电池连接线 7 将模块化UPS机架上的接大地的端子与大地线可靠地连接 4 启动N 1冗余高频模块化UPS电源的步骤 必须严格按照以下的动作步骤顺序进行操作 否则将造成负载掉电或设备损坏 1 认真检查所有的引线是否均已经可靠地连接 所有引线未连接好 不允许开机 2 合上总电池输入开关 3 合上市电电源输入开关 4 市电开关合上后 等待约9秒钟后 各台模块的冷却风扇启动 等待一小段时间 约30秒 后 测量输出端的总输出开关上的输出电压 应该有稳定的220V电压输出 空载电压可能略高于220V 属正常 5 依次闭合各台模块UPS机壳前面板上的并机开关 6 合上输出开关 向负载供电 5 增加并联的模块数用户根据选用的机架类型 最多可以在线热插入机架上允许的模块板 如六模块机架 最多可以热插入六台模块化高频UPS 模块化UPS模块可以在不停止向负载供电的情况下 在线热并入 插入 且后插入的模块自己会自动检测其它模块的工作状态来确定自己应工作于何种工作模式 且自动与已经处于并联工作状态的其他模块一起均分负载 不需要用户干预 操作步骤 1 检查模块电源的后部各接插件应该无异常 2 将模块平稳地顺着导轨平滑地推入机架中 3 将模块上的把手向上翻起 并将把手上的螺钉可靠地拧入 注 一定要拧到位 4 机架的所有模块化高频UPS单元自己完成剩下的工作 直到向用户供电 6 关闭处于并联运行状态的模块化UPS必须严格按照以下的动作步骤顺序进行操作 否则将造成负载掉电或设备损坏 1 将并联运行的模块化UPS的总输出负载开关断开 2 依次断开各台模块UPS的输出负载开关断开 3 依次断开各台模块UPS机壳前面板上的并机开关 4 断开市电电源输入开关 5 断开总电池输入开关 7 将维修好的模块化UPS从新投入工作状态必须严格按照以下的动作步骤顺序进行操作 否则将造成负载掉电或设备损坏 1 仔细检查维修好后的模块UPS各块电路板的连接 必须连接牢靠 2 将模块UPS内部的各连接线仔细的接好 3 将已经维修好的模块化UPS单机面板上的 并机开关 置于断开状态 4 推入一台模块UPS 等待约9秒钟后 该台模块的冷却风扇启动 等待一小段时间 约30秒 后 再将另外一台模块UPS平顺地推入机架 5 重复上一步 第4步 直到将所有的模块化UPS均平顺地推入机架 6 依次将各台维修好的模块UPS平顺地推入机架后 顺序地合上位于模块UPS单机面板上的 并机开关 7 等待约1分钟后 此时各台模块化UPS将会自动地进行检测 并自动地同时由旁路状态转入逆变工作状态 且处于并联工作模式 8 故障模块的拔出及更换某一模块出现故障后 会自动退出并机进行状态 并在模块上或总显控屏幕上给出是哪一个模块出现故障 用户只需将有故障的模块拔出 按照下面的步骤将一个新模块插入即可 步骤 1 旋下模块UPS电源上的把手螺钉 将把手向下翻转 2 手握模块UPS电源上的把手 将故障模块拉出 3 按五 二 中的步骤顺序将新模块推入 9 面板显示与操作 1 实时显示l多级菜单实时显示系统工作状态 系统运行参数 系统内部结构 各模块参数及运行状态 l网络监控 具有RS232 SNMP单机网络管理通讯功能 实现了真正的自动化 l屏幕保护 2分钟自动屏保 进入系统屏界面 l故障报警l电池供电 蜂鸣器缓鸣 每三秒钟鸣叫一次 告警 当电池电压低于115V时 蜂鸣器急鸣告警 模块故障时 蜂鸣器急鸣告警 l电池管理 自动化电池管理 电池电压 电流自测功能 电池在线监测 电池余量显示与告警功能 l显示画面与按键说明l显示画面说明l本机显示画面为分级显示 共分三级菜单 第一级 系统屏 P1 1 志成冠军集团高频模块化UPS第二级 此级共分九屏第一屏 系统状态屏1 P2 1 系统参数 运行状态 逆变供电模式 市电电池余量 100 说明 该画面显示系统状态 运行状态分为逆变和旁路 供电模式分为市电和电池 电池余量从0 100 变化 第二屏 系统参数屏