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硕天UPS电源在广播电视监测系统中的应用

随着广播电视监测事业的迅猛发展，监测设备的更新、技术管理手段不断提高，传统的供电方式已经渐渐在日常系统运行中出现缺陷，无法保障我们监测系统全年不间断24小时运行。广播电视监测是广播电视安全播出极为重要的一个环节，担负着广播电视的调度、传输、控制过程中的安全卫士角色，对于保障广播电视节目的高质量播出，起着重要的作用。为了避免类似的情况出现，硕天UPS电源系统――一个高性能的不间断电源，就成了保证广播电视监测系统正常运行的首选设备，他具备的优越技术条件，不但杜绝了突然断电造成的危害，同时也提高了供电质量。所以，UPS系统在广电系统中已经得到广泛的应用。

一、硕天UPS电源的定义、分类及特点

UPS的英文全称是Uninterruptible power supply，意为不间断电源系统，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。在市电正常时，UPS将市电稳压稳频后供给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内的蓄电池组充电;当市电中断时(事故停电)，UPS立即将机内蓄电池的电能通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电能，使负载维持正常工作，可见，UPS是一种能为负载提供连续不断电能的供电系统。

硕天UPS电源大体分为离线式UPS(也称后备式UPS或切换式UPS)、在线式UPS、在线互动式UPS三类。

(一)后备式硕天UPS电源：

后备式硕天UPS电源电路结构如图1所示。

当电网供电正常时，一路市电通过整流器对蓄电池进行充电，而另一路市电通过自动稳压器初步稳压，吸收部分电网干扰后，再由旁路开关直接给负载供电，此时它只相当于一台性能较差的稳压器，仅对市电电压幅度波动有改善，对电网上出现的频率不稳，波形畸变等电源缺陷没有任何调整能力。

当电网供电电压低于180V高于250V，或电网频率超出UPS输入范围时(即在非正常情况下)，交流输入会被切断，充电器停止工作，蓄电池开始放电，在控制电路的控制下，逆变器开始工作，产生220V50Hz的交流电，此时UPS供电系统转换为由逆变器继续向负载供电。所以，后备式UPS的逆变器总是处于备用供电状态，并且供电时间有较大的局限性。

(二)在线式硕天UPS电源：

所谓在线式是指无论电网电压是否正常，负载所用的交流电压都是经过逆变输出而提供的电能，即逆变电路始终处于工作状态，所以，他的电压、频率都非常稳定。在线式UPS一般为双变换结构，其电路结构图如图2：

所谓双变换是指硕天UPS电源正常工作时，电能通过了AC/DC、DC/AC两次变换后，再提供给负载使用。

I. Definition, Classification and Characteristics of UPS Power Supply

The full name of UPS is Uninterruptible Power Supply, which means uninterruptible power supply. UPS is a constant voltage and constant frequency uninterruptible power supply with energy storage device and inverter as its main component. When the city power is normal, UPS will supply the city power stabilization and frequency stabilization to the load to use. At this time, UPS is an AC city power regulator, and it also charges the batteries in the machine. When the city power is interrupted (accident power failure), UPS will immediately supply 220V AC power to the load through the method of inversion conversion, so that the load can maintain normal work. It is obvious that UPS is a kind of power supply. A power supply system that can provide continuous electrical energy to the load.

Shuotian UPS power supply is generally divided into three categories: off-line UPS (also known as backup UPS or switching UPS), on-line UPS and on-line interactive UPS.

(1) Back-up UPS power supply for Shuotian:

The structure of backup UPS power supply circuit is shown in Figure 1.

When the power supply is normal, one city power charges batteries by rectifier, while the other city power charges batteries by automatic regulator. After absorbing part of the power grid interference, the bypass switch directly supplies power to the load. At this time, it is only equivalent to a voltage regulator with poor performance, which only improves the fluctuation of the voltage amplitude of the city power, and causes frequency instability and waveform distortion in the power network. Variable power supply defects do not have any adjustment ability.

When the power supply voltage is lower than 180V or higher than 250V, or when the power supply frequency exceeds the input range of UPS (i.e. under abnormal circumstances), the AC input will be cut off, the charger will stop working and the battery will start discharging. Under the control of the control circuit, the inverter will start to work and generate 220V50Hz AC power. At this time, the UPS power supply system will be converted to continue to supply power to the load by the inverter. Therefore, the backup UPS inverters are always in the standby power supply state, and the power supply time has greater limitations.

(2) On-line UPS power supply for Shuotian:

The so-called on-line means that no matter whether the grid voltage is normal or not, the AC voltage used by the load is supplied by the inverter output, that is, the inverter circuit is always in working state, so its voltage and frequency are very stable. On-line UPS is generally a Dual-Transform structure. Its circuit structure is shown in Fig. 2:

The so-called dual conversion refers to the normal operation of Shuotian UPS power supply, the power through AC/DC, DC/AC two transformations, and then provided to the load for use.

在线式硕天UPS电源在电网供电正常时，电网输入的电压经过噪声滤波器去除电网中的高频干扰，以得到纯净的交流电后，一路进入充电器对电池充电，另一路则进入整流器进行整流和第二次滤波。并将交流电转换为平滑直流电能供给逆变器，而逆变器又将直流电转换成220V50Hz的交流电供负载使用。当发生市电中断时，交流电的输入已被切断，整流器不再工作。此时，蓄电池放电把能量输送到逆变器，再由逆变器把直流电变成交流电，供负载使用。它们的转换间隙为零，非常符合监测系统不能断电的技术要求。

在线式硕天UPS电源的供电质量很高，是源于它在接受到市电后，首先将市电交流电源变成直流电源，然后进行脉宽调制，再将直流电变成交流电。所以，在线式硕天UPS电源是一个电压稳定、频率稳定，没有杂波干扰、没有波形畸变较为理想的不间断供电电源，在各个领域，都得到了广泛的选用，也是我们广播电视监测系统建设中首选的供电设备。

(三)在线互动式硕天UPS电源。在线互动式硕天UPS电源是基于在线式UPS发展起来的一种新技术，其蓄电池、逆变器和输出始终处于连通状态。在市电正常情况下，逆变器反相工作，为蓄电池充电;市电异常时转换开关断开，由蓄电池提供电能，在线互动式硕天UPS电源的逆变器和输出总是处于连通状态，对电源起到滤波和削波作用，具有优越的电源保护能力，具有稳压精密，运行稳定，智能化和安全保护等优点。

二、硕天UPS电源的安全使用

1、当前，一般市电电压的波动范围都符合UPS输入电压变化范围的要求，目前绝大部分UPS都具有抗干扰自动稳压功能，没有必要再外加抗干扰交流稳压器，如果有的地区电压波动较大，那么，应在UPS前级增加抗干扰交流稳压器作为UPS的输入级，用于保证UPS的正常工作。

2、硕天UPS电源的配电箱所使用的开关不宜选用老式的刀闸开关，因这种开关在接通和分断电源时有拉弧现象，会对电网产生干扰，也不宜使用熔断式熔丝，因为熔断丝过电流响应速度太慢，在负载或硕天UPS电源短路时，不能及时切断电源，从而会对设备造成危害。所以，硕天UPS电源的配电箱，应采用空气开关，这种开关有消弧和负载短路时响应速度快的功能，有漏电保护和过热保护等功能。但是，要注意空气开关的容量，选用应适中，开关容量过大会造成过流或发生短路时，起不到保护作用，过小则会造成经常跳闸断电。

3、使用硕天UPS电源应保证所接的相线、中性线、地线符合要求，不得随意改变其相互的顺序。这是非常关键的，否则，在自动转换时，会将相、零、地线错位，造成设备损坏。

4、禁止将不同安时数，不同品牌的蓄电池组混合使用，外接的蓄电池组到UPS主机的距离应尽量短，导线的截面积应尽量大，以增加导电量，减少线路上的电能损耗。

5、为防止寄生电容耦合干扰，保护设备及人生安全，硕天UPS电源必须可靠接地，且接地电阻不得大于4欧姆。

三、硕天UPS电源的日常维护

1、清洁和检查：硕天UPS电源正常工作情况下，主机的维护量很小，主要是防尘和定期除尘。由于空气中的灰尘较多，机内的风机会将灰尘带入机内沉积，当遇到空气潮湿，会引起主机控制紊乱，造成主机工作失常，发生不准确报警，造成器件散热不好。所以，每季度应彻底清扫一次，同时检查各连接件、插接件有无松动和接触不良的情况。

2、定时检查、测量蓄电池组的电压，更换不合格的电池。

3、每三个月对蓄电池放电一次，可以提高蓄电池能量和寿命。如果市电很稳定，硕天UPS电源中的蓄电池就没有工作的机会，蓄电池就有可能因长时间浮充而损坏。因此，每季度应人为地中断市电一次，让蓄电池带负荷放电一段时间，用于激活蓄电池，这不但能保证蓄电池的蓄电能量，而且能延长蓄电池的使用寿命。

广播电视监测中心担负着广播电视安全播出的“安全卫士”作用，一旦出现问题，将在所监测区域造成无法挽回和不可估量的重大政治影响，政治责任及其重大。近年来我台在播出、传输系统使用了在线式硕天UPS电源，提高了供电质量，避免了许多因外电原因造成的停播事故。

硕天UPS电源在确保我们广播电视安全播出工作中起着十分重要的作用，对硕天UPS电源的正确使用和日常维护，延长其使用寿命、保证其正常使用至关重要。所以，对硕天UPS电源的管理，比须严格按照章程、技术规范进行，不得随意改动设备的技术指标。

硕天UPS电源使用的必要性

公共电网中一些较大的感性、容性、开关电源等负载会造成电网电压波形畸变或频率漂移,恶化电网的供电品质,意外的自然和人为事故,如地震、雷击、输变电系统断路或短路,也会影响负载的正常工作。据测试,电网中经常发生并且对电脑和精密仪器产生干扰或破坏的问题主要有电涌、高压尖脉冲、暂态过电压、电压下陷、电线噪声、频率偏移、断电等等。

计算机对电源的要求较高,尤其是内存,如果非正常断电,内存中的信息来不及保存到硬盘等存储设备上,会造成信息丢失或变得不完整而失去价值,浪费大量的工作精力和时间,甚至造成巨大的经济损失,像UNIX这样的操作系统,如内存中的系统信息没有回写到硬盘上,还可能造成系统崩溃。电脑中硬盘虽是磁存储介质,不因断电而损失信息,但突然的电力故障会使正在进行读写工作的硬盘物理磁头损坏,或者系统文件在维护文件系统时,造成文件分配表错误,而造成整个硬盘数据丢失。现存的操作系统大都设置虚拟内存,由于突然的断电,使系统来不及取消虚拟内存,从而造成硬盘中的“信息碎片”,不仅浪费了硬盘存储空间,还会导致机器运行缓慢。

电脑电源是一种整流电源,过高的电压可能会造成整流器烧毁。电压尖脉冲和管态过电压以及电源杂讯等干扰都可能通过整流器进入主机板,影响机器的正常工作,甚至烧毁主机线路。随着计算机和网络的广泛应用,安全可靠的电源已是计算机管理人员必须认真面对的重要问题。

三、硕天UPS电源的选择

不是所有的电器设备都需要使用硕天UPS电源,在选择硕天UPS电源时,主要应考虑负载大小、负载的特性及重要程度以及放电时间。

(一)负载的特性。电脑及其外围设备多为带容性的整流性负载,启动时都有冲击电流,即使是在正常运行时,其电流的峰值也有其有效值的23倍,因此在选用UPS时应考虑到这一特性,给UPS留一定的余量。

(二)负载大小与硕天UPS电源容量计算。电脑设备负载功率因数在0.65――0.7之间,可将各个负载的额定功率矢量累加求出总功率,UPS容量按以下公式选择:UPS容量≥负载容量/0.8

即考虑到负载启动的冲击电流,负载容量应为硕天UPS电源额定容量的80%以下。

Choice of UPS Power Supply for Suo Tian

Not all electrical equipments need to use the ShuoTian UPS power supply. When choosing the ShuoTian UPS power supply, we should mainly consider the load size, load characteristics and importance, and discharge time.

(1) The characteristics of the load. Computers and their peripheral equipment are mostly rectifier loads with capacitance. They have impulse current when starting. Even in normal operation, the peak value of current is 23 times of its effective value. Therefore, this characteristic should be taken into account when selecting UPS, leaving a certain margin for UPS.

(2) Load size and power capacity calculation of Shuotian UPS. The load power factor of computer equipment is between 0.65 and 0.7. The total power can be calculated by accumulating the rated power vectors of each load. The capacity of UPS is selected according to the following formula: the capacity of UPS is greater than or equal to the capacity of load/0.8.

That is to say, considering the impact current of load starting, the load capacity should be less than 80% of the rated capacity of Shuotian UPS power supply.

(三)放电时间的配置。一般长效型硕天UPS电源备用时间主要受电池成本、安装空间以及电池回充时问等因素的限制。在电力环境较差,停电较为频繁的地区采用UPS与发电机配合供电的方式。停电时,先由硕天UPS电源电池供电,如停电时间较长,可以启动备用发电机对UPS继续供电,当市电恢复时再切换到市电供电。

(四)电池供电时间计算。电池供电时间主要受负载大小、电池容量、环境温度、电池放电截止电压等因素影响。UPS电池供电时间,可先计算出电池放电电流,然后根据电池放电曲线查出其放电时间。

电池放电电流可以按经验公式计算:

放电电流=UPS容量(VA)×功率因数/电池放电平均电压×效率;

如要计算实际负载放电时间,只需将UPS容置换为实际负载容量即可。

四、硕天UPS电源的工作原理

(一)AC-DC变换:将电网来的交流电经自耦变压器降压、全波整流、滤波变为直流电压,供给逆变电路。AC-DC输入有软启动电路,可避免开机时对电网的冲击。

(二)DC-AC逆变电路:采用大功率IGBT模块全桥逆变电路,具有很大的功率富余量,在输出动态范围内输出阻抗特别小,具有快速响应特性。由于采用高频调制限流技术,及快速短路保护技术,使逆变器无论是供电电压瞬变还是负载冲击或短路,均可安全可靠地工作。

(三)控制驱动:控制驱动是完成整机功能控制的核心,它除了提供检测、保护、同步以及各种开关和显示驱动信号外,还完成SPWM正弦脉宽调制的控制,由于采用静态和动态双重电压反馈。极大地改善了逆变器的动态特性和稳定性。不间断电源工作原理框图下图所示。

五、硕天UPS电源的安装

硕天UPS电源安装质量好坏直接影响到UPS系统今后的长期运行,因此硕天UPS电源从规划到安装过程都应该规范。主要考虑以下几方面因素:电网情况、负载容量及特性、使用环境、接地情况、配线及开关容量等。

(一)电网情况。主要包括电网电压波动范围、停电频率等已确定UPS备用时间的配备。如有必要可以在UPS前级增设其他保护措施。使用硕天UPS电源时,应务必遵守厂家的产品说明书有关规定,保证所接的火线、零线、地线符合要求,不得随意改变其相互的顺序。

The installation quality of SUOTAN UPS power directly affects the long-term operation of UPS system in the future. Therefore, the UPS power supply of SUOTAN should be standardized from planning to installation process. Consider the following factors: power grid, load capacity and characteristics, use environment, grounding, wiring and switching capacity.

(1) Power grid conditions. It mainly includes the allocation of UPS standby time, such as the range of voltage fluctuation and the frequency of power outage. If necessary, additional protective measures can be added to the front level of UPS. When using SUOTAIN UPS power supply,

(二)使用环境。硕天UPS电源的使用环境应避免阳光直射,并留有足够的通风空间,利于散热,保证UPS进行维护时,工程人员有一定的施展空问。温度要求为0℃-40℃,湿度要求为10%-90%,周围环境要保持清洁,以减少有害灰尘对UPS内部线路的腐蚀,UPS长延时配置时,电池较重,应考虑地板单位面积承重问题。

(三)接地情况。为了确保电脑系统稳定可靠工作,防止寄生电容耦合干扰,保护设备及人身安全,因此必须要有良好的接地系统,一般接地电阻小于4Ω较为理想。

六、结束语

在硕天UPS电源的使用过程中注意,再好的设备也有寿命,也会出现各类故障,不要因为高智能、免维护而忽略了本应进行的维护工作,预防在任何时候都是安全运行的重要保障。