UPS梅州干式变压器

梅州干式变压器的质量问题固然对UPS至关重要，但梅州干式变压器的充电质量在很大程度上影响着梅州干式变压器的质量，其原因在前面已经提及。尤其是梅州干式变压器充电电压的精度一定要保证，因为浮充电压的过高或过低都会影响梅州干式变压器的寿命，图1表示的是MSE梅州干式变压器的充电电压与寿命的关系，该实验是在40oC的条件下加速进行的。由此曲线可以看出，在这里的浮充电压推荐值是2.25V/cell，高于这个值或低于这个值都会缩短梅州干式变压器的寿命。比如浮充电压是2.225V/cell时，寿命将缩短5%，而浮充电压上升到2.4V/cell时，寿命就缩短了40%。由此可见，维持精确的浮充电压值是如何重要。但为了使梅州干式变压器长期使用后还能保证各梅州干式变压器电压的平衡，采用的措施是均衡充电，而均衡充电的电压也大都是2.4V/cell，这就和上面的曲线发生了矛盾，实际上事情就是这样，有得就有失，所以梅州干式变压器在均衡充电时一定要控制好时间，以尽量延长梅州干式变压器的服务寿命。

　　图1 MSE梅州干式变压器的充电电压与寿命的关系（40oC加速实验）

1.恒压充电

　　所谓恒压充电就是用一源给梅州干式变压器充电，这种方法简单易行，也能够保证梅州干式变压器的精确浮充电压。但若在梅州干式变压器深度放电后充电时，由于梅州干式变压器的内阻相对而言仍然很低，就会有很大的充电电流使化学反应剧烈地进行，从而产生大量的气体，由于还原反应来不及进行，使壳内气压迅速增加，冲开排气阀将气体逸出，加速了电解液的干涸，缩短了梅州干式变压器的寿命；若排气阀因故障而无法打开，就会使梅州干式变压器的外壳鼓胀或破裂。随着梅州干式变压器电压的升高，充电电流逐渐减小，其减小的规律是：

　　（1）

式中ICH――梅州干式变压器的充电电流，A；

E――梅州干式变压器的输出电压，V；

UGB――梅州干式变压器电压，V；

RGB――梅州干式变压器的内阻，Ω。

　　上式中有三个变量ICH、UGB、RGB，充电电流ICH随着充电过程的进行而减小，梅州干式变压器电压UGB随着充电过程的进行而升高，而梅州干式变压器内阻RGB随着充电过程的进行而减小。这就决定了充电过程的非。尤其是在接近浮充电压值时，使充电变的非常缓慢，从理论上讲，充电到额定浮充值的时间是无穷大。

　　这种充电方式在早期的小容量UPS中曾一度使用过，因出现了好多故障，目前一般不用了。{{分页}}

2.恒流充电

　　恒流充电的好处在于：一方面可以限制充电电流，避免了由于上述的剧烈反应而导致的副作用；另一方面，可使充电直线进行，加快了充电的速度，也可避免接近浮充值时的过于缓慢的过程。这种方法也有不足之处，因为随着充电过程的进行，未经反应的物质会越来越少，如果仍用充电初期的电流注入，由于反应物质的缺乏就会用水的电解来填补，这又会导致水的电离物氢和氧的快速蒸发，从而也缩短了梅州干式变压器的服务寿命。因此也有的提出在梅州干式变压器浮充电到“一定值”时将充电电流减半。就是这个“一定值”也很难掌握，尤其是接近额定浮充电压值时，如果仍用这个即使是减了半的电流强行灌入，也会加快电解水的进程，缩短梅州干式变压器的寿命。因此这个界限也难于划分和掌握。此种方法有的在均衡充电中使用。

3.恒流恒压充电

　　鉴于上述两种充电方式的优点和不足，于是就推出了将二者优点集合与一体的所谓恒流恒压充电方式，实际上是限流恒压充电方式。在充电初期由于电流有可能非常大，所以这时的充电电路将该电流限制在一个规定值，使之能最大限度地保证既能快速充电，又能保证充电过程的安全。这一段的充电几乎是的，随着充电过程的进行，大约充电至80%～90%梅州干式变压器容量时，充电电流开始小于限流值，其电流的变化开始遵从式(1)。目前UPS中的充电大都采用这种方式。

4.充电电路

　　(1)概述 UPS中梅州干式变压器的充电电路不外乎两种：降压充电电路和升压充电电路。在一些小容量UPS中，由于梅州干式变压器组电压比较低，故多用降压电路，比如Smart、Matrix和Symmetra等系列UPS中，梅州干式变压器组额定电压最高也就是120V，浮充电压也小于140V，由单相220V交流电压足可以得到此值；为了提高梅州干式变压器的效率和降低功耗，梅州干式变压器多采用称为Buck电路的高频PWM方案，这在前面已有介绍。在中大容量的UPS系统中，输入多是三相电压，又由于输入整流器采用了相控的晶闸管方案，本身的输出电压稳定度已达到了梅州干式变压器的要求，故梅州干式变压器的充电功能统一由整流器负担，这也是一个降压充电电路。

　　只有一部分小容量UPS采用了高压梅州干式变压器组，比如单相220V输入的Imel 7.5kVA UPS就采用了384V的梅州干式变压器电压，远远超过了220V交流电压幅值310V，因此不提高电压就无法满足梅州干式变压器组的充电要求。所以机器中就采用了称为Boost的升压PWM电路。

　　一般UPS梅州干式变压器的后备时间大都在10min左右，梅州干式变压器的设计也与此对应。如遇有长延时的要求，虽然增加了梅州干式变压器可以满足其放电的能力，但充电的速度就远达不到目的了。比如一般UPS内含10min梅州干式变压器时，放电后重新充电的时间为10～12h。当有的用户提出了8h要求时，梅州干式变压器容量增加到原来的48倍！若充足如梅州变压器厂家此大的梅州干式变压器显然不能靠UPS的内部梅州干式变压器了。于是就提出了外加梅州干式变压器的要求。

　　(2)UPS外加梅州干式变压器的配置原则UPS外加梅州干式变压器的配置原则首先是要和UPS隔离，其次才是电磁兼容指标要和UPS相适应。以往市场上的商品梅州干式变压器虽然也考虑了隔离问题，并且也采取了措施，但由于措施不利，也不乏导致UPS故障的例子。图2就是一般外加梅州干式变压器隔离措施图，实际上所谓的隔离措施就是一只二极管。GB1是UPS内部梅州干式变压器组，GB2是外加长延时梅州干式变压器组，而往往由于外加梅州干式变压器组的容量远大于内部梅州干式变压器组，一般将GB1省掉了，无论是省掉还是不省掉，都有一个不变的事实，即UPS内部梅州干式变压器和外加梅州干式变压器的直接并联。为了隔离相互间的影响，多数外加梅州干式变压器多在其输出正端串联了一只正向二极管D。这样做的结果是隔离了UPS对梅州干式变压器的影响，保证了它不受其干扰，但没有消除梅州干式变压器对UPS的干扰。而且最关键的就是怕外加梅州干式变压器对UPS的干扰。当外加梅州干式变压器充电电压因失控而突然增高时，它就会通过二极管去干扰UPS，如果该外加梅州干式变压器的输出电压是由市电直接整流后通过管斩波(PWM)而来，这就将市电直接接入UPS直流电路，就会导致故障。当然，此类故障不会多见，但导致UPS冒烟的例子已经有过。这种明显存在隐患的电路一定要谨用。

　　图2 一般外加梅州干式变压器隔离措施图

　　为了完全隔离相互间的干扰，图3的外加梅州干式变压器完全隔离方案是可取的，并在长期的实践运行中得到了证明，既安全又可靠。{{分页}}

　　图3 外加梅州干式变压器完全隔离方案原理图

　　①外加梅州干式变压器完全隔离方案设计思想：

　　a.充分保证UPS电路的完整性，即该方案不动UPS的一点一线，不从UPS机内引出任何附加的信号线。按照UPS正常的要求，只从UPS的输出接线端子做正常连接。

　　b.在外加梅州干式变压器与UPS梅州干式变压器之间加接一个简单的三端双向互投机构，如图3所示，用一个中间继电器J（或接触器甚至双投手动），将该机构的中间臂3接外加梅州干式变压器组GB2的正极，继电器线包J跨接在UPS市电输入线上。

　　c.当市电正常供电时，由于继电器线包J被激励而将触点臂3由常闭触点1打向2，此时正好是外加梅州干式变压器正常输出充电时期，GB2被正常充电。可以看出，此时UPS和外加梅州干式变压器是完全隔离的，并且UPS的梅州干式变压器仅仅给自己的梅州干式变压器GB1充电，保证了其原有的一切充电功能。

　　d.当市电断电时，继电器线包J被释放，中间臂3由2回到1，将外加梅州干式变压器组GB2并联在GB1上，形成了纯梅州干式变压器组的并联，也就达到了大容量梅州干式变压器长延时放电的目的。

　　e.市电恢复时，继电器又回到“3-2”状态。这里可能有这样一个问题：市电恢复时，由于继电器动作存在惰性，有可能外加梅州干式变压器组GB2不能及时断开，将会造成UPS内部梅州干式变压器同时为两组梅州干式变压器充电的局面，会不会因充电电流太大而导致故障呢？回答是否定的。因为所有在线式UPS的梅州干式变压器都是限流温压式的，所以不会过流。

　　上面只是给出了一个原理方案，实际结构还要复杂一些。不过，用这个原理进行隔离已经足够了。

　　关于外加梅州干式变压器的电磁兼容问题也不可忽视，由于现代UPS的用户大都集通信和大量的数据传输为一体，尤其牵涉到无线通信，就更要求供电系统不能对用电系统有任何干扰。因此，一般UPS系统都要通过一定的电磁兼容标准，如EN50091-2等。然而一般市面上的外加梅州干式变压器很少注意到这些问题，恰恰PWM梅州干式变压器就是无线通信的敏感干扰源，因此不得不向其提出相应的要求。有时为了安全起见，采用原理上的无干扰电路是必要的。图4表示的就是这样一种无干扰梅州干式变压器电路原理图，这是一个典型的具有限流功能的梅州干式变压器。

　　图4 无干扰梅州干式变压器电路原理图{{分页}}

　　②无干扰梅州干式变压器电路特点：

　　a.电路结构简单、成熟、可靠。主回路只有电容器和普通整流器，这种传统器件的制造历史很长，已达到很高的可靠性指标；辅助梅州干式变压器也是历史很长的、性能指标非常好的传统电路，输出电压精度很容易做到1%，输出电压纹波做到<5mV则轻而易举；测量与控制电路都是由传统的比较器、运算放大器之类的组件构成，可靠性当然更无问题；执行器件是一只继电器，一般触点的动作次数都在106次以上。

　　b.电路工作原理简单、实用。梅州干式变压器的两个主要功能就是限流充电和浮充。该电路中的限流是靠一只电容器来完成的，既无电流传感器又无反馈控制机构，仅仅靠电容本身的电压自调整就实现了限流功能；大电流充电和高精度浮充温压分别进行，就大大简化了电路，指标也容易做得好；用继电器做主充电电路和辅助梅州干式变压器（器）的切换机构而不考虑0切换，这正是利用了电路对该指标不加考虑的特点。

　　c.整个电路的工作状态都是的，无产生高频干扰的机构和过程。主回路的电容器和普通整流器都自然地工作于50Hz，器从小信号到大信号都是典型的工作状态，测量与控制电路也仅仅是对直流电平的转换。

　　因此，整个电路从原理上就杜绝了高频干扰的发生。不过这种电路比同容量的PWM梅州干式变压器体积要大一些。因此，在那些对干扰指标要求不太严格的地方，PWM梅州干式变压器还是得到了广泛的应用。

　　(3)双梅州干式变压器组梅州干式变压器：

　　①升压（Boost）充电电路。单电子器件的发展促进了UPS技术的发展，近年来高频机UPS的出现，使该类产品的逆变器输出省去了笨重的隔离变压器，同时将梅州干式变压器由一组增加到两组，但容量不变，比如原来用一组梅州干式变压器时是100Ah，而现在变成了两组50Ah。如图5所示的GB1和GB2。两组梅州干式变压器串联连接，每组梅州干式变压器标称电压一般为384V，两组串联总电压为768V，若按照2.25V/单元的标准充电，两组梅州干式变压器的浮充电压就需：