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告别电源中断

Martin Rowe?? Teat & Measurement World 资深技术编辑?? 2008年11月02日 ?? 收藏0

  项目说明

  不间断电源(UPS)在交流电网电压太低或不存在时为计算机和通信设备供电。设备必须切换到电池电源,其 UPS 必须为关键负载提供不间断电源,直到公共电力恢复供电,或者直到电池耗尽而 UPS 关闭。UPS 制造商Falcon Electric(www.falconups.com)提供低功耗、高频率的在线 UPS已经有18 年的历史了。

  Falcon公司的工程副总裁Mike Stout解释说,工程师通过使用可变交流电源调整输入电压来进行生产验证。他们使用数字万用表(DMM)验证空载状态下的输出电压是122 VAC±0.5 V,输出频率是 60 Hz±0.1 Hz。他们使用微调电位器把输出频率调整到 60.0 Hz。工程师使用功率分析仪验证输出电压的总谐波失真(THD)不到 3% 。

图UPS测试需要电阻性和非线性容性负载

  接下来,工程师设置负载,以便UPS在最大输出功率条件下运行。他们测量电压和电流,并且确认“满载” LED 灯亮。然后,把负载减少到功率电平的一半,再减到其三分之一处,并确认负载电平显示。他们再次测量 UPS 输出电压,确认它在 ±3% 的范围之内。然后,他们把负载增加到超过额定功率25%,并确认过载 LED 导通,同时 UPS 输出过流保护判断提示。

  军用级 UPS 通常在输入电压约为 60-VAC 时开始消耗电池的电流,而在 84 VAC时发出警报。商用级UPS在电压介于80 VAC 至 84 VAC 之间时消耗电池的电量。工程师通过 DMM 和示波器监控UPS 输出,以确认它保持在 120 VAC±3%。

  如果交流电压太高,UPS也将切换到电池电源。对于 220-VAC ,当电网电压达到 260 VAC 时,UPS 通常从交流电源切换到电池电源。对于120-V 的设备,在输入电压介于90 VAC 至 138 VAC 之间时(120 VAC -25%,+15%),UPS 必须使其输出电压保持在 120 VAC±3%。

  Falcon的工程师使用功率分析仪来验证公司 UPS 的输出电流、功率和谐波。Stout称:“最高程度的谐波失真通常发生在第三个和第五个谐波。在第七个谐波之后,极少看到失真。”工程师也使用频谱分析仪来测量电磁辐射。

  UPS 需要在满载时进行测试,Falcon的工程师设计了他们自己的线性和非线性负载,以进行设计验证测试。线性负载以 500-VA 的增量提供高达 40 kVA的功率。非线性负载模拟切换电源,是客户用UPS供电的最常见的负载(见图)。工程师还把热电耦连接到一些组件来确认它们保持在规定范围之内。

  经验教训

  Stout说:“对于 UPS 电源产品,你不能超裕量设计”。公司最初推出其在线UPS时,设计非常强健可靠,以至于在许多情况下工程师不需要增加散热器的尺寸就能够增大功率输出。Stout称:“尽管没有金钱回报,稳健可靠的设计仍非常必要。”


  附文:待测设备

  商业和军事领域应用的不间断电源。当功率因数为 0.7 时,该电源最高可提供10 kVA(7000 W)的功率。

  挑战

  进行不间断电源的设计验证和生产测试。验证它们的电压、频率及其向线性和非线性负载输送规定功率的能力。进行辐射测试。监测内部元件的温度。验证通信接口如期使用情况下的电池电源运行状况。

  工具

  * Agilent Technologies:频谱分析仪、谐波失真测量仪(www.tm.agilent.com)。
  * California Instruments:50 Hz交流电源、400 Hz交流电源(www.calinst.com)。
  * Extech Instruments:声级计(www.extech.com)。
  * Fluke:手持式 DMM、电源质量分析仪(www.fluke.com)。
  * Stanford Research Systems:两台 16 通道温度监测系统(www.thinksrs.com)。
  * Tektronix:示波器(www.tektronix.com)。
  * Valhalla Scientific:三相功率表和电流表(www.valhallascientific.com)。


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