UPS电源电气测试技术与性能分析研究

李锋

摘要：UPS 电源的电气性能测试是其出厂前的重要环节。电气性能的优劣直接决定 UPS 电源的无中断时间、使用周期和效率。对 UPS 电源电气测试技术的研究及电气性能的分析可以提高生产效率、减少能耗。本文首先主要对UPS电源电气测试系统工艺流程进行分析，继而分别对UPS电源电气测试方法以及技术和性能进行系统的研究。

关键词：UPS电源；电气测试技术；性能

中图分类号：F407文献标识码： A

一、UPS电源电气测试系统工艺流程

UPS 电源电气测试系统是检测已生产好的 UPS 电源是否达到质量要求，是 UPS 电源出厂前的重要工序，它需要能够准确地检测出UPS 电源是否合格。其主要生产流程是：首先将完成生产的 UPS 电源进行检测，检测内容包括市电空载输出电压、直流开机输入电压、直流开机输出电压、市电带载输出电压、整流带载输出电压、机箱内温度、电源逆变输出时直流低警告点以及关机点，并且将检测值与标准值进行比较，若与标准值一致则说明 UPS 合格，将数据记录在 SQL 数据库中；若检测值与标准值不一致，则 UPS 电源不合格，不能出厂，要进行重新生产。在检测时，如果发现存在较大异常，立即断开所有输入。

UPS电源系统作为输入电源和用户负载之间的桥梁，可以使用户负载免受电网异常的干扰，提供安全、稳定的运行。在市电断开后，UPS电源可以将内部电池能量提供给负载，从而继续一段时间的供电。UPS 电源原理框图如图1所示：

图1UPS 原理框图

（1）市电正常供电。此过程中间的整流器正常工作，由主电输入，市电首先在开关闭合的状态下输入，再进入整流器中整流，平整的直流电压则从内部的滤波电容中输出，此时市电分为两路，一路从逆变器通过，一路给内部电池。逆变器将将平整的直流电经过SPWM 变换，后逆变转换，输出滤波，最后由右侧的静态开关转换给用电负载。

（2）电池供电。当市电出现故障时，UPS 内部电池给负载供电，电池存储的电能经过逆变器转换输出平整的直流电压，再经静态开关转换，最终输出符合要求的电压。

（3）旁路供电。当机器关机或者输入市电、输入直流电都出现故障时，转为旁路输入，由备用机给用电负载供电，通过旁路开关切换到旁路供电状态。

（4）手动维修旁路状态。手动维修状态要保证 UPS 电源内部的主电路上没有电池输入，才能开始维修。第一步要使 UPS 电源工作在自动旁路状态，第二步闭合手动维修旁路的开关，且断开旁路开关和右侧的输出开关。

本系统根据某 UPS 电源生产厂家的 UPS 电源电气测试要求，流程图如图2所示。在检测过程中，首先根据电源的型号确定测试参数，然后进行检测，并将检测的值与标准值进行比较，如果与标准值一致，则将该数据记录至SQL数据库。检测部分包括市电空载输出电压、直流开机输入电压、直流开机输出电压、市电带载输出电压、整流带载输出电压、机箱内温度、电源逆变输出时低警告点电压以及保护点电压等。记录的数据放在 SQL 数据库中，以备查看。

图2 测试流程图

二、UPS电源电气测试技术与方法

在熟悉 UPS 电源电气参数检测原理的情况下，才可以提出合理的测试方案，准确而又高效地对 UPS 电气性能进行测试。测试的方法包括给出开始测试信号，系统启动开关动作，市电输入开关动作，检测输出电压，……，最后对检测的指标分析比对，如图3所示。

图3 测试方法

本系统主要功能是实现 UPS 电源的电气性能参数测试，主要包括市电空载测试，整流及逆变测试，市电带载测试，机内温度检测，直流电源开机测试。本系统对于要测量的参数所使用的方法具体如下所示：

(一)市电空载测试

在接线排主电输入位置接入市电，闭合输入市电开关，按显示面板上的开机键，将功率表打在电压档，正极接接线排的主电输入位置，负极接在参考零电位，延时 3S 后测量输入市电电压。闭合输出电压开关，将功率表打在电压档，负极接到参考零电位，正极接接线排的输出电压位置，延时 3S 测得电压为市电空载输出电压。

(二)市电带载测试

接上模拟负载，闭合主电开关。加上 50%的负载，即闭合 50%负载开关，延时 3S 后打开控制输出电压开关，将功率表打在电压档，正极接接线排的输出电压位置，负极接在参考零电位，测量的电压为市电 50%负载输出电压。然后改变模拟负载箱负载的大小，用功率表测量不同负载的输出电压。在测试过程中负载分为 50%、100%、110%、125%。

(三)整流及逆变测试

在市电掉电后，UPS 内部的电池可以对用电负载进行供电。此时内部电池逆变供电，将功率表调到直流电压档位，检测整流时输出的电压值。改变模拟负载箱负载的大小（分别为负载总容量的 50%、100%、110%、125%），延时 3S 后用功率表检测输出电压的大小。在内部电池逆变供电的过程中，若电池电压降至低报警点时，UPS 电压会报警，检测此时的电压为低警告点电压；若内部电池继续供电，则 UPS 会自行关机，记录此时的电池电压为保护点电压。

(四)机内温度的检测

UPS 电源在运行过程中机箱内温度是一个重要的参数，只有机箱内温度在一个范围内才能使 UPS 电源正常安全地运行。为了检测机箱内温度，在机内安装一个温度传感器，检测温度是否正常（满载及超载情况下温度不超过 90°C），而温度达到 50°C 左右时机箱内的风机才开始转动。

(五)直流电源开机测试

用外部直流电源对 UPS 电源进行供电，调整外部电源的大小，直至 UPS 电源开机，用功率表检测直流开机输入电压大小，在延时一段时间后，同样用功率表检测 UPS 电源输出电压的大小。

三、UPS 电源电气测试系统功能要求

UPS电源电气测试系统主要是用来检验UPS电源产品电气性能是否合格，以免不合格产品的使用给顾客带来损失。按照国家相关规定，在 UPS 电源出厂投入市场之前，必须对其性能进行检测，因而就有了UPS电源电气测试系统。该系统可以对UPS电源电气性能包含的各种参数进行检测（市电空载输出电压、直流开机输入电压、直流开机输出电压、市电带载输出电压、整流带载输出电压、机箱内温度、电源逆变输出时直流低警告点电压以及保护点电压），采集的数据在 S7-1200 中判定是否合格。

收集的数据通过 RS485 串行通信传至 S7-1200 中，经过 S7-1200 对数据进行分析、处理与标准值进行比较，并且将测试数据在工控机监控界面中准确的显示出来。在分析过程中引入层次分析法与关联度分析法相结合的算法，综合分析这些参数，从而判断出 UPS 电源电气性能是否合格，以决定是否投入市场运行。

UPS 电源电气测试系统要实现的功能要求如下所示：

（1）能够对 UPS 电源电气性能进行多种操作：检测直流空载、市电空载、市电满载、市电空载的输出电压等。

（2）在测试系统运行时，能显示检测到的电压、温度等数据。

（3）根据制定好的检测方法控制开关的动作、延时、测试仪表的检测等使系统协调运行。利用 S7-1200 PLC 控制系统，使之实现延时、检测、比对等功能。

（4）通过组态王组态软件监控整个 UPS 电源电气测试过程的检测和综合分析。

（5）对于判定电气性能为合格的产品，将检测数据保存至 SQL 数据库中。

四、系统硬件方案设计

UPS电源电气测试系统分为测试现场与工控机监控两大部分。

在工控机中配备有 S7-1200 编程软件和组态王组态软件，是整个系统的中心部分。其中 S7-1200 与工控机、组态王的通信方式是工业以太网。电气测试现场部分选取西门子S7-1200 作为系统的中心，用于控制现场各种参数的采集和处理，从而实现对电气测试数据的准确分析。

数字量输入模块用于接入 UPS 电源电气测试系统的启停、开关动作的 1/0 输入信号；数字量输出模块用于显示输出UPS电源电气测试的分析结果；模拟量输入模块实现对UPS电源市电空载输出电压、直流开机输入电压、直流开机输出电压、市电带载输出电压、整流带载输出电压、机箱内温度等多点值数据采集。电气测试现场与 PLC 的通信采用的是RS485 串行通信，检测值通过 RS485 传送至 PLC 中。

五、系统软件方案设计

UPS 电源电气测试系统的软件设计包括在 PLC 软件中设计编写程序、监控组态界面的绘制、与数据库的连接三大部分。

PLC 程序设计部分采用 STEP7 Basic V10.5 编程软件，完成 UPS 电源电气测试系统的硬件组态、符号编辑、地址分配、网络通讯设置等，并依据测试系统的设计要求，编写顺序控制模拟量的采集和运用算法综合分析 UPS 电源电气性能程序。

利用组态王组态软件设计监控部分，其优点是在界面中可以显示测试的实时数据，进而确保测试的精确度。此外，还可以对工程加密，确保重要测试数据如输出电压、输入电压等的精确显示、存储和保密。同时将合格的测试数据保存至 SQL 数据库中，方便于日后查询测试数据，也为管理人员提供依据。

结语

本文通过分析 UPS 电源整流逆变基本原理，了解 UPS 电源电气测试工艺流程；详细阐述了电气测试的方法。确定了 UPS 电源电气测试系统功能要求，对电气测试主要用 PLC 来采集数据和分析电气性能，并采用组态王软件设计监控界面。

参考文献

[1] 孙云霞,吕国义.提高温度传感器测试准确性的方法[J]. 计测技术. 2009(03)