劉振欣

0 引言

后備型UPS在某工廠變電所中被大量安裝使用，在實(shí)際工作中，由于長時(shí)間不停機(jī)使用，經(jīng)常有UPS主機(jī)出現(xiàn)內(nèi)部線路板故障問題。發(fā)生故障后，若整體更換線路板，一是費(fèi)用較高，購買周期較長，無法及時(shí)維修；二是部分UPS型號(hào)較老，主機(jī)線路板早已停產(chǎn)，無法購得，設(shè)備就要報(bào)廢。因此，本文對(duì)后備型UPS主機(jī)線路板常見故障進(jìn)行分析，以期實(shí)現(xiàn)快速經(jīng)濟(jì)地維修UPS的目的。

1 后備型UPS基本技術(shù)特點(diǎn)

后備型UPS是靜止式UPS的最初形式，應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟，一般只適用于小功率范圍。圖1為后備型UPS原理圖。

圖1 后備型UPS原理圖

1.1 后備型UPS功能部件

（1）充電器：市電存在時(shí)，通過整流對(duì)蓄電池進(jìn)行浮充充電。（2）逆變器：市電存在時(shí)，逆變器不工作，也不輸出功率；當(dāng)市電掉電時(shí)，則由逆變器向負(fù)載供電，電壓波形有方波、準(zhǔn)方波、正弦波等。（3）自動(dòng)穩(wěn)壓器：市電存在時(shí)，可粗略穩(wěn)壓及吸收部分電網(wǎng)干擾。（4）轉(zhuǎn)換開關(guān)：市電存在時(shí)，接通市電向負(fù)載供電；市電掉電時(shí)，斷開市電通路，接通逆變器，繼續(xù)向負(fù)載供電。

1.2 后備型UPS性能特點(diǎn)

（1）當(dāng)市電存在時(shí)，對(duì)市電利用率高，一般能達(dá)到98%以上。（2）輸出能力強(qiáng)，對(duì)負(fù)載電流、浪涌系數(shù)、輸出功率因數(shù)、過載等沒有嚴(yán)格的限制。（3）輸出電壓穩(wěn)定度、精度較差，但能滿足一般要求。（4）當(dāng)市電掉電時(shí)，其轉(zhuǎn)換時(shí)間一般為7 ms左右。

2 后備型UPS主機(jī)線路板常見故障分析

通過分析各種后備型UPS內(nèi)部故障維修實(shí)例，UPS主機(jī)線路板上元器件故障頻率由高到低有如下順序：交流進(jìn)線電路—逆變管—功率電阻—取樣變壓器—中小功率二、三極管—集成電路—可調(diào)電阻—繼電器—電解電容—小功率電阻—主電源變壓器。因此，在維修一臺(tái)損壞的UPS時(shí)，可按此順序在UPS主機(jī)內(nèi)查找故障，在普查可疑元件的同時(shí)，還要注意檢查一些虛焊、假焊故障。采用與好的元器件對(duì)比或用好的元器件替換的方法進(jìn)行判斷，能較快地發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)故障的原因。

3 后備型UPS主機(jī)線路板中的元器件替換

后備型UPS主機(jī)線路板上的元器件除普通的阻容元件、二極管、三極管、繼電器等通用元件外，其他均屬專用元件，不易購買到。下面介紹如何用通用元器件來替換UPS主機(jī)線路板上專用元器件。

3.1 逆變管的替換

后備型UPS主機(jī)線路板上的逆變管主要有達(dá)林頓管和V MOS管2類，前者一般用于體積較大的UPS，后者則用于小體積的UPS。逆變管的數(shù)量在不同功率的UPS中不完全一致，一般根據(jù)UPS的功率選擇2只或4只。逆變管的工作方式是推挽式，應(yīng)盡量配對(duì)使用，以保證逆變波形正負(fù)半周的對(duì)稱性，因此在替換逆變管時(shí)，應(yīng)選用參數(shù)接近的型號(hào)替換或全部換成同一型號(hào)。

達(dá)林頓逆變管的損壞多數(shù)為be結(jié)開路，少數(shù)為擊穿性損壞，其維修時(shí)的替換原則是以大代小。根據(jù)極性，只要準(zhǔn)備MJll032和MJll033 2種達(dá)林頓管即可。這2種達(dá)林頓管幾乎可代換所有UPS中的達(dá)林頓逆變管，是維修UPS的必備配件。

VMOS逆變管的損壞一般為擊穿性損壞，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)炸裂現(xiàn)象，其原型號(hào)逆變管不容易購買到，使用 MTP60 N06和2SK727 2種V MOS管，維修一般就可進(jìn)行。MTP60 N06基本可代換所有工頻逆變型UPS中的VMOS管，這種UPS的特點(diǎn)是機(jī)內(nèi)有一個(gè)大體積的工頻逆變變壓器。2SK727則可代換所有高頻逆變型UPS中的V MOS管，這種UPS的特點(diǎn)是體積非常小。

3.2 取樣變壓器的替換

后備型UPS主機(jī)線路板上一般都有一只取樣變壓器，由于長期處于通電狀態(tài)，且變電所內(nèi)市電電壓偏高，因此較易損壞。取樣變壓器多為一只直焊式帶引腳的小變壓器，其作用是對(duì)市電進(jìn)行取樣，UPS內(nèi)的穩(wěn)壓電路根據(jù)此取樣電壓的高低控制相應(yīng)的繼電器分合主變壓器的抽頭，對(duì)市電進(jìn)行穩(wěn)壓，同時(shí)逆變電路根據(jù)此電壓的有無和是否超限來決定是否進(jìn)入逆變狀態(tài)。

因此，如果取樣變壓器損壞，UPS將判斷為市電停電，開機(jī)后直接進(jìn)入逆變狀態(tài)。UPS的取樣變壓器功率一般為3 W，這種小變壓器損壞后一般可使用普通收錄機(jī)等小電器上使用的小電源變壓器來代換，功率3～5 W即可。替換時(shí)如果不知道次級(jí)電壓，可試驗(yàn)一下，通過不在逆變狀態(tài)下測量代換后UPS的輸出電壓來判斷代換是否正確，如果輸出電壓過高，則說明變壓器的次級(jí)輸出電壓偏低，反之亦然。另外，某些小體積UPS機(jī)內(nèi)無此變壓器，它們的弱電部分沒有與市電進(jìn)行隔離，所以是用阻容元件直接對(duì)市電進(jìn)行取樣，阻容元件較容易購買，直接購買相同型號(hào)更換即可。

3.3 集成電路的替換

后備型UPS主機(jī)線路板上的集成電路基本都是通用集成電路。這些集成電路型號(hào)前面的字母部分雖然有些差別，但只要型號(hào)最后的數(shù)字是一致的，一般都可相互替換。線路板上常見的4000系列和74LS系列通用集成電路，生產(chǎn)廠家較多，較容易購買，只要型號(hào)的數(shù)字后綴相同，即可直接互換。

3.4 其他元器件的替換

后備型UPS主機(jī)線路板上的整流橋發(fā)生故障可以用4只普通整流二極管替換；壓敏電阻損壞后可用431型或471型來替換；普通小三極管損壞一般均可用2 N5401或2 N555l替換；普通小二極管損壞用1 N4005替換即可，且十分耐用。

4 后備型UPS維修時(shí)的安全問題

在維修UPS的過程中，安全問題也是非常重要的，下面簡要介紹3個(gè)需要注意的安全問題：（1）許多UPS都采用了熱底板，主機(jī)內(nèi)部的弱電電路未與市電隔離，電源開關(guān)是弱電開關(guān)或輕觸開關(guān)，所以連接市電時(shí)要盡可能避免維修。（2）由于蓄電池的短路電流很大，維修時(shí)若不慎引起短路，有時(shí)會(huì)嚴(yán)重?zé)龘p元器件，所以必須將蓄電池與UPS主機(jī)斷開進(jìn)行維修。（3）如果UPS的交流保險(xiǎn)管損壞，不可省去保險(xiǎn)管不裝，否則一旦遇到短路可能會(huì)造成更為嚴(yán)重的損壞，甚至?xí)龤PS主機(jī)里的主變壓器。

5 結(jié)語

應(yīng)用本文的方法對(duì)出現(xiàn)主機(jī)線路板故障的后備型UPS進(jìn)行維修，節(jié)約了可觀的維修資金。以往線路板整體更換還需要一定的備件采購周期，通過更換元器件的方法進(jìn)行維修，極大地減短了維修時(shí)間，提高了變電所運(yùn)行的穩(wěn)定性。

［1］張穎超，楊貴恒，常思浩，等.UPS原理與維修［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011