大型UPS電源負載試驗經驗分享

測試 UPS 的目的，主要是鑒定UPS的實際技術指標是否滿足使用要求。UPS的測試一般包括穩(wěn)態(tài)測試和動態(tài)測試兩類。穩(wěn)態(tài)測試是在空載、50 % 額定負載以及100 % 額定負載條件下，測試輸入端和輸出端的各相電壓、線電壓、空載損耗、功率因數、效率、輸出電壓波形、失真度以及輸出電壓的頻率等。動態(tài)測試一般是在負載突 變（一般選擇負載由0 % ~100 %和由100% ~ 0 %）時，測試UPS輸出電壓波形的變化，以檢驗UPS的動態(tài)特性和能量反饋通路。

一、穩(wěn)態(tài)測試

所謂穩(wěn)態(tài)測試是指設備進入“系統正常”狀態(tài)時的測試，一般可測波形、頻率和電壓。

1.  測試輸入特性參數及方法

（1）輸入功率因數

技術指標：國標為≥ 0.8。

測試方法：檢測 UPS 輸入電流波形諧波及其與電壓波形相位差的綜合分析?？捎糜?span xml:lang="en-us"> PA4400-4 型數字電力諧波分析儀直讀（在空載和滿載時）。

此項測試的意義如下：

①減少輸入端無功損耗是UPS節(jié)電的重要組成部分。6脈沖整流器，如果不加輸入濾波器，其無功損耗約為額定功率的20 %。

②降低對自備發(fā)電機的功率比要求。如果輸入功率因數為1時，需要配備發(fā)電機的功率比為1:1，那么6脈沖整流器而輸入又沒有加諧波濾波器的話，需要配備發(fā)電機的功率比為2.5:1。

③減少對電網造成的污染。此項指標在選購設備時應該考慮進去。

（2）輸入頻率范圍

技術指標：國標為50Hz±2.5 %。

測試方法：采用變頻電源或發(fā)電機。固定額定輸入電壓，改變輸入頻率，用記憶示波器觀察 UPS 輸入頻率的跟蹤范圍。

本技術指標要求不高，所有品牌 UPS 都能達到。跟蹤電網頻率范圍寬，表明UPS與電網容易匹配。

（3）直流電壓輸入范圍

技術指標：國標沒有規(guī)定。

UPS說明書中都應該標明直流電壓的范圍，由于各品牌的UPS所配置的直流電壓（標稱值）不一樣，所以范圍也不一樣。

測試方法：在保證UPS輸出電壓在380V±1% 范圍時，測量蓄電池的直流電壓范圍。

此項測試的意義是：較寬的直流電壓輸入范圍，表明控制電路調整范圍寬。市電與蓄電池互相切換時，仍然保證UPS輸出電壓的穩(wěn)定度。

2.  測試輸出特性參數及方法

（1）輸出電壓波形

技術指標：國標為正弦波，波形失真 ≤5%（100 % 線性負載）。

測試方法：一般是在空載和滿載（電阻性負載）狀態(tài)時，觀察輸出波形是否正常，用失真度測量儀或658型數字電力品質分析儀，測量輸出電壓波形的失真度。

（2）UPS的輸出電壓

技術指標：國標為 380V ± 2%。

UPS的輸出電壓可以通過以下方法進行測試：

①當輸入電壓為額定電壓的90 %，輸出負載為100 %或輸入電壓為額定電壓的110 %，輸出負載為 0 時，其輸出電壓應保持在額定值 ± 2 % 的范圍內。

②當輸入電壓為額定電壓的90 %或110 %時，輸出電壓一相為空載，另外兩相為100 % 額定負載；或者兩相為空載，另外一相為100 %負載時，其輸出電壓應保持在額定值± 2 % 的范圍內，其相位差應保持在4°范圍內。

要 在不平衡負載情況下，使負載電壓的幅值和相位保持在允許范圍內，逆變器的設計就必須做到每相都能單獨調整。在對每一相電壓的幅值和相位分別控制的情況下， 可以做到三相負載電壓始終是對稱的。有的UPS不是每相都能單獨調整，所以，當接單相負載時，輸出電壓就會出現明顯的不平衡。對于這類UPS ，就不能進行此種測試，使用時，也必須使三相負載盡量平衡。

另外，上述的不平衡負載一相為空載，另外兩相為額定 負載；或者兩相為空載，另外一相為額定負載的條件較為嚴酷，有的機器是在不平衡負載兩相為額定負載，另外一相為70 % 的額定負載；或者一相為額定負載，另外兩相為70 % 的額定負載來測試輸出電壓（各相電壓、線電壓）的穩(wěn)壓精度和三相輸出不平衡度。

③ 當UPS逆變器的輸入直流電壓變化± 15 %，輸出負載為0 % ~ 100 %  變化時，其輸出電壓值應保持在額定電壓值± 2 % 范圍內。這一指標表面上與前面所述指標重復，但實際上它比前面的指標要求更高。這是因為控制系統的輸入信號在大范圍內變化時，表現出明顯的非線性，要使輸 出電壓不超出允許范圍，對電路要求就更高了。

（3）負載波峰因數

技術指標：國標沒有此項要求，國際標準為CF = 3（ CF—波峰因數）。

測試方法：

①用模擬波峰因數為3:1而平均功率為UPS額定輸出功率的假負載，接入UPS輸出端，觀察 UPS 是否過載及長期工作是否可靠。

②調節(jié)波峰因數比，測量UPS在可靠工作條件下的波峰因數值。

本指標是真正反映UPS帶當今最普遍的非線性負載的能力，是一個非常重要的技術指標。要獲得較高的波峰因數，需要較高的PWM調制頻率及高速數字反饋。

（4）噪聲測試（在 1 m 距離下測量）

技術指標：國標為 ≤ 65dB (≥10 kVA)

測試方法：在滿載條件下，使用 HS56070XAN61 型噪聲自動測試系統進行測試。

UPS功率越大，噪音越大，這是環(huán)境噪音污染。在大功率UPS中，凡是采用較高的PWM 調制頻率及采用先進裝配工藝的，噪音都比同規(guī)格其他品牌UPS的噪音低。

（5）效率

技術指標：國標為＞75 %（10 ~ 100 kVA）。

測試方法：用685型電力品質分析儀測量輸入與輸出功率。

UPS 的效率主要取決于逆變器的設計。大多數UPS只有在50 % ~ 100 % 負載時才有比較高的效率，當低于 50 % 負載時，其效率就急劇下降。廠家提供的效率指標也多是在額定直流電壓，額定負載（ cosφ = 0.8 ）條件下的效率。交流輸入功率應指有功功率與無功功率的相量和，交流輸出功率也應包含無功功率與有功功率。從用戶節(jié)能角度，應該注重 AC → AC 的轉換效率，不應受代理商只考慮 DC →AC 轉換效率或只用輸出功率與輸入有功功率之比的誤導（忽視了輸入無功功率的損耗）。

效率等于輸出有功功率比輸入有功功率再乘以100 %，輸入功率不包含蓄電池的充電功率。測試是在正常條件下，負載為100 %或 0 %的阻性負載情況下測量。機器的效率高，可以節(jié)省電費，選用容量時，其裕量系數也可以減小些。

（6）主要功率器件的溫升

技 術指標：在輸出電壓與輸出功率為額定值時，國標為：功率變壓器溫升≤ 80℃。                                                                                  功率半導體溫升≤ 85℃。

測試方法：用精密點溫計測量。

在滿負載及溫升穩(wěn)定狀態(tài)下測量溫升。功率器件溫升越低，表明功率器件安全系數越大。UPS運行的可靠性也越高。

（7）輸出電壓頻率范圍

技術指標：國標為50±0.5Hz。

測試方法：輸入采用變頻電源或發(fā)電機，輸出端接入示波器和“電源擾動分析儀”進行測量。固定額定輸入電壓，改變輸入頻率。當輸入頻率超過調整的范圍時，UPS將轉入本機振蕩器。如果本機振蕩器頻率不夠精確時，也有可能在市電頻率不穩(wěn)時，UPS輸出電壓的頻率也不穩(wěn)。

通過此項測試也可以確認UPS輸出電壓頻率范圍值。即分別向高和向低調整輸入頻率，當同步燈亮并且發(fā)出告警聲時的頻率點，就是UPS輸出電壓頻率的范圍。

逆 變器輸出電壓頻率范圍也叫做逆變器與市電（旁路）的同步范圍。此范圍可以根據用戶需要進行調整。有的品牌UPS可以通過菜單直接設置所需要的頻率范圍值， 有的品牌 UPS 需要人工調整。頻率范圍分為幾個檔，例如：50±0.25Hz；50±0.5Hz；50±0.75Hz；50±1Hz。用戶可以根據負載的頻率范圍，來調 整逆變器輸出電壓的頻率范圍。目前UPS輸出電壓頻率都能滿足要求。

維護經驗證明，UPS輸出電壓頻率范圍并不 是越窄越好。因為逆變器輸出電壓頻率在調整值的頻率范圍內時跟蹤市電（旁路），一旦市電（旁路）頻率超出所調整值的范圍時，逆變器輸出電壓頻率就轉換到本 機內部振蕩器工作（也叫做轉內同）。一般本機內部振蕩器的頻率比較準確，需要注意的是，逆變器一旦轉內同工作，UPS面板上的同步指示燈亮，表示逆變器輸 出電壓頻率與市電（旁路）不同步（市電頻率超過輸出頻率范圍）。這時候UPS禁止逆變器 → 旁路和旁路 → 逆變器的轉換。所以此項調整很重要，調整的UPS輸出電壓頻率范圍值只要滿足負載的要求就可以了。

二、動態(tài)測試

1.  轉換特性測試

技術指標：國標為0 ms。

此項主要測試由逆變器供電轉換到市電供電或由市電供電轉換到逆變器供電時的轉換特性。測試時需有存儲示波器和能夠模擬市電變化的調壓器。

轉 換試驗要在100 %負載下進行，特別是由市電轉換到UPS上時，相當于UPS的逆變器突然加載，輸出波形可能在 1 ~ 2 個周期內有 ±10% 的變化。切換時間就是負載的斷電時間。此項測試是檢測轉換時供電有無斷點，如有斷點，而且斷點超過20ms就會造成信號丟失。在線式UPS一般不會有斷 點，但其波形幅值會有瞬時變化，要求在半周期內消失。另外，因為UPS在市電正常時，逆變器工作頻率是跟蹤市電頻率的，一旦市電中斷，逆變器頻率完全由本 機振蕩器來控制，這一突然變化是隨機性的，它與市電中斷前的瞬間狀態(tài)和本機振蕩器的狀態(tài)有關，這種頻率控制的瞬態(tài)變化，可能造成輸出頻率變化達30% ，很多負載無法適應這一變化。

2.  突加或突減負載的測試

先用“電 源擾動分析儀”測量空載、穩(wěn)態(tài)時的相電壓與頻率，然后突加負載由 0% 至100%或突減負載由100 %至0 %，若 UPS 輸出瞬變電壓在 - 8 % ~ +10 %  之間（可依據機型的該項指標而定），而且在20ms內恢復到穩(wěn)態(tài)，則此UPS該項指標合格；若UPS輸出瞬變電壓超出此范圍時，就會產生較大的浪涌 電流，無論對負載還是對UPS本身都是極為不利的，該種UPS則不宜選用。

三、常規(guī)測試

1.  過載能力

技術指標：國標為120%過載時間10 mim 。

150%過載時間60 s 。

測試方法：分別用線性負載和非線性負載兩種方法測量。

過載特性是用戶極為關心，也是衡量UPS電源的一項重要指標。過載測試主要是檢驗UPS整機的過載能力，保證即使運行中出現過負載現象時，UPS也能維持一定時間而不損壞設備。過載試驗必須按設備指標測試，并且要在25℃以內的室溫下進行。

2.  蓄電池放電試驗

蓄 電池放電試驗主要是檢驗蓄電池的性能。在做放電試驗時，一是要記錄放電時間，應滿足電源的后備時間；二是要觀測放電時的輸出電壓及放電保護值。一般情況 下，在直流電壓變化±15 % 時，在100 %負載情況下，UPS電源輸出電壓變化為±2 % ，可以滿足負載對供電的要求。當市電中斷改由蓄電池供電時，蓄電池電壓不能保持恒定，所以逆變器應具有適應直流電壓在規(guī)定范圍內變化的能力。由于各UPS 的直流電壓不一樣，所以直流欠壓告警值和直流欠壓關機值也不一樣，要根據UPS說明書來進行調整；三是要檢查是否有“落后”電池；四是要測量蓄電池的過橋 壓降（一般為≤9 mV）。如果蓄電池過橋壓降大，就應該再并聯上一條過橋，或增加過橋的截面積。

四、特殊測試

對于一臺UPS來說，進行上述3項內容的測試就可以了，但對于大批生產的UPS還必須進行專項測試。專項測試可用抽樣的方式進行，其內容有：

（1）在額定負載為超前及滯后兩種情況下，觀測 UPS 輸出的穩(wěn)壓效果。

（2）小負載條件下的效率測試。在 25 % ~ 35 % 的額定負載（滯后）條件下，質量好的 UPS，效率可超過80 %。

（3）頻繁操作試驗。此項試驗包括頻繁起動與頻繁轉換。

①頻繁起動的目的在于檢驗逆變器、鎖相環(huán)、靜態(tài)開關和濾波電容的動態(tài)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。其方法是起動 UPS，當逆變器起動成功，有輸出電壓和輸出電流，并且達到技術要求后，帶負載運行；然后減去負載，停機，再起動 UPS。這樣連續(xù)多次操作。

②頻繁切換試驗。主要是檢測轉換時供電有無斷點，在線式UPS是不應該出現斷點的。

（4）充電器的起動試驗。為了保護蓄電池，避免充電器起動時對電網的沖擊，一般UPS 的充電器起動，均有限流起動功能，充電器由起動到正常運行的過渡過程，時間一般在10s以上，電流一般限定在蓄電池容量的1 / 10。

（5）不帶蓄電池加載試驗。UPS不帶蓄電池時，UPS只具有穩(wěn)壓功能。不帶蓄電池情況下加負載，可以檢驗整流器的動態(tài)性能。一般要求在20ms內保證輸出電壓恢復到（100±1 ）%以內。對于這一功能，不同UPS有不同的設計。

（6）高次諧波測試。一般UPS的高次諧波分量總和小于 5%，可用諧波分析儀來測試。良好的UPS能全部濾掉11次諧波以下的全部諧波，而且波形很穩(wěn)。選用UPS也應盡量選用不含 11 次諧波以下諧波的UPS。

（7） 輸出短路試驗。此種試驗一般不予進行，以防損壞UPS設備。這是因為有的UPS的輸出短路保護功能不夠完善。對于具有旁路電源的UPS，進行輸出短路測試 時，必須在斷開旁路電源的情況下進行。否則當輸出短路時，UPS會在限流的同時，將負載切入旁路電源，會燒斷旁路電源保險絲來進行保護。這樣，既看不出輸 出短路保護的限流情況，還將燒毀旁路電源的保險絲，是應該避免的。

UPS的測試內容還可以列舉一些，如溫升保護 性能試驗、工作溫度試驗、振動試驗、耐壓試驗、蓄電池再充電試驗、高溫試驗、高濕試驗、可靠性試驗和不同性質的負載試驗等等。作為一個產品正式生產，尤其 是批量生產時，上述內容都有必要測試。但作為用戶對產品的鑒定和驗收，一般進行靜態(tài)測試、動態(tài)測試和常規(guī)測試就可以了。