UPS测试：如何提高备用电源效能？

UPS测试的目的，主要是鉴定UPS的实际技术指标是否满足使用要求。UPS的测试一般包括稳态测试和动态测试2类。稳态测试是在空载、50%额定负载，以及100%额定负载条件下，测试输入端和输出端的各相电压、线电压、空载损耗、功率因数、效率、输出电压波形、失真度以及输出电压的频率等。动态测试一般是在负载突变（一般选择负载0%～100%变化和100%～0%变化）时，测试UPS输出电压波形的变化，以检验UPS的动态特性和能量反馈通路。

1.稳态测试

所谓稳态测试是指设备进入“系统正常”状态时的测试。

1）输入功率因数

技术指标：国家标准为≥0.8。

测试方法：检测UPS输入电流波形的谐波及其与电压波形的相位差。可用PA4400-4型数字电力谐波分析仪直接读取（在空载和满载时）。

此项测试的意义如下。

（1）减少输入端无功损耗是UPS节电的重要组成部分。6脉冲整流器如果不加输入滤波器，其无功损耗约为额定功率的20%；

（2）降低对自备发电机的功率比要求。如果输入功率因数为1，需要配备发电机的功率比为1∶1，那么6脉冲整流器不加输入滤波器的情况，需要配备发电机的功率比为2.5∶1。

（3）减少对电网造成的污染。此项指标在选购设备时应该考虑进去。

2）输入频率范围

技术指标：国家标准为50×（1±2.5%）Hz。

测试方法：采用变频电源或发电机。固定额定输入电压，改变输入频率，用记忆示波器观察UPS输入频率的跟踪范围。

3）直流电压输入范围

技术指标：UPS说明书中都应该标明直流电压的范围，由于各品牌的UPS所配置的直流电压（标称值）不一样，所以范围也不一样。

测试方法：在保证UPS输出电压为380×（1±1%）V时，测量蓄电池的直流电压范围。此项测试的意义是：较宽的直流电压输入范围表明控制电路调整范围宽。市电与蓄电池互相切换时，仍然可以保证UPS输出电压的稳定度。

4）输出电压波形

技术指标：输出正弦波，波形失真＜5%（100%线性负载）。

测试方法：一般是在空载和满载（电阻性负载）状态下，观察输出波形是否正常，用失真度测量仪或658型数字电力品质分析仪，测量输出电压波形的失真度。

5）UPS的输出电压

技术指标：国家标准为380×（1±2%）V。

UPS的输出电压可以通过以下方法进行测试。

（1）当输入电压为额定电压的90%时，输出负载为额定负载的100%或输入电压为额定电压的110%，当输出负载为0时，其输出电压应保持在额定值×（1±2%）的范围内。

（2）当输入电压为额定电压的90%或110%时，输出电压一相为空载，另外两相为100%额定负载；或者两相为空载，另外一相为 100%额定负载时，其输出电压应保持在额定值×（1±2%）的范围内，其相位差应保持在4°范围内。

要在不平衡负载情况下，使负载电压的幅值和相位保持在允许范围内，逆变器的设计就必须做到每相单独调整。在对每一相电压的幅值和相位分别控制的情况下，可以做到三相负载电压始终是对称的。有的UPS不是每相都能单独调整，所以，当接单相负载时，输出电压就会出现明显的不平衡。对于这类UPS，就不能进行此种测试，使用时也必须使三相负载尽量平衡。

另外，上述的不平衡负载一相为空载，另外两相为额定负载；或者两相为空载，另外一相为额定负载的条件更为严酷。有的机器的不平衡负载是两相为额定负载，另外一相为70%的额定负载；或者一相为额定负载，另外两相为70%的额定负载来测试输出电压（各相电压、线电压）的稳压精度和三相输出不平衡度。

（3）当UPS逆变器的输入直流电压变化范围为±15%，输出负载变化范围为0%～100%时，其输出电压值应保持在额定电压值×（1±2%）范围内。这一指标表面上与前面所述指标重复，但实际上它比前面的指标要求更高。这是因为控制系统的输入信号在大范围内变化时，表现出明显的非线性，要使输出电压不超出允许范围，对电路要求就更高了。

6）负载波峰因数

技术指标：国家标准没有此项要求，国际标准为CF＝3（CF为波峰因数）。

测试方法：

（1）用模拟波峰因数为3：1而平均功率为UPS额定输出功率的假负载接入UPS输出端，观察UPS是否过载及长期工作是否可靠。

（2）调节波峰因数比，测量UPS在可靠工作条件下的波峰因数值，负载波峰因数能真正反映UPS的非线性负载能力，是一个非常重要的技术指标。要获得较高的波峰因数，需要较高的PWM调制频率及高速数字反馈。

7）噪声测试

噪声测试在1 m距离下进行。

技术指标：国家标准为≤65 dB（≥10 kV·A）。

测试方法：在满载条件下，使用HS56070XAN61型噪声自动测试系统进行测试。

UPS功率越大，噪声越大，这是环境噪声污染。在大功率UPS中，凡是采用较高的PWM调制频率及采用先进装配工艺的，噪声都比同规格其他品牌UPS的噪声低。

8）效率

技术指标：国家标准为＞75%（10～100 kV·A）。

测试方法：用685型电力品质分析仪测量输入与输出功率。

UPS的效率主要取决于逆变器的设计。大多数UPS只有在50%～100%额定负载时才有比较高的效率，当低于50%负载时，其效率就急剧下降。厂家提供的效率指标也多是在额定直流电压、额定负载（cosφ=0.8）条件下的效率。交流输入功率应指有功功率与无功功率的向量和，交流输出功率也应包含无功功率与有功功率。从用户节能角度，应该注重AC-AC的转换效率，不应受代理商只考虑DC-AC转换效率或只用输出功率与输入有功功率之比的误导（忽视了输入有功功率的损耗）。

效率等于输出有功功率与输入有功功率之比再乘以100%，输入功率不包含蓄电池的充电功率。测试是在正常条件下，负载为100%或0%的阻性负载情况下测量。机器的效率高可以节省电费，选用容量时，其裕量系数也可以减小些。

9）主要功率器件的温升

技术指标：在输出电压与输出功率为额定值时，功率变压器温升≤80 °C，功率半导体温升≤85 °C。

测试方法：用精密点温计测量。

在满负载及温升稳定状态下测量温升，功率器件温升越低，表明功率器件安全系数越大，UPS运行的可靠性也越高。

10）输出电压频率范围

技术指标：国家标准为（50±0.5）Hz。

测试方法：输入采用变频电源或发电机，输出端接入示波器和电源扰动分析仪进行测量。固定额定输入电压，改变输入频率。当输入频率超过调整的范围时，UPS将转入本机振荡器。如果本机振荡器频率不够精确时，在市电频率不稳时，UPS输出电压的频率也可能不稳。

通过此项测试也可以确认UPS输出电压的频率范围值。分别向高和向低调整输入频率，当同步灯亮并且发出告警声时，此时的频率点就是UPS输出电压频率的范围。(www.xing528.com)

逆变器的输出电压频率范围也叫作逆变器与归电（旁路）的同步范围。此范围可以根据用户需要进行调整。有的UPS品牌可以通过菜单直接设置所需要的频率范围值，有的UPS品牌需要人工调整。频率范围分为几个档，例如：（50±0.25）Hz、（50±0.5）Hz、（50±0.75）Hz和（50±1）Hz。用户可以根据负载的频率范围来调整逆变器输出电压的频率范围。目前，UPS输出电压频率基本上都能满足要求。

维护经验证明，UPS输出电压频率范围并不是越窄越好。因为逆变器输出电压频率在调整值的频率范围内跟踪市电（旁路），一旦市电（旁路）频率超出调整值的范围时，逆变器的输出电压频率就转换为本机内部振荡器的频率（也叫作转内同），一般本机内部振荡器的频率比较准确。

注意：逆变器一旦转内同工作，UPS面板上的同步指示灯亮，表示逆变器输出电压频率与市电（旁路）不同步（市电频率超过输出频率范围）。这时候UPS禁止逆变器—旁路或旁路—逆变器的转换。所以此项调整很重要，调整的UPS输出电压频率范围值只要满足负载的要求就可以了。

2.动态测试

1）转换特性测试

技术指标：国家标准为0 ms。

此项目主要是测试由逆变器供电转换到市电供电，或由市电供电转换到逆变器供电时的转换特性，测试时需要存储示波器和能够模拟市电变化的调压器。

转换试验要在100%负载下进行，特别是由市电转换到UPS上时，相当于UPS的逆变器突然加载，输出波形可能在1～2个周期内有±10%的变化，切换时间就是负载的断电时间。此项测试检测转换时供电有无断点，如有断点，而且断点超过20 ms就会造成信号丢失。在线式UPS一般不会有断点，但其波形幅值会有瞬时变化，要求该变化在半周期内消失。另外，因为UPS在市电正常时，逆变器工作频率是跟踪市电频率的，一旦市电中断，逆变器频率完全由本机振荡器来控制。这一突然变化是随机性的，它与市电中断前的瞬间状态和本机振荡器的状态有关，这种频率控制的瞬态变化可能造成输出频率变化达30%，很多负载无法适应这一变化。

2）突加或突减负载的测试

先用电源扰动分析仪测量空载、稳态时的相电压与频率，然后突加负载由0%～100%，或突减负载由100%～0%，若UPS输出躁变电压为－8%～+10%（可依据机型的该项指标而定），而且在20 ms内恢复到稳态，则此UPS该项指标合格；若UPS输出瞬变电压超出此范围时，就会产生较大的浪涌电流，无论对负载还是对UPS本身都是极为不利的，这种UPS不宜选用。

3.常规测试

1）过载能力

技术指标：国家标准为120%过载时间10 mim；150%过载时间60 s。

测试方法：分别用线性负载和非线性负载两种方法测量。

过载特性是用户极为关心，也是衡量UPS电源的一项重要指标。过载测试主要是检验UPS整机的过载能力，保证即使运行中出现过负载现象时，UPS也能维持一定时间而不损坏设备。过载试验必须按设备指标测试，并且在不超过25 °C的室温下进行。

2）蓄电池放电试验

蓄电池放电试验主要用于检验蓄电池的性能。在做放电试验时，一是要记录放电时间，检查是否满足电源的后备时间。二是要观测放电时的输出电压及放电保护值。一般情况下，在直流电压变化±15% 时，在100%负载情况下，UPS电源输出电压变化为±2%，可以满足负载对供电的要求。当市电中断改由蓄电池供电时，蓄电池电压不能保持恒定，所以逆变器应具有适应直流电压在规定范围内变化的能力。由于各UPS的直流电压不一样，所以直流欠压告警值和直流欠压关机值也不一样，要根据UPS说明书来进行调整。三是要检查是否有“落后”电池。四是要测量蓄电池的过桥压降（一般≤9 mV）。如果蓄电池过桥压降大，就应该再并联上一条过桥，或增加过桥的截面面积。

放电试验前必须对蓄电池进行连续24 h的不间断充电，试验数据可记录在放电试验数据记录表中。

3）浮充电压的调整与设置

对于以下的蓄电池组，它们所需的浮充电压分别为：

30×12 V蓄电池组为405 V；

32×12 V蓄电池组为432 V；

33×12 V蓄电池组为445 V；

35×12 V蓄电池组为473 V；

40×12 V蓄电池组为540 V；

48×12 V蓄电池组为649 V。

4）输入电压过压、欠压保护测试

技术指标：大功率UPS的国家标准为380×（1－15%）V～380×（1+10%）V。

测试方法：用TNSGA-35/0.5型感应自动调压器调节输入电压，当输入电压超过范围时应报警，并转换到蓄电池供电，整流器自动关闭；当输入电压恢复到额定允许范围内时，设备应自动恢复运行，即蓄电池自动解除，转为由市电供电。在蓄电池自动投入和解除的过程中，UPS输出电压波形应无变化。注意，此项测试一定要保证接线正确，特别是相序必须接对。另外，有的UPS在市电波动超过+10%时，只会报警，而不会有蓄电池的自动投入，只有当市电波动超过－15%范围时，才有蓄电池自动投入的功能；而有的UPS则是在市电波动超过-15%～+10%的范围时，都有蓄电池自动投入的功能。

4.特殊测试

对于一台UPS来说，进行上述3项内容的测试就可以了，但对于大批量生产的UPS还必须进行专项测试。专项测试可用抽样的方式进行，其内容有：

1）观测稳压效果

在额定负载为超前及滞后两种情况下，观测UPS输出的稳压效果。

2）小负载条件下的效率测试

在25%～35%的额定负载（滞后）条件下，质量好的UPS，效率可超过80%。

3）频繁操作试验

此项试验包括频繁启动与频繁转换。

频繁启动的目的在于检验逆变器、锁相环、静态开关和滤波电容的动态稳定性和热稳定性。其方法是启动UPS，当逆变器启动成功，有输出电压和输出电流，并且达到技术要求后，带负载运行；然后减去负载，停机，再启动UPS。这样连续多次操作。

频繁切换试验主要是检测转换时供电有无断点，在线式UPS是不应该出现断点的。

4）充电器的启动试验

为了保护蓄电池，避免充电器启动时对电网的冲击，一般UPS的充电器启动均有限流启动功能。充电器由启动到正常运行的过渡过程，时间一般在10 s以上，电流一般限定在蓄电池容量的1/10。

5）不带蓄电池加载试验

UPS不带蓄电池时，UPS只具有稳压功能。不带蓄电池情况下加负载，可以检验整流器的动态性能。对于这一功能，不同UPS有不同的设计，一般要求在20 ms内保证输出电压恢复到（100±1）%以内。

6）高次谐波测试

一般UPS的高次谐波分量总和小于5%，可用谐波分析仪来测试。良好的UPS能全部滤掉11次谐波以下的全部谐波，而且波形很稳定。选用UPS也应尽量选用不含11次以上谐波的UPS。

7）输出短路试验

此试验一般不予进行，以防损坏UPS设备。这是因为有的UPS的输出短路保护功能不够完善。对于具有旁路电源的UPS，进行输出短路测试时，必须在断开旁路电源的情况下进行。否则当输出短路时，UPS会在限流的同时，将负载切入旁路电源，烧断旁路电源的保险丝来进行保护。这样，既看不出输出短路保护的限流情况，还会烧毁旁路电源的保险丝，所以应该避免。

UPS的测试内容还有许多，如温升保护性能试验、工作温度试验、振动试验、耐压试验、蓄电池再充电试验、高温试验、高湿试验、可靠性试验和不同性质的负载试验等。作为一个产品正式生产，尤其是批量生产时，上述内容都有必要测试。但作为用户对产品的鉴定和验收，一般进行静态测试、动态测试和常规测试就可以了。