1.1 电源系统连接_信息系统安全管理实务-QQ阅读男生玄幻网

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1.1 电源系统连接

学习目标

➢ 掌握计算机电源连接

➢ 掌握UPS电源连接

相关知识

1. 计算机电源

电流称得上PC的血液，为确保系统的正常运转，PC需要恒定的电流供应。即使很小的电流波动也可能导致数据的丢失或系统的崩溃。因此，用户应当加强对PC电源和电力供应的理解和认识，从而为自己的系统提供更加稳定和充足的电力。

PC只能接受在传输过程中保持恒定电压的直流电。但是目前所使用的家用电一般都只提供交流电。交流电的电压在特定范围内有规律地上下波动。所以，PC中的电源在使用家用电之前首先将交流电转变成直流电。

PC电源的外部环境经常会出现的问题就是电压不稳定。例如，当输电线路受到破坏或遭受闪电影响时都有可能在瞬间产生高达上千伏的强力电流，对PC造成严重冲击，使PC中异常敏感的电路完全崩溃。为防范过高的峰值电压，用户可以使用稳压器。

过高的电压对计算机会产生不利影响，过低的电压也同样有害。时断时续的电流可能引发系统的异常关闭，破坏系统文件，导致数据丢失。用户如果发现外部电源经常出现电压过低的情况的话，可以使用UPS（即不间断电源供应）为系统提供足够的电力供应，确保系统在异常断电的情况下有充足的时间保存重要的文件，安全关机。

1）电源的分类

PC电源目前从规格上主要可以划分为3大类型。

（1）AT电源。

AT电源的功率一般在150～250W之间，共有4路输出（±5V，±12V），另外向主板提供一个PG（接地）信号。输出线为两个6芯插座和几个4芯插头，其中两个6芯插座为主板提供电力。AT电源采用切断交流电网的方式关机，不能实现软件开关机，这也是很多电脑用户不满的地方。

在ATX电源规格没有出台之前，从286一直到早期的586，一直采用的是AT电源为主板供电，应该说这是电脑市场上存活时间最久、覆盖面最广的电源规格。不过随着ATX电源的逐渐普及，AT电源如今已经淡出市场。

（2）ATX电源。

ATX电源是Intel公司1997年2月开始推出的电源结构。与以前的AT电源相比较，在外形规格和尺寸方面并没有发生什么本质上的变化，但在内部结构方面却做了相当大的改动。最明显的就是增加了±3.3V和+5V Stand By两路输出和一个PS-ON信号，并将电源输出线改为一个20芯的电源线为主板供电。随着CPU处理器工作频率的不断提高，为了降低CPU处理器的功耗、减少发热量，就需要设计者降低芯片的工作电压。从这个意义上讲，电源就需要直接提供一个±3.3V的输出电压，而那个+5V的电压叫做辅助正电压，只要接通220V交流电就会有电压输出。

AT电源的功率一般为150～220W，共提供4路直流电源输出（±5V、±12V），另外AT电源会向主板提供一个“P.G.”信号。AT电源输出线分为两个6芯插座及几个4芯插头两类。两个6芯插座负责给主板供电，由于两者基本相同，在插入时应注意将两根地线（一般为黑色）放在中间。4芯插头主要用来给软驱、硬盘、光驱等外部设备供电。在开关方式上，AT电源采用切断交流电网的方式，通常电源都带有一个接触锁定式开关，由于工作电压为市电（交流220V）使用时应注意安全。ATX电源规范是一种新的结构标准（包括电源规范和主板结构规范两部分），英文全称为AT Extend，因此也可以翻译为AT扩展标准。相对AT标准，ATX电源在外形尺寸上并没有显著变化，主要增加了+3.3V、+5V SB（Stand By）两组输出电压及一个“PS-ON”信号，与主板连接改为一个20芯插座供电。还有一类缩小型的ATX电源Micro ATX电源，它较标准ATX电源明显缩小了体积并适当降低了输出功率。标准的ATX电源体积是150mm×40mm×6mm，而Micro ATX电源的体积只有125mm×100mm×3.51mm；标准ATX电源的输出功率一般在160～350W，Micro ATX电源的输出功率只有90～145W。ATX电源在结构上较AT电源有很大改动，它具有许多鲜明的特点。

① 在其开关方式上，ATX电源采用“+5VSB、PS-ON”的组合来实现电源的开启和关闭，只要控制“PS-ON”信号电平的变化，就能控制电源的开启和关闭，从而彻底告别了AT电源的切断交流电网的方式，也使软件关机、通过网络对电脑进行远程唤醒等操作都成为了可能。

② ATX电源新增加的3.3V直流稳压输出，可以直接为CPU、AGP显卡、SDRAM等部件供电，从而减少了传统AT电源要再进行电压转化的步骤，提高了供电的稳定性及电源的工作效率。

③ ATX电源的主板接口采用20脚的双排长方形插座，并在设计中加入防反插设计（反方向无法将插头插出入插座中），使拔插操作不易出错，避免了AT电源因插错插头而烧毁主板的危险。

④ ATX电源具有+5V SB脚，只要ATX电源一但上电，+5V SB脚便可输出高质量的+5V电压、约100mA的电流。它主要供电脑内部一部分电路在关机状态下为保持工作的芯片使用，完成电脑唤醒功能。因此只有将ATX电源的电源插头拔下才能真正切断ATX电源的供电。ATX电源的主变换电路采用了与AT电源相同的“双管半桥它激式”电路，PWM（脉宽调制）控制器也同样采用TL494控制芯片，但在开关方式上取消了切断交流电网的方式。因此只要接上电源线，在变换电路上就会有+300V直流电压，同时辅助电源也向TL494提供工作电压，为启动电源做好准备。在待机状态下，辅助电源的一路输出送至TL494芯片，另一路输出经分压电路得到“+5V SB”和“PS-ON”两个+5V信号。“+5V SB”信号连接到ATX主板的电源管理电路并作为它的工作电压，按照ATX电源规范的要求，“+5V SB”输出端应能提供100mA以上的工作电流。ATX主板的电源管理电路输入端与“+5V SB”相连，输出端与“PS-ON”相连，在其触发按钮开关（非锁定开关）未按下时，“PS-ON”的电压为+5V，它与电压比较器U1的正相输入端相连，同时U1负相输入端的电压为4.5V左右，此时电压比较器U1将输出+5V电压至TL494芯片第4脚，TL494芯片的第9、第11脚无输出脉冲，使两个开关管都截止，无电压输出。当按下主板的电源管理触发按钮开关时（即机箱面板上的电源开关按钮），“PS-ON”信号变为低电平状态，则电压比较器U1的输出电平为0V，TL494芯片第9、第11脚输出触发脉冲提供给两个开关管，电源进入正常工作状态。再次按下机箱面板上电源开关按钮，使“PS-ON”上电压恢复为+5V，从而关闭电源。当然也可通过操作系统来控制主板的电源管理电路使“PS-ON”变为+5V，自动关闭电源，我们在Windows系统中的关机就是这样实现的。

自1995年Intel公司推出ATX规范以来，该规范已经过多次修改和完善，ATX电源的设计规范也经过了多次修改，从最初的1.1版发展到最新的2.03版。1.1版ATX电源是最初版本，在设计上存在较多的不足之处，同时对工作环境过分敏感，经常会受外界影响而自行启动计算机，因此基本上已被淘汰。为此Intel公司在1997年推出了2.01版的ATX电源规范，这是一个较为成熟的设计规范，它较1.1版ATX电源规范有了较大的修改。首先在1.1版的ATX电源中散热风扇处于CPU的正上方采用抽风方式，这种设计原意是为了协助CPU散热，但在实际使用中效果并不好，而它的副作用十分令人头痛。大部分家庭和办公室的环境远达不到专业机房的洁净要求，风扇向内送风的同时大大提高了电源及CPU周围灰尘积聚的速度，要求用户定期清扫电源内部和主机板是不现实的。因此在2.01版ATX电源中散热风扇回到了原来AT电源一样的位置并改为向外排风。同时2.01版ATX电源规范修改了电源安装高度的限制以配合大型的CPU散热装置，增加了可选的电源散热风扇监控、工作电压监控、IEEE 1394（火线）供电支持、输出电源线的色彩规范，提高了+5V SB的工作电流等许多改进项目。自2.01版后ATX电源规范升级速度放慢，其后的版本只有一些无关痛痒的修改；2.02版主要修改了-5V DC、-12V DC的输出正常工作范围（从±5%放宽到±10%）；2.03版的改变甚至只是将“MicroATX”更名为“Mini-ATX”。

（3）Micro ATX电源。

Micro ATX电源是Intel公司在ATX电源的基础上改进的标准，其主要目的是降低制作成本。Micro ATX电源与ATX电源相比，其最显著的变化是体积减小、功率降低。ATX标准电源的体积大约是150mm×140mm×86mm，而Micro ATX电源的体积则是125mm×100mm×63.5mm。ATX电源的功率大约在200W左右，而Micro ATX电源的功率更小些，只有90～150W。目前Micro ATX电源大都在一些品牌机和OEM产品中使用，而零售市场上很少可以看到。

有人对电源铭牌并不熟悉，对它上面的电源参数所代表的意义更是感到迷惑，其实关键的问题就是不知道铭牌上面的参数对我们有什么样的影响，所以才会有如此感觉。现在向大家简单介绍一下如何根据电源铭牌，查看该电源参数。

一般而言，电源的型号和它本身的功率有着密不可分的联系。例如，某些产品的铭牌上会出现“×250 ××”的字样，用户就会认为该电源的功率是250W的，但实际上它的功率只有200W。这就说明电源型号后面的数字和功率并不等，所以现在有很多电源在铭牌上会标称250W甚至更高，而其实际功率却往往达不到这么高，其实这只是一种商业行为而已。究其原因，首先因为电源的各路直流输出的最大电流是不可能同时得到的。在ATX电源的电路中，我们会发现ATX电源的主电路是在AT电源主电路的基础上发展而来的，这样就不能按照传统的方法来计算电源的最大功率，所以只有同时输出的实际最大功率才是有意义的。

从ATX官方网站上可以得知，对于+5V、+3.3V和+12V电压的误差率标准要求应该是5%以下，对-5V和-12V电压的误差率要求为10%以下，这样的误差率是一个至关重要的指标，因为电压太低计算机就无法工作。另外计算机对输出电压的纹波还有较高的要求，电源输出的各路直流电压的交流成分越小越好，因为纹波太大会对各种芯片有不良影响，以致造成整机工作不稳定，在服务器主板上就有一个专门的电压调节模块（VRM）。它的作用就是为Xeon处理器提供一个稳定的电压，同时滤去对Xeon处理器的电磁干扰。因为像这样的高速处理器，对电压的稳定性要求相当高，如果外部的电压有一个小小的波动，就会影响处理器的正常运行，很容易导致运算错误。

所以我们可以发现在工作站所使用的电源都是相当昂贵的，这也从另一个方面反应出电源在整台计算机中的重要性。

2）ATX电源的组成

ATX电源由下面几部分组成。

（1）输入电网滤波器：一般我们所用的市电电压并不稳定，如空调的启动、电器的开关、雷击等都会产生干扰。计算机属于精密电器产品，对电压的波动非常敏感，因此首先需要通过输入电网滤波器消除来自电网干扰，同时也防止计算机电源产生的高频噪声向电网扩散。

（2）输入整流滤波器：将电网输入电压进行整流滤波，为变压器提供直流电源。

（3）变压器：这是ATX电源的核心部件，它负责把直流电变换成高频交流电，并且起到将输出部分与输入电网隔离的作用。

（4）输出整流滤波器：将变压器输出的高频交流电整流滤波得到计算机工作所需要的直流电，同时还防止高频噪声对负载的干扰。

（5）控制电路：检测输出直流电压，并将其与基准电压比较、放大，调制振荡器的脉冲宽度，从而控制变换器以保持输出电压的稳定。

（6）保护电路：当电源发生过压、过流故障时，保护电路应及时切断电源，停止工作以保护负载和电源本身安全。

（7）温控电路：根据环境温度自动调整散热风扇的转速，在保证电源稳定工作的同时降低电源噪声，这种功能只在某些高档电源上才有。

作为一款优质的ATX电源，首先它必须具有FCC电磁兼容标准、美国UL和中国CCEE等认证标志。这些认证都是权威的专业机构根据行业内技术规范对电源制定的严格的专业标准（包括生产流程、电磁干扰、安全保护等），只有通过严格的测试符合所有指标的产品在申报认证后才能在包装和产品表面使用认证标记，因此这些认证标志也可以说是产品质量的保证。这些要求主要包括如下几点。

（1）爬电距离：指沿绝缘表面测得的两个导电元器件之间或导电元器件与设备界面之间的最短距离要足够，以防止元器件打火威胁人身安全。

（2）抗电强度：指在交流输入线之间和交流输入与机壳之间由零电压加到交流1500V和直流2200V的时候，不击穿或拉电弧为品质合格。

（3）测试漏电流：电源暴露的、不带电的部分与大地间串联一个1500Ω电阻后，在260V交流输入下泄漏电流不应超过3.5mA。

（4）温度：要求电源内部温升不应该超过65℃，在25℃环境温度下，电源元器件温度不应超过90℃，不符合要求的电源在潮湿、多尘的环境中很可能发生短路事故。

（5）电子干扰：计算机电源的电磁干扰分为传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰通过电源线传播，频率为30MHz以下，主要干扰音频设备，如附近的电视、音响等在启动电源时可能不能正常使用，这就是传导干扰的影响；而辐射干扰由于有电源罩的屏蔽作用，一般影响并不是很大。普通ATX电源应符合FCC-B（民用标准）。

3）电源问题现象诊断

电源是PC的心脏。虽然平时除了偶尔的清理积尘之外，几乎不需要对PC电源进行任何的维护，但是这并不能说明电源不会出现问题。正是由于对电源的忽略，才可能在计算机出现异常情况时找不到问题的根源，不知从何处下手。下面，我们就来看一下电源出现问题时可能发生的一些症状。

（1）发出异常气味。在PC的使用过程中，如果发现异常气味，可以先关闭系统，查看气味是否减弱，然后重新启动系统，如果气味重新产生，则应当打开机箱，检查是否有硬件设备被烧损。

（2）没有风扇转动声音。如果用户计算机在运行过程中，电源风扇相当安静，没有任何声音的话，那么用户应当考虑重新更换新的电源，并及时关闭系统，以避免系统过热损坏。

（3）经常性内存报错。PC内存条对电压的波动非常敏感，细小的变化也可能会产生严重影响。如果系统经常提示在相同内存地址出现错误的话，极有可能内存条已经损坏。反之，如果经常出现不同的内存报错信息，则可能表示计算机电源的电力供应出现问题。

（4）运行中出现黑屏。如果用户计算机出现黑屏，但同时计算机的硬盘和电源风扇仍在运转的话，则可能是因为电源出现了问题。正常情况下，PC电源会向计算机主板发出恒定的信号表明电力输出正常。当出现异常情况时，该信号被终止，主板出于自我保护将自动关闭，从而导致黑屏。

（5）冷启动问题。如果用户发现计算机在冷启动时有不正常的现象或问题出现，如内存报错或显示输出异常等，但是在热重启时却不会发生上述情况的话，应当检查是否电源出现问题。

目前最为流行的电源类型为ATX和AT，分别支持不同的主板。用户如果认为需要更换新的电源的话，应当根据自己的系统选择适当的类型。此外，选购电源时还应当考虑系统的电力需求。电源的功率一般以瓦为单位衡量，大多数PC电源的功率范围为200～250W。如果用户计划为自己的PC添加新的硬件设备，则应当考虑选用更大功率的电源从而保证新的设备能够得到足够的电力供应。

2. UPS电源概述

计算机已在各行各业得到广泛应用。作为直接关系到计算机软硬件能否安全运行的一个重要因素——电源质量的可靠性应当成为中小企业首要考虑的问题。伴随着计算机的诞生而出现的UPS（Uninterrupted Power Supply）现已被广大计算机用户所接受。UPS主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其他电力电子设备提供不间断的电力供应。目前，UPS正在被广泛地应用于计算机、交通、银行、证券、通信、医疗、工业控制等行业。

不少电气工程人员在配置电源时，往往比较注重不间断电源（UPS）主机的性能，忽视了对UPS配套蓄电池的选择。不恰当的配套蓄电池选择往往会造成UPS后备时间不足、电池不能放电等事故，严重影响UPS的质量。

1）UPS的工作原理

UPS电源一般是由常用电源和备用电源通过转换开关组合而成，它们之间由逻辑电路进行控制，以保证在电网正常或停电状态下，整个系统都能可靠地工作。当市电正常时，UPS相当于一台交流稳压电源，将市电稳压后再供给计算机，与此同时，它还向UPS内蓄电池充电。当市电突然中断时，UPS立刻转为逆变工作状态，小容量的UPS一般能持续供电5～20min，所以能保证计算机系统的正常退出，使软硬件不受损失。图1-1为UPS原理图。

图1-1 UPS原理图

2）UPS的种类

UPS的分类方法多种多样，按功率大小可以分为大、中、小3种功率容量；按输出波形可以分为方波、梯形波或者正弦波；按输入输出方式可以分为单相入单相出、三相入单相出或三相入三相出；按工作原理还可以分为动态UPS和静态UPS两大类。动态不间断电源是依靠惯性飞轮存储的动能来维持负载电能供应的连续性的，这种不间断电源具有笨重、噪声大、效率低、切换时间长等缺点，已被静态不间断电源所取代。静态UPS以蓄电池组为储能工具，市电正常时交流市电经整流后变为直流电并将电能存储在蓄电池组中，当市电中断时再由逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电来维持向负载供电。根据工作方式的不同，静态UPS又可分为后备式UPS、在线式UPS、在线互动式UPS和Delta变换型UPS 4种类型，下面分别加以介绍。

（1）后备式UPS。

后备式UPS主要由充电器、蓄电池、逆变器和变压器抽头调压式稳压电源4部分组成。后备式UPS的工作原理如图1-2所示。后备式UPS具有电路简单、成本低、可靠性高的优点，但是其输出电压稳定性差，市电掉电时负载供电有一段时间的中断。另外受切换电流和动作时间的限制，输出功率一般较小，一般后备式正弦波输出UPS，容量在2kVA以下，后备式方波输出UPS容量在lkVA以下。

图1-2 后备式UPS原理图

（2）在线互动式UPS。

在线互动式UPS，与在线式UPS相比，省去了整流器和充电器，而由一个身兼二职的逆变器/充电器模块配以蓄电池组构成，其原理图如图1-3所示。

图1-3 在线互动式UPS原理图

在线互动式UPS具有效率高（可达98%以上）、结构简单、成本低、可靠性高的优点，但是它大部分时间由市电直接给负载供电，输出电压质量差，市电掉电时交流旁路开关存在断开时间，导致UPS输出存在一定时间的电能中断。

（3）Delta变换型UPS。

Delta变换型UPS又称串并联UPS，它主要由低通滤波器、Delta变换器和主变换器构成，其原理图如图1-4所示。

图1-4 Delta变换型UPS原理图

Delta变换型UPS的优点是：

① 负载电压由主变换器的输出电压决定，输出电能质量好。

② 主变换器和Delta变换器只对输出电压的差值进行调整和补偿，它们承担的最大功率仅为输出功率的20%（相当于输入市电电压的变化范围），所以整机效率高，功率余量大，系统抗过载能力强。

③ 输入功率因数高，可达99%，输入谐波电流小。

但是Delta变换型UPS主电路和控制电路相对复杂，可靠性差。

（4）在线式UPS。

在线式UPS又称串联调整式UPS，目前绝大多数大中型UPS都是在线式的。在线式UPS一般由整流器、充电器、蓄电池组和逆变器等部分组成，其原理图如图1-5所示。

图1-5 在线式UPS原理图

在线式UPS的特点是：

① 不论市电正常与否，负载都由逆变器供电，所以当市电发生故障的瞬间，UPS的输出电压不会产生任何间断。

② 由于UPS逆变器采用高频SPWM调制和输出波形的反馈控制，可以向负载提供电压稳定度高、波形畸变小、频率稳定及动态响应速度快的高质量的电能。

③ 全部负载功率都由逆变器提供，输出能力受限制。

④ 整流器和逆变器都承担全部负载功率，整机效率比较低。

从以上分析可以看出，按技术性能优劣排序，其顺序应为：在线式UPS＞Delta变换型UPS＞在线互动式UPS＞后备式UPS。理想的UPS需要具有以下特性：

① 输入有很高的功率因数。

② 输出电压的谐波畸变率很低，特别是在非线性负载下的总谐波畸变率。

③ 输出电压有很高的稳定度，包括幅值和频率的稳定。

④ 系统的动态响应速度非常快。

⑤ 系统有很强的抗过载能力和抗负载冲击能力，包括人为的自然灾害。

⑥ 系统有低的电磁干扰，低的维护费用，低成本，重量轻，体积小。

⑦ 可多机并联运行以实现冗余式UPS供电系统。

3）UPS蓄电池的种类

UPS要求所选用的蓄电池必须具有在短时间内输出大电流的特性。目前，在线运行的蓄电池基本上有两种，它们都属于铅酸蓄电池。

（1）防酸隔爆铅酸蓄电池。这种电池在早期的UPS系统中使用较多，只要维护得当，会有较长的使用寿命，但由于在运行中存在大量的电解液水分散失，需经常性地测量电解液的温度、密度，往电池内部添加蒸馏水，维护工作量极大，现在的UPS系统中已很少配用。

（2）阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA）。因其体积较小、密封性能好、绝少维护而被广泛应用于各类UPS电源中。VRLA防止电池内部电解液流动有两种技术方法：一种技术是将硫酸电解液与SiO2胶体混合后充满电池内部，制成胶体电池（简称GEL）。这类产品产量较低，约占VRLA电池总量的15%。另一种技术是利用超细玻璃棉将电解液不饱和地吸附住，制成吸液式电池或贫液式电池（简称AGM）。由于后者具有较好的大电流放电性能，在UPS系统中较多采用，国内厂家也大多生产AGM蓄电池。

4）UPS蓄电池的选择

（1）蓄电池容量（Ah）的选择。

蓄电池容量（Ah）是指在标准环境温度下，每2V电池单体在给定时间至1.80V终止电压时，可提供的恒定电流值（A）与持续放电时间（h）的乘积。给定持续放电时间为10h的容量称为10h率容量，用符号C10来表示。蓄电池容量可用20h率、10h率、8h率、5h率、3h率、1h率、0.5h率等多种方法表示，一般采用C10作为蓄电池的额定容量来标称蓄电池。额定容量是蓄电池的主要参数，不少工程人员认为，两种品牌相同额定容量的蓄电池可以在同一套UPS系统中替代使用。这种观点是有偏颇的，如果两种蓄电池具有相同额定容量，只表示它们的10h放电性能一致，但在10min、30min、lh、3h等时间内可提供的恒功率值和恒电流值则可能差异较大，而UPS后备时间通常不到10h，所以UPS配用蓄电池时，考察其在后备时间内的放电性能就尤为重要。

在已知UPS主机一些基本参数和确定蓄电池品牌后，就可以根据这一蓄电池品牌样本资料中提供的恒功率放电数据表或恒流放电曲线，通过功率定型法或电流定型法来计算确定蓄电池的容量和型号。

① 功率定型法。这种方法比较简便，根据蓄电池恒功率放电参数表可以快速准确地选出蓄电池型号。首先计算在后备时间内，每个2V的蓄电池至少应向UPS提供的恒功率：

式中 S——UPS标称输出功率；

cosφ——UPS输出功率因数；

η——逆变器效率；

N——在UPS中以12V电池计算时所需的串联电池个数，由UPS正常工作电压确定；

K——系数，厂家提供的电池恒功率放电数据表，一般是以2V单元电池为计算基准的，12V/节电池相当于6个2V单元串联，此时取K=6；如果电池厂家提供的电池恒功率放电数据表是以12V单元电池为计算基准的，则K=1。

然后确定蓄电池的放电终止电压UT:

式中 Umin——UPS最低工作电压。

我们可以在厂家提供的UT下的恒功率放电参数表中，找出等于或稍大于P的功率值，这一功率值所对应的型号即能满足UPS系统的要求。如果表中所列的功率值均小于P，可通过多组电池并联来达到功率要求，一般并联不应超过4组。

下面举例说明：例如一台80kVA梅兰日兰UPS后备15min，已知UPS输出功率因数cosφ为0.8，逆变器效率η为0.94，正常工作电压为384V，最低工作电压Umin为320V，则配套蓄电池组N应为32节（384V/12V）12V/节电池串联，根据式（1）得出P=354.6W，根据式（2）得出放电终止电压UT=1.67V。如选用美国GNB Sprinter系列电池，根据GNB Sprinter样本提供的在25℃时每单元恒功率放电数据表，查找15min列下等于或稍大于354.6W的功率值为373W，对应的型号为S12V370，其额定容量为100Ah，也就是说，用32节GNB S12V370蓄电池串联，可以满足该UPS系统的要求。如果选用2V/节电池串联，则在2V系列电池的恒功率放电数据表中查出相应型号，整组串联电池数量为6N。

② 电流定型法。这是根据某一品牌蓄电池的恒流放电曲线来确定蓄电池容量和型号的方法。首先计算UPS系统要求的蓄电池最大放电电流：

式（3）中各符号的含义与功率定型法中所定义的相同。在计算出电池串联数量N和放电终止电压UT后，就可以根据UPS要求的后备时间从蓄电池恒流放电曲线中查出放电速率n，然后根据放电速率的定义：n=Imax/C10，得出配置蓄电池的额定容量C10并确定电池型号。

下面仍以80kVA梅兰日兰UPS后备15min系统配套美国GNB Sprinter l2V电池为例来说明。首先按式（3）计算蓄电池的最大放电电流，Imax =212.8A，由式（2）得出每2V单元的放电终止电压UT=1.67V。在Sprinter恒流放电曲线图（图1-6）中，根据后备时间15min（横坐标）和放电终止电压1.67V（纵坐标），可得出放电速率n为2.13C（容量）。据此可得电池的额定容量为：C=Imax/n=100Ah（即C10）。100Ah所对应的型号为S12V370，即用32节GNB S12V370电池串联能满足系统要求。

图1-6 Sprinter恒流放电曲线图

（2）蓄电池寿命的选择。

蓄电池的寿命有两项衡量指标，一是浮充寿命，即在标准温度和连续浮充状态下，蓄电池能放出的最大容量不小于额定容量的80%时所使用的年限；二是80%深度循环充放电次数，即满容量电池放掉额定容量的80%后再充满电，如此可循环使用的次数。

通常，工程技术人员仅注重前者，而忽略了后者。80%深度循环充放电次数代表着蓄电池实际可以使用的次数，在经常停电或市电质量不高的情况下，当蓄电池的实际使用次数已经超过规定的循环充放电次数时，尽管实际使用时间还没达到标定的浮充寿命，但蓄电池其实已经失效，如果不能及时发现则会带来较大的事故隐患。所以，在选择蓄电池时，对两项寿命指标都应予以重视，在市电经常中断的条件下，后者就尤为重要。在选择UPS配套蓄电池时，应考虑足够的浮充寿命裕量。根据经验，蓄电池的实际使用寿命往往只有标定浮充寿命的50%～80%。这是因为蓄电池实际浮充寿命与定义标准温度、实际环境温度、电池充电电压、使用维护等众多因素有关。当实际环境温度比定义标准环境温度每升高10℃，蓄电池会因为内部化学反应速度增加一倍而导致浮充寿命缩短一半，所以，UPS蓄电池机房应配备空调设备。在定义温度值方面，欧洲标准为20℃，中国、日本、美国等标准为25℃。20℃ 10年浮充寿命的蓄电池如换算到25℃标准，仅相当于7～8年浮充寿命。

配套蓄电池的标称浮充寿命应该是用我们希望的蓄电池实际使用寿命除以一个寿命系数后所得的数值。这一寿命系数通常凭经验确定，蓄电池可靠性高的可取为0.8，可靠性低的可取为0.5。

（3）单个蓄电池电压的选择。

VRLA按单节电压分有12V/节、6V/节、4V/节和2V/节等4种不同形式。从经济方面来看，UPS正常工作电压一定，选用的电池单节电压越高，电池组所用的串联电池数量越少，配套电池组的价格也越便宜。但从安全性方面来看，选用的电池单节电压越低，整个系统越安全。如果12V/节的电池坏了一节，整个蓄电池后备系统就少了12V，UPS主机就有可能开启低压报警功能使整个UPS系统不能正常工作。所以在选用12V/节蓄电池时，多采用多组并联来达到UPS系统要求，万一有一组出问题，还有其他组的电池可运作。

（4）蓄电池所能承受的纹波系数。

在UPS系统中，蓄电池还起到滤波器的作用，承受UPS输入纹波电压和纹波电流的冲击。如果所选蓄电池承受纹波系数的能力较差，而纹波系数又比较大，则会使蓄电池过早地失效引起不能放电的事故。IEC蓄电池标准规定，VRLA应能承受0.5%的纹波系数，但使用UPS的场合，纹波系数都比较大，有的甚至达到2%，所以应对蓄电池的可承受纹波系数按实际情况提出要求。

（5）蓄电池性能均一性。

从理论上讲，蓄电池的电压、内阻、寿命等性能应该是一致的，可以无限多组地进行并联以达到要求的容量。但在实际生产过程中，由于所用材料纯度、生产工艺、工作人员、生产环境温度等差异，同一条流水线上制造的蓄电池通常在性能上有一定的差异，即使同一品牌、同一型号、相同生产日期生产的蓄电池，性能也不可能做得完全一致，这一点可以通过测量比较蓄电池的单节开路电压看出来。

工程人员通常采用便宜的小容量电池多组并联来达到UPS要求的较大蓄电池容量，如果采用性能均一性较差的电池多组并联，性能差、电压低的电池组就会将性能好的蓄电池组拖垮，导致整套UPS蓄电池系统提前失效。目前性能均一性主要根据蓄电池电压均一性来衡量，国内有多种标准要求。例如，信息产业部YD/T799—1996标准要求为，25℃时整组蓄电池2V单元浮充电压差不大于±50mV，开路电压差不大于±20mV；电力部DL/T637—1997标准要求是，25℃时，如电池系统采用2V/节电池，开路电压最高的一节与最低的一节差异不超过30mV，6V/节电池不超过40mV，12V/节电池则不超过60mV。一般蓄电池并联组数不应超过4组，为防止整套蓄电池系统的提前失效，在选择蓄电池时，应该在性能均一性方面提出要求。当确定了蓄电池型号之后，在一套UPS系统中最好要求厂家提供同一批次的蓄电池产品，以减小性能方面的差异。同样道理，不同品牌或者新旧程度不同的蓄电池，由于存在较大的性能差异，建议不要混合使用。最后，要特别指出的是，即使选择了恰当的VRLA，也需要进行一些必要的日常维护和管理，避免蓄电池过早失效。

5）UPS蓄电池的维护

随着科技的不断发展，UPS的性能越来越好，平均无故障工作时间越来越长，整机的可靠性越来越高。做好UPS中消耗品蓄电池的维护变得尤为重要。

（1）新电池的初充电。

新的蓄电池在安装完毕后，一般要进行一次较长时间的充电，充电电源要按照说明书中的规定进行充电，待电池组充电完毕后，进行一次放电，放电后再次充电，目的是延长电池的使用寿命，提高电池的活性和充放电特性。

（2）定期充放电。

UPS电源内部的蓄电池长期闲置不用或使蓄电池长期处在浮充状态而不放电，会导致电池中大量的硫酸铅吸附到电池的阴极表面，形成所谓的电池阴极板的“硫酸盐化”。由于硫酸铅是一种绝缘体，它的形成必将对电池的充放电产生极不好的影响，因为在阴极板上形成的硫酸盐越多，电池的内阻越大，电池的可充放电性能越差，从而导致电池“老化”、“活性”下降，使蓄电池的使用寿命大大缩短。应该每隔3～4个月，人为地通过中断市电或通过软/硬件控制手段将UPS的整流器/充电器置于关闭状态，让UPS中的蓄电池放电。对于这种为“激活”电池而进行的电池放电操作，它的放电时间以控制在正常放电时间的1/4～1/3为宜。

（3）严禁深度放电。

密封免维护蓄电池的使用寿命与蓄电池的放电深度密切相关。放电深度是指用户在蓄电池使用的过程中，电池放出的安时数占它的标称容量安时数的百分比。深度放电会造成蓄电池内部极板表面硫酸盐化，导致蓄电池的内阻增大，严重时会使个别电池出现“反极”现象和电池的永久性损坏。电池的放电深度严重影响电池的使用寿命，除非迫不得已，不要让电池处于深度放电状态。

（4）尽量避免过流充电。

过流充电易造成电池内部的正负极板弯曲，使极板表面的活性物质脱落，造成电池可供使用容量下降，严重的会造成电池内部极板短路而损坏。

（5）尽量避免蓄电池过压充电。

过压充电往往会造成蓄电池电解液所含的水被电解分离成氢气和氧气而逸出，从而使电池使用寿命缩短。

（6）更换活性下降、内阻过大的电池。

随UPS电源使用时间的延长，总有部分电池的充放电特性会逐渐变坏，端电压明显下降，这种电池的性能不可能再依靠UPS电源内部的充电电路来解决，继续使用会存在隐患，应及时更换。

对于蓄电池内阻增大，用正常的充电电压对电池进行充电已不能使蓄电池恢复其充电特性的电池应及时更换。电池的内阻一般在10～30mΩ，如电池的内阻超过200mΩ，将不足以维持UPS的正常运行，对内阻偏大的电池必须更换。

（7）避免蓄电池新旧混用或新旧电池混合充电。

由于新电池的内阻都比较小，而旧电池的内阻都有不同程度的增大，当新旧电池混合在一起充电时，由于旧电池的内阻大，分压会相对偏大，极容易造成过压充电现象；而对于新电池，内阻较小，充电电压小但电流偏大，又容易造成过流现象，所以在充放电过程中应避免新旧电池混充。

（8）蓄电池的使用环境。

电池的使用寿命与环境温度密切相关，电池处于较低温度时，蓄电池中的锌板容易粉化，失去蓄电性能，造成永久性损坏。温度过高时，电池的容量也会下降，严重的会造成永久性损坏。根据电池生产厂家的技术规范，电池的最佳使用温度是20℃～25℃，在该温度范围使用，可延长电池的使用寿命。

操作步骤

1. 卸下电源设备

（1）关闭系统和已连接的外围设备，并断开系统与电源插座的连接。

（2）打开主机盖。

（3）将硬盘驱动器托盘转动到系统外部。

（4）断开直流电源电缆（POWER1和POWER2）与系统板、驱动器及与其相连的其他所有插卡或设备之间的连接。

注意：在释放卡舌并从系统板和驱动器上卸下电缆时，请注意直流电源电缆在系统框架中卡舌下方的布线情况。将这些电缆装回时，必须对其正确布线以免被夹住或缠绕。

（5）使用螺丝刀卸下将电源设备固定在背面板上的4个梅花槽螺钉。

（6）向下按电源设备释放卡舌并朝系统前面滑动电源设备，然后将其从系统机箱中提出，如图1-7所示。

图1-7 安装电源

2. 安装电源设备

（1）准备要安装的新电源设备。

（2）将电源设备的固定孔与背面板上的固定孔对准。

（3）朝背面板方向将电源设备滑入机箱侧面和底部的挂钩中，直至其在电源设备释放卡舌上方卡入到位。

（4）使用螺丝刀安装将电源设备固定在背面板上的4个梅花槽螺钉。

（5）将硬盘驱动器托盘转回到系统内部。

（6）重新连接电源设备电缆。

（7）合上主机盖。

3. UPS拆解

1）拆外壳

UPS的外壳比较好拆，有点类似较早之前的电脑主机箱，不同的是，它除了背部有4个固定螺钉外，两侧还各有两个。拆掉这8个螺钉后，即可拿掉外壳，露出UPS的内脏了。UPS的纵深空间被从中间一分为二，正对UPS望去，左侧为几乎和整个机箱一样大的电路板（如图1-8所示），右侧则为电池组和输出滤波部分，如图1-9所示。