船舶系统的UPS不间断电源技术改进措施探讨

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摘要：摘 要：船舶系统能够有效保证船舶的正确航向，为船舶续航提供良好的技术支撑。在船舶各系统中，UPS不间断电源技术是最为主要的技术，通过UPS不间断电源技术方案，进一步提高船舶的运行通行能力，保证了船舶的安全性。文章主要通过对UPS不间断电源改进优化相

　　摘 要：船舶系统能够有效保证船舶的正确航向，为船舶续航提供良好的技术支撑。在船舶各系统中，UPS不间断电源技术是最为主要的技术，通过UPS不间断电源技术方案，进一步提高船舶的运行通行能力，保证了船舶的安全性。文章主要通过对UPS不间断电源改进优化相关的技术方案进行分析，全面提出散热器结构、改进风道、模块开关电源、改进印制板、改进测量电路、增加UPS断电自动切换旁路功能等主要技术措施，以此，全面提高船舶设备散热性，为船舶可靠安全运行提供技术支持。

　　关键词：UPS;不间断电源;可靠性;改进

　　引言

　　船舶与人们的生活密切相关，在经济建设与社会生活中，承担着重要的海上运输功能，船舶运行需要良好的操作系统，以此，全面保证船舶能够稳定安全运行。船舶运行系统较为复杂，在各种系统中，UPS不间断电源则是运行系统的重要设备，通过整体系统的运转，能够进一步保障船舶的安全稳定，系统主要作用于船舶动力系统设备、船上生活保障设备、船舶通讯系统等，对各种重要的设备进行供电，使船舶能够连续通行，保证了全程的安全。船舶航行时间长，设备使用频率高，随着设备使用频率的不断增加，相关的通讯、机电、动力等设备散热性能就会不断下降，整体设备的工作稳定性不好，功能大大降低，对于船舶安全稳定航行造成了一定的威胁，只有全面保证设备的先进性，才能为船舶运航提供科学的保障，同时，也能够为船舶人员提供有力的生活支持，保证船上正常生活，使船舶能够执行远航任务，提升UPS不间断电源系统功能，对船舶运行有着重要的意义。

　　1 UPS不间断电源结构、功能及原理

　　1.1 UPS不间断电源构成

　　UPS不间断电源设备是一个整机系统，系统由4 套设备组成，不同的设备有着各自的功能作用，为船舶提供充足的电源，保证了船舶的连续航行。在四套设备中，每套的构成又包括如下部分，1台不间断电源、1台隔离变压器箱和3台蓄电池箱，以此，全面保证了船舶的用电稳定，不间断电源在长期的使用过程中，受到不同條件限制的影响，往往容易出现超温报警、过流报警、自动切换旁路、输出电压波动等问题，严重影响到了船舶的安全，如果出现电源不稳定，就会造成系统的故障，船舶航行将受到一定的威胁，安全得不到保障。

　　1.2 UPS不间断电源功能

　　UPS不间断电源功能齐全，当前，改进样机功能有了明显的提高，在原来的基础上，增加了很多新的功能，保证了船舶能够安全可靠运行。功能性表现在UPS正常逆变供电、蓄电池放电充电、UPS自动旁路供电、手动旁路供电、UPS不间断电源整机供电应急、报警和远传报警等功能，使船舶在系统的支持下，能够保证良好的运行状态。

　　1.3 供电技术原理

　　不间断电源技术来自单相380V电源输出至隔离变压器箱，为船舶提供有效的电源。隔离变压器箱前板工况选择正常，此时，变压器箱输出未稳压220V提供电能，电源输出稳压220V至隔离变压器箱，开关转接后，220V总输出插座为船舶系统负载供电。隔离变压器箱前板工况开关旁路，变压器箱输出未稳压220V电压，220V总输出插座输出负载，为船舶提供稳定的电源供应。

　　2 对UPS不间断电源系统分析

　　2.1 蓄电池箱分析

　　蓄电池箱主要包括20块串联蓄电池，一般情况下，蓄电池能够连续使用3～5年，在实际使用过程中，其一般不存在故障，很难出现中断运行的问题，所以说，对电池不必改进，原有电池组就能够维持良好的功能。

　　2.2 隔离变压器箱分析

　　隔离变压器箱是重要的电源输出设备，主要包括隔离变压器、工况转换开关、断路器等基本部件，进行实船使用的时候，发现这些部件非常可靠安全，但是，也存在一些小的问题，影响了系统的稳定性。一是UPS输出失电情况。出现这样的情况，系统则无法正常运行，会存在过失误报的情况，要想全面解决好这个问题，就需要手动将隔离变压器箱旁路转换开关由“正常”切换到“旁路”，这需要一个过程，如果发现故障不及时，那么，就不利于系统及时反应，危及到船舶的运行安全。二是隔离变压器运行不稳定。作为电源的供电设备，必须要稳定安全，才能为船舶提供电源，但作为供电转换设备的变压器，自身在使用过程中，功耗较大，长期运行后本身温度将会不断增加，达到了设计值上限要求，影响隔离变压器寿命，对UPS整机散热不利。所以说，变压器箱需要全面进行功能提升，才能满足现有需要，保证船舶安全航行。

　　2.3 不间断电源分析

　　不间断电源整体较为复杂，主要由电路元件、辅助电源、控制板、驱动板、旁路板、散热器等各部分组成，这些部件容易出现老化陈旧的情况，特别是在条件恶劣的行船条件下使用，更增加了老化的时间，导致设备散热性能降低，设备整体内部温度升高，在实际运行过程中，往往会出现超温报警、过流报警、自动切换旁路、输出电压波动等故障，严重影响到了船舶的运行安全。出现这样的问题成因较多，一是设备使用过程中内部温度增加，设备就会不稳定;二是双层电路板设计，没有单独地线、辅助电源线，传输距离加长导致了噪声叠加，电路干扰大稳定性下降;三是电压波动。滤波器件性能降低，弱电信号容易出现干扰，出现了波动，则会导致监控异常、误报警等故障。

　　通过以上的分析，我们看到，要想全面保证船舶的稳定运行，就需要不断提高设备的性能，能够技术改造，全面达到系统升级目标。不间断电源主电路电子元件实船使用效果良好，性能稳定可靠，不需要进行改进，所以说，只有对不间断电源散热性能及辅助电源、控制板、驱动板、旁路板问题进行研究改进，就能够大大提升系统运行效率，而主电路结构保持不变即可。

　　3 UPS不间断电源改进基本原则

　　3.1 实用方便原则

　　UPS不间断电源要全面遵循实用的改进设计原则，才能在科学的指导下，有效提高系统的功能，保证性能更加稳定。为便于实船使用、维修和更换，需要全面做好设计，使改进后设备基本形态不变，保持外部接口、外形尺寸、安装尺寸与原设备完全相同，这样，就能够对旧部件进行更换，保证了方便性、实用性。

　　3.2 适度引进原则

　　现有设备一些基础部件要保证性能，在此基础上，进一步提高整机性能，那么，进行改进提高的过程中，一定要进行严格的分析，保留现有的成熟技术，以解决现有问题为主，做好系统的改进提高，避免引入技术进行改造时，再出现新问题和故障，给设备运行带来安全隐患。

　　3.3 重点问题解决原则

　　原UPS存在许多问题，特别是温度升高及测量电路、辅助电源电路问题是改进的重点，要通过科学的分析，合理开展重点问题的改进，首要考虑解决散热问题，把散热设计当成改造的重点任务来完成。

　　4 改进技术解决路径

　　4.1 散热器改进

　　散热器改进是重点，通过对散热装置的技术改良，全面提高设备的运行稳定性，总散热面积将会大大增加、风阻得到良好的降低，使整机设备散热性能增加，保证了设备稳定性、安全性。在实际改进过程中，增加IGBT间距，降低功率密度，提高散热性。通过技术分析，对散热进行性能提高，改进后散热器长270mm，比原来的增加40%，截面虽然还是原来的120mm×120mm，但在120mm高度方向安装散热片数量改成了24个，降低25%，通过这样的改进，风道通畅、增加了总散热面。三个IGBT模块也提高了长度，IGBT模块由50mm增加为80mm，降低了功率密度，提升导热和散热整体性能。

　　4.2 散热风道设计改进

　　在实船应用过程中，贯通风道，提高风量、降低风阻，全面提高散热性，进风口安装一个可拆屏蔽波导网，这样，也利于后期的维护与保养，进一步提高了设备长期使用过程中的散热性能。

　　4.3 UPS电路改进

　　电路是保证电源传输的关键，要全面做好电路的设计，才能维护好系统的功能。一是增加自动切除/恢复热敏电阻功能。对电路进行改进，全面采用继电器控制热敏电阻。对设备进行切除和恢复，这样，就能够全面解决热敏电阻长期通电过热问题，保证了系统的运行稳定性。二是改用H-LW98万能转换开关。H-LW98开关耐压500V，能够达到上限使用要求。三是提高熔断时间。原来的短路保护差，熔断器在UPS内，很难发现问题，用快速熔断器代替原陶瓷熔断器，提升保护力、方便维修。四是解决局部温度较高的问题。进行改造后，则需要专门定制性能更加优良的辅助电源模块系统，模块交流220V和直流240V实现了双路输入，电压纹波低于100mV，全金属外壳、主要在通风口上方安装，整体散热性立刻得到了提升。五是解决接触不良影响。如果接触不良，则会出现UPS工作异常的情况，为了解决这个问题，则需要在本次改造中重点解决，通过科学的分析改良，改进后的UPS用3个螺钉锁紧镀金插件，总接插件由27个减为5个，保证了接触良好。六是解决信号干扰问题。控制板与驱动板合并，电路板外形尺寸减少31%。用4层印制电路板替代原2层印制电路板，进一步提高信号抗干扰能力。

　　5 应用前景分析及结论

　　通过改进后的UPS不间断电源样机，能够全面解决原有的问题，进一步提高了设备的散热性，提高了抗干扰能力，同时，也通过配件的改进，解决了自兼容能力，通过改良后的设备，整体工作稳定、可靠，保证了电力的稳定供应。

　　参考文献：

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　　[2]曹明明，劉莉，唐静，等.UPS电源供电方案的探讨[J].机电产品开发与创新，2008，21(6)：86-91.

　　[3]王鲁杨，王禾兴.电力电子技术[M].北京：中国电力出版社，2013.[1] 2

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