UPS电源测试实录

发布时间:2019/7/9 10:14:13

一、前言
在研发和测试时,你是否有过这样糟糕的体验:想查看四路以上的信号波形但目前示波器一般最多只有四个通道;接线时头疼测量通道间不隔离,混合接线时一不小心就烧坏探头或示波器;受存储限制,测试时需要不停地进行开始、停止、保存,再逐个打开查看;如此等等。现在有一台机器可以彻底解决此类烦恼,让你享受流畅的测试流程,下面是极度流畅的UPS电源测试实录。
二、接线
YD/T 1095-2018主要规定的电气参数分为功率和响应两类,为保隔壁PA功率分析仪组的饭碗,这里就不越俎代庖去测功率参数了,此次主要看UPS响应时间。被测的是单相UPS,要看其工作过程,除了输入和输出的电压电流,还需要看内部电池的电压和电流,所以我脑子的接线是这样的:


一共需要测量六路波形信号,示波器是无能为力了,及时祭出此次测试的另一个主角ZDL6000,支持16通道测量。找来三把电流钳和三个电压探头,钳子和探头找到对应位置随便接上,只需确保测试点间不短路,上电后发现接错接反了调换过来就行了,不需要费心管什么火线零线、正极负极或共地什么的。用示波器还得小心翼翼,ZDL6000的通道隔离就是可以这么任性!
三、测试
UPS响应时间的测试,主要是在开机状态下,输入(电网)和输出(负载)端的切入和切出。由于ZDL6000具备硬盘容量级别的记录空间,测试时无需每项内容都重复设置触发、启动捕获和命名保存捕捉的数据。设置好ZDL6000开启硬盘记录后,就可以开始测试。整个过程就像有一个摄像机不停机持续跟拍,没有导演喊停,所有表演均完整记录下来,不满意自己随时重来,完成了就停机。所以按按开关测试就完成了,非常省事,不是一般的流畅。
四、结果分析
大家最期待的测试结果出来了,下面点点回放,看看会有什么发现。


首先是本次测试数据的全貌:
从上到下分别是输入端电压电流、电池电压电流和负载端电压电流。整个过程持续60分钟,期间大段大段无变化的部分就是小编忙别的去了。
定位到波形最前面,可以从上电和输出时间看出开机时间需要3.4秒时间。此时UPS工作在旁路模式,输出电压与输入电压波形一致。


开机一段时间后,在旁路模式下接入负载,测量点电压只有短暂跌落,之后马上回复正常,这应该是回路阻抗在瞬间大电流下分压导致的。从负载电流波形我们还可以看出,负载先是全桥整流启动辅助电源,然后才启动带功率因数校正的主电源。

接下来是最关键的参数:旁路模式到逆变模式的切换时间,标准要求这个时间必须在10ms以下。如果时间太慢,工作电器有可能会停机,UPS就没有意义了。从下图实测波形分析看,被测UPS是满足标准要求的,电压上升也较快,只是这输出的波形真的如用户手册写的一样是准方波,这应该是端的型号了吧。谐波含量之类的参数就不要奢求了,如果想看看频谱分布,可以打开机器数学运算或FFT的频谱分析功能查看。


逆变时输出的方波导致很抖的电流尖峰,对工作电器和周边电磁环境很不利。最直接的体验就是电流噪声特别大,且带载越大噪声越大。如果用声压计测量,应该会超出YD/T 1095-2018标准。
在逆变模式下切入负载,电压波动比工作模式切换时更大,稳定时间也更长,此UPS控制部分有待改进。负载切入波形如下图:


从图中看,电压上升时间慢可能会导致已接入电器电压过低而停机,因此用此UPS不要在逆变模式下再增大负载,不然自身不保。
那么从逆变模式切回旁路模式需要多久时间呢?同样地,闭合电网的输入开关模拟恢复供电,我们可以看到如下波形图:
该UPS结果了11秒后才切回旁路模式,从动作时间看相当慢。不排除厂家故意这样设计,用来避免供电恢复初期电网不稳定带来的影响。这样虽然对负载没有额外的影响,但符合标准要求吗?
由于测试前未给UPS充满电,无法测试其实际放电时间,只能切断电网打开负载让其工作到终止输出了。当前不清楚电量能撑多久,ZDL6000的大容量记录功能又给我省了不少麻烦,同样只需按好开关放一边静待结束,不用担心电没放完存储空间没了,重要数据没记下来而又得加班重测的窘况。结束放电波形图如下:
可以看出,在放电时间的末段,随着电池电压的降低,方波占空比越来越大,直至电池电压过低保护而关闭输出了。
细心的读者可能会拿张波形概览图来怼我:不是电池终止放电的波形啊?!的确,为了避免中途出错而要事后再次接线重测,小编在完成一个测试流程后,又重复了,确保有足够的素材完成此文。这也再次展示了ZDL6000大容量存储的优势:可以先多次测试收集海量数据,后期再进行数据分析。
五、后记
用ZDL6000测试,最深的体验就是:隔离多通道让人省心,超大存储让人省力。所以整个过程是省心又省力。在不追求超高带宽和超高采样率的测试场合,ZDL6000是不二选择,而且它还能提供更高的和更多的通道!有了它,原来繁杂的测试流程就被简化聚焦到最重要的数据分析上,极大地提高了工作效率。
此次测试采集的总数据量达几十G字节,还有很多细节数据不在此一一披露。测试目的也纯粹为了演示测试流程,所以不公布UPS型号及给出结论。如果大家对此次测试有任何疑问欢迎留言,或者期望看到哪些电力电子方面的测试也请留言,我们会尽量安排以满足大家的好奇心的。

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