有线电视机房的UPS电源设计与应用
电
视
工
程
114现代电视技术
2007.12
摘 要
介绍了有线电视前端机房UPS电源系统工作原理，设计
UPS 电源功率、蓄电池总容量以及日常维护。
关键词
UPS 蓄电池 维护
增城市广播电视台前端机房的供电是和广电大楼共用一
条输电线路，各种设备的运转以及和办公用电高峰重合时，
经常发生大幅度的电压波动和严重杂波干扰，常烧断保险造
成断电。另外，供电部门的停电维修经常安排在双休日期间
进行，而此时用户收视率较高，每当前端停电，用户的投诉
电话便接踵而来，意见纷纷，影响了广大用户双休日看电视
的好心情，也影响了收视维护费的收取。因此，要确保有线
电视网的安全运营和优质播出是至关重要的。有线电视前端
是系统的心脏，为了保证系统心脏工作稳定，前端必需使用
UPS不间断电源。UPS 电源可以解决电源断电、电压下陷、
电源浪涌、减幅振荡、电源干扰、电源突波、电源波动、交
换瞬变及谐波失真等由市电电源质量差对前端设备造成的危
害。本文就如何设计和应用 UPS 电源谈一下笔者的经验与
体会。
一 UPS 电源系统的设计
1. UPS 电源的分类
UPS 电源主要由整流器、逆变器和蓄电池等组成，按其
工作方式一般可分为三类：后备式、在线式和在线互动式。
UPS电源具有良好的稳压功能。当市电电网瞬间断电或停电
时，UPS电源能自动将蓄电池储存的直流电逆变为交流电继
续向负载供电。
后备式UPS电源（如图1）在市电正常供电时，市电通
过交流旁路通道直接向负载供电，此时主机上的逆变器不
工作，只是在市电停电时，才由蓄电池供电，经逆变器驱动
负载。这种 UPS 供给的电源，没有抑制和隔离电网中的各
种噪声和干扰，输出电压不是稳压稳频的，因而不宜用在
精密负载及电网较差的地区，但在电网质量较高的地区还
是可以用这种 UPS，它的特点为结构简单，成本较低，转
换时间较长。
在线式UPS电源（如图2），在市电正常时，它首先将交
流变成直流电，然后进行脉宽调制、滤波，再将直流电重新
变成交流电源向负载供电，并同时给蓄电池充电；一旦市电
广东省增城市广播电视台 陈金顺 卢程
1 后备式 UPS 电源工作原理
2 在线式 UPS 电源工作原理
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电视工程
Televisiom
Engineering
115 Advanced Television
Engineering
2007/12
中断，立即改为蓄电池逆变器对负载供电，保证负载连续不
断地稳定工作，其切换时间为零秒；因此,在线式UPS电源输
出的是与市电网完全隔离的纯净的正弦波电源，大大改善了
供电的质量，保护了负载安全、有效地工作。
在线互动式 UPS电源（如图 3）是一种界于后备式和在
线式之间工作方式的 UPS 电源。当市电在规定电压范围内
时，不作调节直接输出至用电设备，如同一台后备式 UPS；
当市电高于或低于正常范围时，启动升压或降压功能，并且
不使用蓄电池供电，直到市电过低、过高而不可调或市电停
电时，才使用蓄电池供电。这种 UPS 转换时间非常短，交流
输出电压稳定性好，但稳频特性不理想，也被视为后备式
UPS 的一种变形产品。
2．UPS 电源容量（功率）的选择
各种品牌的 UPS 电源一般都是以视在功率为其额定容
量，单位是 VA（伏安）。而有线电视机房设备的总功率一般
是以有功功率标注，其单位是W（瓦）。因此，在计算时要把
UPS电源标注容量换成有功功率：有功功率＝视在功率×功
率因数。UPS 电源输出功率因数一般为 0.8。
UPS电源容量要根据设备负载情况确定，合理的UPS电
源负载应当是其额定功率的25%~80%。有时，为给将来扩容
留有余地，选用容量大一点的UPS电源，但当前负载是不应
小于额定有功功率的 25%，如果负载太小，电池不能充分放
电，对电池的维护不利。因此，选用 UPS 电源的容量应该在
现有负载的 1 倍左右，这样 UPS 电源还有一定的余量，运行
也比较安全可靠，不会浪费资金。如果将来需要大规模增加
负载，可以选用并机 UPS 电源。
3．UPS 电源蓄电池容量的配置
蓄电池容量选择要根据蓄电池实际放电电流和所要求的
备用时间来决定。选择蓄电池的容量，先计算出要求放电电
流的电流值，然后根据蓄电池生产厂家提供的放电特性曲线
和用户要求的备用时间进行选择。
蓄电池最大放电电流值按下式计算：I最大＝P×cosα/
（η× N × E）。
式中，I 最大——蓄电池最大放电电流值；
P —— UPS 额定输出功率；
cos α—— UPS 负载功率因数；
η—— UPS 逆变器效率；
N ——蓄电池组的 12V 单体蓄电池个数；
E ——放电时单体蓄电池的临界放电电压（12V 蓄电池
的临界放电电压取 10V）。
放电电流计算。由于在放电过程中，蓄电池的放电电流
是变化的，蓄电池刚放电时的电流值明显小于 I 最大，根据
蓄电池的放电状态，一般取 0.75 作为校正因数。蓄电池实际
所需的放电电流 I ＝ 0.75 I 最大。
蓄电池容量计算。计算出蓄电池实际所需的放电电流值
后，再根据所要求的备用时间按照蓄电池生产厂家所提供的
蓄电池放电特性曲线找出要求蓄电池提供放电速率，按下式
计算出要求配置的蓄电池容量：C（AH）＝蓄电池实际所需
放电电流（A）/ 蓄电池放电速率（I/H）。计算出蓄电池的容
量后，再根据电源的直流电压确定蓄电池的型号和连接方式，
最后确定电池的个数和电池柜的尺寸及数量。
例如，增城市广播电视台前端机房一台金武士 10KVA
UPS，其负载功率因数为0.8，逆变器效率为85%，蓄电池组
由16 节12V蓄电池组成，要求备用时间为2小时，蓄电池选
用免维护密封铅酸蓄电池。
计算蓄电池的最大放电电流值：
I 最大＝ P × cos α /（η× N × E）＝ 10000 × 0.8/（0.
85 × 16 × 10）＝ 59（A）
计算蓄电池的实际放电电流值：
I ＝ 0.75 I 最大＝ 0.75 × 59 ＝ 44（A）
根据备用时间为 2 小时，在蓄电池放电曲线中查出，蓄
电池的放电速度为 0.28，则蓄电池的容量为：
C ＝ 44/0.28 ＝ 157（AH）
3 在线互动式 UPS 电源工作原理
表 1 配线选择
电压
功率 容量
2KVA
3 KVA
5 KVA
8 KVA
10 KVA
15 KVA
20 KVA
30 KVA
输 入
220V
2.1 平方毫米
3 平方毫米
5.5 平方毫米
8 平方毫米
14 平方毫米
22 平方毫米
38 平方毫米
60 平方毫米
输 出
220V
2 平方毫米
3.5 平方毫米
3.5 平方毫米
5.5 平方毫米
8 平方毫米
14 平方毫米
30 平方毫米
38 平方毫米
输入（三相）
380V
5 平方毫米
6 平方毫米
10 平方毫米
25 平方毫米
35 平方毫米
输 出
220V
5.5 平方毫米
8 平方毫米
14 平方毫米
30 平方毫米
38 平方毫米
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视
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116现代电视技术
2007.12
要配置的蓄电池的规格为：采用 3 组蓄电池并联，每组
由 16 节 12V/60A 蓄电池串联。
4．配线选择
合理选择配线是很重要的，线径太细，电流太大，容易
发热而引起火灾；线径太粗，则造成浪费。根据金属导线的
电气特性，一般多股铜芯线容量为 6A/mm ,铝线容量为 4A/
mm ，确定主机功率后，可以参考表 1 和表 2 选择配线和空
气开关。
5．选择品牌
在购买UPS电源时，应主要考虑下列因素：输入电压范
围、输出电压范围、输出频率范围、旁路逆变零切换以及抗
突波、干扰、谐波失真的能力，另外，售后服务也很重要。大
量实践证明，如果UPS输出端的零线对地线的“干扰” 电位
过高，会导致计算网络的数据通讯的误码率增高，如果使用
高频机型，由于高频辐射，它会对计算机网络造成影响，因
此选型时应考虑这些问题。
二 UPS 电源的使用及维护
● UPS电源应可能安装在清洁、阴凉、通风、干燥的地
方，最好环境温度保持在 20 摄氏度 ~25 摄氏度之间，温度
过低，蓄电池实际可释放的容量将大大减少；温度过高，蓄
电池的使用寿命将大大缩短。对密封式免维护电池来说，当
环境温度超过 25℃时，温度每升高 10℃，使用寿命会缩短
一半；
● 初次使用前，应先不接负载，让UPS对蓄电池充电12
小时以上，让各电池电压均衡后再入使用；
● UPS 的输出功率一般不超过标称功率的 80%，负载过
小，对 UPS 本身及蓄电池的充放电性能都会造成一定的影
响；负载过大；容易造成 UPS 过载，容易产生故障，烧坏逆
变器，UPS一般选额定功率的50%~80%的负载量，并应留有
一定的余量；
● 不宜带感情负载，因为在感情负载条件下，UPS 的输
出功率会大大下降，最多只能达到标称功率的 50%；
● 不宜带载开、关机，以防启动瞬间烧坏逆变器等元件；
● 严格按顺序开、关机，以减小冲击电流带来的损害；
● 要防止电池短路或深度放电，深度放电会造成电池内
阻增大或充电电压过低从而导致降低甚至失去充电能力，放
电程度越深，循环寿命越短；
● 要避免大电流充放电，否则会造成电池极板膨胀变形，
使得极板活性物质脱落，内阻增大，容量下降，寿命缩短；
● 不经常停电时，建议每隔一个月对 UPS 进行一次人
为的断电，让 UPS 电源在逆变状态下工作一段时间，防止
电解液沉淀，以便让蓄电池维持良好的充放电特性，延长使
用寿命；
● 要定期对电池进行检查、测量，并做好记录。检查项
目包括：整组电池的浮充电压，单体电池浮充电压，检查电
池是否损坏，壳、盖间有无泄漏，表面是否有灰尘等杂物，电
池架、连接线、端子是否有松动或锈蚀等。单体电池电压不
能低于标称值的70%，一旦发现电池电压异常、物理损伤、电
解液泄漏、温度异常等现象，应找出原因并及时更换有故障
的蓄电池；
● 每年入夏之后，随着气温的不断升高，雷雨也如期而
至，雷击闪电和市电电网上的浪涌会严重威胁到UPS的供电
安全，为防雷击，在输入配电柜内加装避雷器，在 UPS 之前
安装谐波滤波器；而UPS的输出配电柜内部统一接地，以此
来有效地防雷击。
三 结束语
增城市广播电视台有线电视前端机房使用 UPS 电源
后，电源的可靠性大大提高，有线电视系统前端机房再也
没有因为电源电压低和电网倒电等供电问题影响正常收
看，为增城市广播电视台安全优质、不间断播出提供了有
力保障。
参考文献
[1]李成章.智能化 UPS 供电系统的原理与维修.北京电子工业出版社.1999
[2]朱松然.蓄电池手册.天津大学出版社.1998
[3]张乃国.UPS 供电系统应用手册.北京电子工业出版社.2003
表 2 空气开关选择
电压
功率 容量
2KVA
3KVA
5KVA
8KVA
10KVA
15KVA
20KVA
30KVA
输 入
220V
20A
32A
50A
80A
80A
100A
100A
150A
输 出
220V
15A
20A
32A
50A
50A
80A
100A
100A
输入（三相）
380V
50A
50A
80A
80A
100A
输 出
220V
50A
75A
100A
125A
150A
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