UPS电源单机的平均无故障工作时间.doc

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1、UPS电源单机的平均无故障工作时间(MTBF)在UPS电源供电系统中，我们常用平均无故障工作时间(MTBF)来评价UPS电源的可靠性。它代表的物理含义是:从UPS电源投入运行起，直到因UPS电源供电系统中的某个关键器件"出故障",并最终导致在其输出端出现"停电"故障时为止的平均工作时间。显而易见,UPS电源的MTBF值越大越好。其大小不仅受控于UPS电源中的各种元件和部件的失效率(λ),还受控于UPS电源设计方案和制备工艺。这就意味着：即使UPS电源厂家釆用的是相同的元器件。然而，由于设计方案和制造工艺的不同、也会导致不同的UPS电源具有不同的失效率(λ)的情况发生。平均无故障工作时

2、间(MTBF)与失效率(λ)之间的关系为:MTBF=1/λ如图1所示，在最常用和最可靠的带"输出隔离变压器"的双变換、在线式UPS电源中、有如下3条供电通道:逆变器供电通道：由输入交流电源、整流器(电池)、逆变器、输出隔离变压器、输出静态开关/断路器开关等所组成的UPS电源逆变器供电通道;交流旁路供电通道：由输入交流电源和旁路"静态开关"等所组成的UPS电源交流旁路供电通道维修旁路供电通道：由输入交流电源和手动维修旁路开关所组成的UPS电源维修旁路供电通道。因此，对于1台UPS电源单机电源来说，它有两个平均无故障工作时间(MTBF)值:(a)UPS电源逆变器的MTBFI：它代表当UP

3、S电源被置于"不帶交流旁路"工作状态下运行时，从UPS电源投入正常工作时起、到因故致使UPS电源的逆变器进入"自动关机"，并造成UPS电源输出"停电"时的平均无故障工作时间。从某种意义上讲、对于不允许出现"网络瘫痪"故障的关键性网络来说(例如:政府的电子政务和军事网控系统、电信企业的收费系统、石化和IC生产线、银行的交易和营业系统、交通管理和售票系统等),是不允许它们所用的UPS电源进入"交流旁路(包括交流静态旁路和维修旁路)"工作状态的。这是因为：在此条件下，一旦在不输入电源出现过"瞬间供电中断"时间超过20毫秒以上的"闪断"故障时、就会造成"网络瘫痪"故障的发生。因此，对于信息网

4、络时代的UPS电源而言，这个MTBFI参数是判断UPS电源选型是否合理的最重要的指标之一。(b)UPS电源单机的MTBF(它意味着：此时的UPS电源是运行在"帶交流旁路"的工作状态下):它表示在UPS电源因故进入"逆变器自动关机"状态时、并被自动切換到交流旁路工作状态后，又遇到输入电源因故出现"停电"事故或因旁路"静态开关"失效而导致UPS电源进入"输出停电"故障的平均无故障工作时间。显然，这个MTBF值大小不仅与UPS电源的质量高低有关，还与市电电网的"停电几率"密切相关。对于那些能容忍出现"网络瘫痪"故障的用户来说,当出现因UPS电源输出停电而导致出现"网络瘫痪"故障时，一般它仅

5、会给用户带来"时间的浪费"和工作效率的下降。它既不会给用户带来巨大的经济损失、也不会造成社会生活的局部混乱(例如：供学生練习用的网络、个人浏览用的PC机平台等)。也就是说，仅对"非关键性"的信息网络用户来说、才宜于把这个UPS电源单机的MTBF参数、作为判断UPS电源的选型是否合理/产品质量高低的技术指标來使用。对于UPS电源逆变器电源来说，它的总失效率λ逆变器应该是位于逆变器电源供电通道内所有元器件的失效率之和：λ逆变器=∑λS(i)*A(i);式中：λS(i)是第i个元器件的失效率；A(i)是：因第i个元器件"出故障"而可能导致UPS电源逆变器"自动关机"，并转入"交流旁路供电状

6、态"的几率；它意味着：并非位于逆变器供电通道中的仼何部件"出故障"都一定会导致产生"逆变器自动关机"的故障的。1台UPS电源单机的失效率λ的数字仿真和计算分析流程图被示于图2中。如该图所示，UPS电源的MTBF=1/λ受控于逆变器逻辑控制PC板、整流器逻辑控制PC板、静态开关逻辑控制PC板、逆变器驅动模块、直流辅助电源、风扇等部件的失效率。在这里需说明的是：在UPS电源中、並非在仼何元件"发生"失效"故障时、都一定会导致UPS电源的故障率增大。例如：为确保位于UPS电源中的各种控制电路都能获得具有高"容错"功能的直流辅助电源供应，在高级UPS电源中、常釆用由UPS电源的交流输入电源及

7、逆变器输出的交流电源所构成的多路AC/DC变換式直流电源和由蓄电池所产生DC/DC变換式直流电源所共同组成的冗余式直流辅助电源设计方案。显然，对于这种UPS电源来说，只有在上述AC/DC及DC/DC变換式直流电源同时"出故障"时、才会造成直流辅助电源的"消失"。因此，从计算程序上、它具有类似"与门"的逻辑关係。因此，在分析UPS电源的失效率时，不宜简单地釆用总失效率=各元部件的失效率的"叠加和"或失效率的"乘积"的计算办法。为说明此问题，现以UPS电源逆变