劉蘇寧

（中國(guó)電信股份有限公司廣東研究院，廣東 廣州 510630）

1 圖解項(xiàng)目檢驗(yàn)

《YD/T 1095-2018通信用交流不間斷電源（UPS）》（以下簡(jiǎn)稱《YD/T 1095》）[1]中，有3個(gè)檢驗(yàn)項(xiàng)目用于檢驗(yàn)不間斷電源的輸出電壓穩(wěn)定性：穩(wěn)壓精度、動(dòng)態(tài)電壓瞬變范圍和電壓瞬變恢復(fù)時(shí)間。

穩(wěn)壓精度與動(dòng)態(tài)電壓瞬變范圍兩個(gè)項(xiàng)目的檢驗(yàn)計(jì)算方法相似，都是計(jì)算輸出電壓一個(gè)實(shí)測(cè)值相對(duì)于另一個(gè)作為基準(zhǔn)值的輸出電壓值的相對(duì)誤差。穩(wěn)壓精度計(jì)算中的“基準(zhǔn)值1”是輸出電壓額定值，動(dòng)態(tài)電壓瞬變范圍計(jì)算中的“基準(zhǔn)值2”是輸出電壓在瞬間變化前穩(wěn)定狀態(tài)下的波形峰值（峰峰值）實(shí)測(cè)值?！盎鶞?zhǔn)值2”存在的前提條件是其以輸出電壓額定值為基準(zhǔn)，滿足穩(wěn)壓精度的技術(shù)指標(biāo)（≤±2%）。“基準(zhǔn)值2”以V0表示。

穩(wěn)壓精度與動(dòng)態(tài)電壓瞬變范圍兩個(gè)項(xiàng)目的檢驗(yàn)條件不同。穩(wěn)壓精度的兩個(gè)檢驗(yàn)條件為：①輸出電流為額定值和輸入電壓為下限值；②輸出電流為零和輸入電壓為上限值。分別在這兩個(gè)條件下檢測(cè)輸出電壓實(shí)測(cè)值，計(jì)算實(shí)測(cè)值相對(duì)于其額定值的相對(duì)誤差S1和S2，從中選取一個(gè)絕對(duì)值較大的數(shù)，即穩(wěn)壓精度的檢驗(yàn)結(jié)果。

檢驗(yàn)動(dòng)態(tài)電壓瞬變范圍和電壓瞬變恢復(fù)時(shí)間的兩個(gè)檢驗(yàn)條件：

（1）突加條件：輸出電流由零值瞬間增加到額定值；

（2）突減條件：輸出電流由額定值瞬間減少到零值。

這兩種突變條件彼此獨(dú)立，且標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有要求檢驗(yàn)的先后順序。

假設(shè)計(jì)算結(jié)果BV1和BV2滿足動(dòng)態(tài)電壓瞬變范圍技術(shù)指標(biāo)（≤±5%，220±5%，209～231）），但超出穩(wěn)壓精度的技術(shù)指標(biāo)量值范圍（±2%，220±2%，215.6～224.4）。

1.1 輸出電流突加條件下動(dòng)態(tài)電壓瞬變范圍檢驗(yàn)計(jì)算

圖1是輸出電壓的3個(gè)相鄰周期的正弦波正半周波形示意圖。左邊第一個(gè)波峰瞬變前的峰值實(shí)測(cè)值V0。T1時(shí)刻，輸出電流由零值瞬間增加到額定值，第二個(gè)波峰峰值瞬變減少到實(shí)測(cè)值V1，209≤V1≤215.6。輸出電流突加，輸出電壓瞬變減少是大概率事件，電流突加后維持額定值大小不變。

輸出電壓瞬變值為ΔV10=V1-V0。

瞬變后電壓峰值實(shí)測(cè)值的相對(duì)誤差，用BV1表示：

BV1是動(dòng)態(tài)電壓瞬變范圍中的一個(gè)最大值（絕對(duì)值）。

1.2 輸出電流突加條件下電壓瞬變恢復(fù)時(shí)間檢驗(yàn)計(jì)算

如圖1所示，T1時(shí)刻，輸出電流由零值瞬間增加到額定值，第二個(gè)波峰峰值瞬變減少到實(shí)測(cè)值V1，之后電壓峰值實(shí)測(cè)值快速“恢復(fù)”趨近于發(fā)生瞬變前的峰值量值V0。T2時(shí)刻，第三個(gè)波峰峰值實(shí)測(cè)值V3=215.6，恰好“恢復(fù)”到與V0的相對(duì)誤差符合穩(wěn)壓精度的技術(shù)指標(biāo)。

圖1 輸出電流突加，輸出電壓瞬變值ΔV10和恢復(fù)時(shí)間BT1

電壓瞬變恢復(fù)時(shí)間：BT1=T2-T1。

如果BV1沒(méi)有超出穩(wěn)壓精度的技術(shù)指標(biāo)，那么BT1=0。電壓瞬變恢復(fù)時(shí)間的技術(shù)指標(biāo)有20 ms、40 ms、60 ms三檔。

1.3 輸出電流突減條件下動(dòng)態(tài)電壓瞬變范圍檢驗(yàn)計(jì)算

圖2顯示輸出電壓三個(gè)相鄰周期的正弦波正半周波形示意圖。左邊第一個(gè)波峰瞬變前的峰值實(shí)測(cè)值V0。T3時(shí)刻，輸出電流由額定值瞬間減少到零值，第二個(gè)波峰峰值瞬變?cè)黾拥綄?shí)測(cè)值V2，224.4≤V2≤231。輸出電流突減，輸出電壓瞬變?cè)龃笫谴蟾怕适录娏魍粶p后維持零值大小不變。

輸出電壓瞬變值ΔV20=V2-V0；

瞬變后電壓峰值實(shí)測(cè)值的相對(duì)誤差，用BV2表示。

BV2是動(dòng)態(tài)電壓瞬變范圍中的一個(gè)最大值（絕對(duì)值）。

1.4 輸出電流突減條件下電壓瞬變恢復(fù)時(shí)間檢驗(yàn)計(jì)算

如圖2所示，T3時(shí)刻，輸出電流由額定值瞬間減少到零值，第二個(gè)波峰峰值瞬變?cè)黾拥綄?shí)測(cè)值V2。之后，電壓峰值實(shí)測(cè)值又快速“恢復(fù)”趨近于發(fā)生瞬變前的量值V0，T4時(shí)刻，第三個(gè)波峰峰值實(shí)測(cè)值T4=224.4，恰好“恢復(fù)”到與V0的相對(duì)誤差符合穩(wěn)壓精度的技術(shù)指標(biāo)。

圖2 輸出電流突減，輸出電壓瞬變值ΔV20和恢復(fù)時(shí)間BT2

電壓瞬變恢復(fù)時(shí)間：BT2=T4-T3。

如果BV2沒(méi)有超出穩(wěn)壓精度的技術(shù)指標(biāo)，那么電壓瞬變恢復(fù)時(shí)間BT2=0。

在兩個(gè)條件下，兩次檢測(cè)動(dòng)態(tài)電壓瞬變范圍僅有兩個(gè)檢測(cè)數(shù)據(jù)——BV1和BV2。檢驗(yàn)結(jié)果的表達(dá)形式有兩種：①條件1和條件2：BV1～BV2；②條件1：BV1；條件 2：BV2。

“BV1～BV2”表達(dá)了一個(gè)“范圍”，符合項(xiàng)目名的題義，但是含義不清晰。例如，符號(hào)“～”表達(dá)的從BV1到BV2之間的數(shù)值是什么數(shù)據(jù)？如何劃分給其所屬的已知的兩個(gè)檢驗(yàn)條件？所以，檢驗(yàn)結(jié)果的表達(dá)形式只能采用“條件1：BV1；條件2：BV2”。這種形式的邏輯意義相當(dāng)于已把“動(dòng)態(tài)電壓瞬變范圍”一分為二，視其包含兩個(gè)同名的小項(xiàng)目。

從圖1和圖2共4個(gè)不同的計(jì)時(shí)時(shí)間（T1、T3和T2、T4），可見(jiàn)兩次檢驗(yàn)是發(fā)生在不同的時(shí)間，不同的波形及其峰值說(shuō)明檢測(cè)計(jì)算的“地點(diǎn)”也不同，佐證這種“一分為二”觀點(diǎn)是正確的。

2 用示波器檢驗(yàn)動(dòng)態(tài)電壓瞬變范圍

使用存儲(chǔ)示波器檢驗(yàn)動(dòng)態(tài)電壓瞬變范圍。圖3和圖4是示波器顯示波形的截屏，共有4條信號(hào)波形。上方第一條波形是輸出電壓波形，在時(shí)間軸上密集疊加在一起。第二條是輸出電流波形，呈現(xiàn)出“直線-矩形-直線”的模樣，其中“矩形”是密集疊加在一起的額定電流信號(hào)波形，“矩形”兩側(cè)的“直線”是幅度為零的電流波形。第三條是局部放大第一條電壓波形后的波形。第四條是局部放大第二條電流波形后的波形，被放大的波形部分出自“矩形”一側(cè)2條ΔT游標(biāo)垂線框定的區(qū)間。

如圖3所示，第二條電流波形中，“矩形”左側(cè)的波形由“直線”瞬間變化到“矩形”，這是輸出電流由零值突然增加到額定值，在做電流突加條件下的檢驗(yàn)。ΔT游標(biāo)垂線框定的局部電流信號(hào)波形被放大后，顯示如第4條波形，一半直線加一半正弦波的復(fù)合波形，直線與正弦波的連接點(diǎn)就是電流突加變化點(diǎn)。

如圖4所示，把2條游標(biāo)垂線移動(dòng)到第2條電流波形中的“矩形”的右側(cè)位置，波形由“矩形”瞬間變化到“直線”，這是輸出電流由額定值瞬間減少到零值，在做電流突減條件下的檢驗(yàn)。游標(biāo)垂線框定的局部電流信號(hào)波形，被放大后顯示如圖4所示中的第4條波形，一半正弦波加一半直線的復(fù)合波形，正弦波與直線的連接點(diǎn)就是電流突減變化點(diǎn)。

“矩形”兩側(cè)的瞬間突變點(diǎn)，可視為兩個(gè)不同的“檢測(cè)地點(diǎn)”。“矩形”波形峰峰值是輸出電流的額定值，“矩形”波形的延續(xù)時(shí)間就是電流突加變化與突減變化的間隔時(shí)間，也是人為加上額定負(fù)載，之后再卸掉額定負(fù)載的間隔時(shí)間。對(duì)間隔時(shí)間長(zhǎng)短的唯一要求是最好等待幾個(gè)或十幾個(gè)“60 ms”的時(shí)間，輸出電壓“恢復(fù)平穩(wěn)”之后。

輸出電流突加條件下的檢驗(yàn)與突減條件下的檢驗(yàn)之間沒(méi)有關(guān)系，所以能把“動(dòng)態(tài)電壓瞬變范圍”這個(gè)檢驗(yàn)項(xiàng)目一分為二，視其包含兩個(gè)同名的小項(xiàng)目。因而，不同條件下的二個(gè)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)之間沒(méi)有關(guān)系，形如“BV1～BV2”把沒(méi)有關(guān)系的二個(gè)數(shù)據(jù)撮合在一起，無(wú)法解釋其實(shí)際意義。

如圖3所示，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《YD/T 1095》[1]要求，在電流突加條件下，在第3條輸出電壓波形上檢測(cè)動(dòng)態(tài)電壓瞬變范圍，檢測(cè)步驟：

（1）移動(dòng)示波器的2條ΔT游標(biāo)垂線，垂線間距20 ms，測(cè)量電流突加前的一個(gè)周期的電壓波形峰峰值，記為V0。

圖3 輸出電流由零值突然增加到額定值時(shí)輸出電流和輸出電壓波形

圖4 輸出電流由額定值突然減少到零值時(shí)輸出電流和輸出電壓波形

（2）移動(dòng)2條游標(biāo)垂線，垂線間距20 ms，測(cè)量電流突加后電壓瞬變值ΔV10量值最大的一個(gè)周期的電壓波形峰峰值，記為V1。

（3）計(jì)算電壓瞬變的相對(duì)誤差，用BV1表示：

BV1是動(dòng)態(tài)電壓瞬變范圍中的一個(gè)最大值（絕對(duì)值）。

如圖4所示，同樣步驟，在電流突減條件下，在第3條電壓波形上，測(cè)得電流突減前一個(gè)周期的波形峰峰值，記為V0；電流突減后，測(cè)得電壓瞬變值ΔV20量值最大的一個(gè)周期的波形峰峰值，記為V2。

電壓瞬變的相對(duì)誤差，用BV2表示：BV2是動(dòng)態(tài)電壓瞬變范圍中的一個(gè)最大值（絕對(duì)值）。檢測(cè)電壓瞬變恢復(fù)時(shí)間。圖3中，在第3條電壓波形上，從電流突加點(diǎn)開始移動(dòng)2條ΔT游標(biāo)垂線，垂線間距20 ms，觀察電流突加后的電壓波形的有效值變化。當(dāng)電壓有效值“恢復(fù)”到215.6 V時(shí)，所用的時(shí)間即電壓瞬變恢復(fù)時(shí)間BT1。圖4中，同樣步驟，在第3條電壓波形上觀察電流突減后的電壓波形的有效值變化。當(dāng)電壓有效值“恢復(fù)”到224.4 V時(shí)，測(cè)得電壓瞬變恢復(fù)時(shí)間BT2。

3 輸出電流的取值

從輸出電流的取值來(lái)討論檢驗(yàn)結(jié)果的表達(dá)形式。滿足“突加條件”的做法，是在UPS輸出端瞬間加上額定負(fù)載，輸出電流為額定值。實(shí)現(xiàn)“突減條件”的做法，是在輸出端瞬間卸下額定負(fù)載，開路狀態(tài)，電流為零。

在空載至額定負(fù)載之間任取一個(gè)負(fù)載量R，對(duì)應(yīng)一個(gè)大于0、小于額定電流的電流Ir。常見(jiàn)的是電流Ir與電流零值之間的瞬間變化導(dǎo)致的輸出電壓峰峰值的瞬變，那么這個(gè)瞬變中電壓實(shí)測(cè)值的相對(duì)誤差是否包含在按兩個(gè)條件要求所做的檢驗(yàn)結(jié)果中呢？為了與標(biāo)準(zhǔn)《YD/T 1095》[1]中給定的檢驗(yàn)條件及其檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，只考慮電流Ir與電流零值之間的瞬間突加和突減變化。

標(biāo)準(zhǔn)中[1]，定義“輸出電壓瞬變值”是二個(gè)量的差值，瞬變后的輸出電壓峰峰值實(shí)測(cè)值（以V1和V2表示）與瞬變前輸出電壓的峰峰值實(shí)測(cè)值V0的差值（V1-V0、V2-V0）。與此相似，給“輸出電流瞬變值”下一個(gè)定義，它是電流突減前和電流突加后的一個(gè)電流值Ir與電流零值的差值：Ir-0=Ir。當(dāng)Ir接近或等于輸出電流零值時(shí)，電流瞬變值接近或等于零值，是最小值。當(dāng)Ir接近或等于輸出電流額定值時(shí)，電流瞬變值接近或等于額定值大小，是最大值。

輸出電流突變，不同大小的電流瞬變值都對(duì)應(yīng)有不同大小的輸出電壓瞬變值，兩者的變化量呈正比關(guān)系。先看輸出電流從零值瞬間突加到Ir條件下的檢驗(yàn)，參見(jiàn)圖1和圖3。電流突加導(dǎo)致輸出電壓峰峰值瞬間變小，實(shí)測(cè)值為V1。

當(dāng)輸出電流Ir接近或等于額定值時(shí)，電流瞬變值接近或等于額定值大小，是最大值；有一定量的電壓瞬變值與之對(duì)應(yīng)，也是最大值，電壓峰峰值實(shí)測(cè)值的相對(duì)誤差BV1也是最大值，BV1在動(dòng)態(tài)電壓瞬變范圍內(nèi)也是最大值。這是依據(jù)《YD/T 1095》[1]中提出的突加條件所做的檢驗(yàn)。

當(dāng)輸出電流Ir接近或等于輸出電流零值時(shí)，電流瞬變值接近或等于零值，是最小值；電壓瞬變值亦接近或等于零值，也是最小值。電壓峰峰值實(shí)測(cè)值的相對(duì)誤差BV1是最小值，BV1在動(dòng)態(tài)電壓瞬變范圍內(nèi)也是最小值。

一般而言，輸出電流從零值至Ir突加條件下，當(dāng)0≤Ir≤額定值、0≤V1的相對(duì)誤差≤BV1。動(dòng)態(tài)電壓瞬變范圍：0～BV1。

參見(jiàn)圖2和圖4，再看在輸出電流瞬間從Ir突減到零值條件下，電流突減導(dǎo)致輸出電壓峰峰值瞬間變大，實(shí)測(cè)值為V2。同樣的分析過(guò)程，可以得到結(jié)論：當(dāng)0≤Ir≤額定值時(shí)，0≤V2的相對(duì)誤差≤BV2。動(dòng)態(tài)電壓瞬變范圍：0～BV2。

兩種條件下的檢驗(yàn)結(jié)果“0～BV1”和“0～BV2”中的“0”是必然存在、取值確定的，所以可采用省略形式。

輸出電流突加條件下，檢驗(yàn)結(jié)果為BV1；輸出電流突減條件下，檢驗(yàn)結(jié)果為BV2。

4 結(jié) 論

（1）把檢驗(yàn)項(xiàng)目一分為二，合情合理。“情”是UPS的工作情況，“理”是檢測(cè)發(fā)生在不同時(shí)間、不同地點(diǎn)、不同條件下。

（2）在零值至額定值、額定值至零值之間瞬變，這兩種極端條件下的檢驗(yàn)結(jié)果的表達(dá)形式“0～BV1”和“0～BV2”具有指導(dǎo)意義，指明了一般條件下Ir與零值之間瞬變，動(dòng)態(tài)電壓瞬變范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)取值范圍。

（3）“動(dòng)態(tài)電壓瞬變范圍”內(nèi)所有的量值都是同等檢驗(yàn)條件下輸出電壓瞬間相對(duì)變化的相對(duì)誤差值。