ups電源是什么東西
UPS?( Uninterruptible Power System )不間斷電源是可以在停電時(shí)切換到備用電池的電源。一個(gè)類(lèi)似于電源條的UPS可以接入多個(gè)設(shè)備，UPS一般提供浪涌保護(hù)、噪聲過(guò)濾等功能。當(dāng)電壓下降時(shí)，UPS 會(huì)檢測(cè)到并切換到備用電池。然后，插入 UPS 的組件可以在有限的時(shí)間內(nèi)（通常為 10 到 45 分鐘）供電，直到恢復(fù)正常供電或系統(tǒng)可以正常關(guān)閉。這不允許您繼續(xù)正常的業(yè)務(wù)功能，但會(huì)保護(hù)數(shù)據(jù)免受突然斷電和不當(dāng)關(guān)機(jī)造成的損壞。
雖然 UPS 本身不是 IT 設(shè)備，但它們?cè)诖_保其可靠性方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。UPS確保高質(zhì)量的電源持續(xù)流向關(guān)鍵的IT設(shè)備。它們提供電能質(zhì)量，以消除可能對(duì)性能產(chǎn)生不利影響或可能損壞耗電設(shè)備的瞬態(tài)峰值或電力驟降。在電力服務(wù)出現(xiàn)故障的情況下，它們還提供足夠的備用電源來(lái)維持停電、關(guān)閉電子設(shè)備和/或恢復(fù)在線發(fā)電。
UPS的用途
- UPS 通常用于保護(hù)硬件，例如計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)中心、電信設(shè)備或其他電氣設(shè)備，在這些設(shè)備中，意外斷電可能會(huì)導(dǎo)致人員傷亡、嚴(yán)重的業(yè)務(wù)中斷或數(shù)據(jù)丟失。UPS 設(shè)備的大小不一，從設(shè)計(jì)用于保護(hù)沒(méi)有視頻監(jiān)視器的單臺(tái)計(jì)算機(jī)（ 額定值約為 200 V 安培）的設(shè)備到為整個(gè)數(shù)據(jù)中心或建筑物供電的大型設(shè)備。小型 UPS 系統(tǒng)可提供幾分鐘的電力（足以有序地關(guān)閉計(jì)算機(jī)），而大型系統(tǒng)則有足夠的電池供電數(shù)小時(shí)。
- 不間斷電源 (UPS) 通常用于支持水工業(yè)監(jiān)控和控制系統(tǒng)，以在電源故障期間維持系統(tǒng)運(yùn)行一段預(yù)定的時(shí)間。必須始終審查停電條件下的工廠行為；當(dāng)電源出現(xiàn)故障時(shí)，每臺(tái)設(shè)備都必須被控制在故障安全狀態(tài)。為了滿足這些要求，可能需要輔助設(shè)備，例如機(jī)械或氣動(dòng)備份。此外，停電后的工廠啟動(dòng)是另一個(gè)關(guān)鍵考慮因素；自動(dòng)啟動(dòng)或手動(dòng)啟動(dòng)必須進(jìn)行相應(yīng)的審查和明確規(guī)定。
- 不間斷電源 (UPS) 和備用電源系統(tǒng)用于主電源中斷可能是災(zāi)難性的應(yīng)用，例如醫(yī)院手術(shù)室或重癥監(jiān)護(hù)室、計(jì)算機(jī)安裝、生產(chǎn)系統(tǒng)、警報(bào)和信號(hào)設(shè)備。
UPS的工作原理
圖 1 顯示了電子 UPS 的工作原理。從電力系統(tǒng)獲得單相或三相電源并整流為直流電。浮動(dòng)在直流總線上的是一個(gè)電池組，它提供能量存儲(chǔ)以在中斷期間保持系統(tǒng)運(yùn)行。顯然，電池組越大，系統(tǒng)可以運(yùn)行的時(shí)間越長(zhǎng)。然后將直流電壓反向轉(zhuǎn)換為單相或三相60 Hz交流電以操作負(fù)載。這是正常的操作模式。
應(yīng)急模式
請(qǐng)注意，輸入和輸出的相數(shù)不必相同；即，單相到三相轉(zhuǎn)換是可能的。如果交流電源中斷，則電池組將繼續(xù)向逆變器供電，逆變器又將交流電提供給負(fù)載。這稱(chēng)為緊急操作模式。
恢復(fù)模式
當(dāng)電源恢復(fù)時(shí)，電池必須重新充電，這稱(chēng)為恢復(fù)模式。通常，大型 UPS 系統(tǒng)的大小可以提供電源，直到可以啟動(dòng)備用發(fā)電機(jī)或允許負(fù)載設(shè)備有序關(guān)閉。
旁路電路
由于沒(méi)有系統(tǒng)可以永遠(yuǎn) 100% 運(yùn)行，因此也存在旁路電路。第一個(gè)是所謂的靜態(tài)開(kāi)關(guān)，它可以在四分之一周期內(nèi)將負(fù)載重新連接到輸入電源（當(dāng)然，假設(shè)它們的相數(shù)相同），以在 UPS 出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)保持負(fù)載運(yùn)行。第二個(gè)旁路是一組手動(dòng)操作的開(kāi)關(guān)，允許UPS與電路斷開(kāi)進(jìn)行維護(hù)，這就是旁路運(yùn)行模式。
UPS 系統(tǒng)現(xiàn)在的尺寸范圍從 200 瓦左右（用于操作單個(gè)個(gè)人計(jì)算機(jī)）到數(shù)百千瓦（用于操作大型機(jī)系統(tǒng)或工廠中的基本系統(tǒng)）。由于電源電壓未到達(dá)負(fù)載，因此 UPS 可提供出色的瞬變和 EMPRFI 保護(hù)。需要注意的是，個(gè)人計(jì)算機(jī)的 UPS 系統(tǒng)并非設(shè)計(jì)用于處理激光打印機(jī)在其定影元件加熱時(shí)產(chǎn)生的大電流。因此，永遠(yuǎn)不要將激光打印機(jī)連接到 UPS。
圖 1???? UPS 框圖。
個(gè)人電腦 UPS 系統(tǒng)
用于個(gè)人計(jì)算機(jī)的 UPS 系統(tǒng)的價(jià)格范圍很廣，即使是類(lèi)似的額定功率也是如此。與許多事情一樣，古老的格言是正確的——“一分錢(qián)一分貨”。圖 2 顯示了三種不同類(lèi)型的 UPS系統(tǒng)。
UPS不間斷電源類(lèi)型
備用UPS
圖 2(a) 顯示了所謂的備用 UPS。在該方案中，計(jì)算機(jī)在正常運(yùn)行期間實(shí)際上接收市電。這樣做的原因是為了降低成本，逆變器不適合連續(xù)運(yùn)行。此外，逆變器只能在輸出端提供方波電壓。通常，這種類(lèi)型的 UPS 包括一個(gè) TVSS，以保護(hù)計(jì)算機(jī)免受浪涌影響。但是，如果電壓的幅度或頻率發(fā)生變化，計(jì)算機(jī)就會(huì)看到變化。
當(dāng)電壓低于某個(gè)預(yù)定限制（例如 -10%）時(shí)，開(kāi)關(guān)將負(fù)載移至逆變器的輸出。該開(kāi)關(guān)通常額定工作時(shí)間為4毫秒。然而，它直到下一個(gè)電壓零才開(kāi)始提供電壓，這可能是一個(gè)半周期或 8 毫秒。額定功率為 200 瓦的備用 UPS 系統(tǒng)只需 80 美元。低成本是備用UPS的優(yōu)勢(shì)。
圖 2???? UPS 類(lèi)型 (a) 備用、(b) 在線互動(dòng)和 (c) 連續(xù)。
在線互動(dòng)式 UPS
圖 2(b) 顯示了另一種類(lèi)型的 UPS，稱(chēng)為線路交互式 UPS。該操作類(lèi)似于備用 UPS，因?yàn)樵谡２僮髌陂g提供市電。讀者在閱讀此類(lèi) UPS 的廣告時(shí)應(yīng)該意識(shí)到這一事實(shí)往往被完全掩蓋。
在線交互式 UPS 具有比備用 UPS 更好的逆變器，并在其輸出端提供更好的正弦波近似值。它還具有降壓-升壓調(diào)節(jié)變壓器，可在中等欠壓和過(guò)壓期間改變電壓電平。在線交互式 UPS 系統(tǒng)的成本為 200 美元及以上，具體取決于大小。
在第三類(lèi)型的UPS在圖2（c）所示，是什么通常被認(rèn)為是當(dāng)使用術(shù)語(yǔ)UPS的。在這種情況下，逆變器額定為連續(xù)輸出并提供真正的正弦電壓波形。負(fù)載的電源總是來(lái)自逆變器，除非 UPS 出現(xiàn)故障，在這種情況下，電源會(huì)返回到公用事業(yè)。整流逆變器 UPS 是三種類(lèi)型中最昂貴的，一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)的成本為 600 美元以上。
所有三種類(lèi)型的 UPS 系統(tǒng)都提供與計(jì)算機(jī)通信的軟件。在長(zhǎng)時(shí)間斷電的情況下，該軟件可以確保正常關(guān)閉任何打開(kāi)的應(yīng)用程序以及操作系統(tǒng)。該軟件還允許記錄功率差異的數(shù)據(jù)，例如低電壓。但是，用戶(hù)應(yīng)該注意，如果不定期清除，數(shù)據(jù)記錄創(chuàng)建的文件會(huì)隨著時(shí)間的推移變得非常大。
電動(dòng)發(fā)電機(jī)組
不間斷電源的另一種替代方案是電動(dòng)發(fā)電機(jī)組，如圖 3 所示。在這種情況下，公用電源運(yùn)行電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電機(jī)為負(fù)載供電。通常，會(huì)添加飛輪以提供足夠的能量存儲(chǔ)，以便在短暫中斷后繼續(xù)運(yùn)行發(fā)電機(jī)。
另一種選擇是將發(fā)動(dòng)機(jī)連接到機(jī)組，該發(fā)動(dòng)機(jī)在飛輪能量耗盡之前啟動(dòng)，為更長(zhǎng)時(shí)間的中斷提供動(dòng)力。在電子 UPS 變得具有成本效益之前，電動(dòng)發(fā)電機(jī)組更受歡迎，并且還用于改變頻率——例如，為大型計(jì)算機(jī)提供 400 Hz 的電源。當(dāng)然，電子UPS也可以做變頻。
佛羅里達(dá)州的一家機(jī)械廠發(fā)現(xiàn)，短暫的中斷會(huì)造成嚴(yán)重的問(wèn)題。他們安裝了如圖 1 所示的電子整流器和逆變器，但他們沒(méi)有使用電池組，而是使用最先進(jìn)的飛輪和直流發(fā)電機(jī)。飛輪包含在帶有磁軸承的真空中，以最大限度地減少損失，并且可以在幾分鐘內(nèi)提供高達(dá) 800 kW 的功率。該特定工廠發(fā)現(xiàn)，它們平均每天會(huì)出現(xiàn) 200 次驟降或驟升，其中 90% 的持續(xù)時(shí)間不到兩秒。
還有其他設(shè)備可用于改善電能質(zhì)量。在出現(xiàn)電壓驟降或驟升的問(wèn)題時(shí)，可以使用電壓調(diào)節(jié)器來(lái)維持所需的電壓。
市場(chǎng)上有幾種類(lèi)型的電壓調(diào)節(jié)器。可以使用隔離變壓器處理 EMI/RFI 噪聲，該變壓器在初級(jí)和次級(jí)繞組之間使用接地屏蔽來(lái)防止噪聲的電容耦合。
UPS種類(lèi)
UPS 可以在線或離線。兩種系統(tǒng)都使用帶有電池組和涓流充電器的直流鏈路逆變器。在離線系統(tǒng)的情況下，在正常操作中，電源直接由交流電源提供。如果主電源出現(xiàn)故障，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)會(huì)斷開(kāi)電源線并將逆變器連接到負(fù)載。恢復(fù)主電源后，負(fù)載將重新連接到電源線。離線系統(tǒng)的方框示意圖在圖7.22中。如果開(kāi)關(guān)是固態(tài)的，開(kāi)關(guān)過(guò)程可能需要幾毫秒，如果開(kāi)關(guān)是機(jī)電的，則需要幾十毫秒。
圖7.22。
對(duì)于在線系統(tǒng)，整流器-逆變器組合在正常運(yùn)行期間從交流電源提供負(fù)載電源。如果主電源出現(xiàn)故障，電池會(huì)自動(dòng)向逆變器提供直流鏈路，并且不涉及時(shí)間延遲。如果整流器-逆變器系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可以使用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)將負(fù)載轉(zhuǎn)移到交流電源。
電池充電器/整流器、備用電池（通常是鉛酸電池）和逆變器是大多數(shù) UPS 的主要組件。與 IT 設(shè)備相關(guān)的 UPS 應(yīng)用范圍從 用于個(gè)人 PC 或工作站的小型 (1 kVA) 備用設(shè)備到 用于數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的超大型 (>100 kVA) 在線 UPS。總體而言，與 IT 相關(guān)的 UPS 約占 UPS 銷(xiāo)售額的 70%，每年消耗近 6 TWh。
UPS 有三種主要類(lèi)型：備用、在線和在線交互。備用和在線互動(dòng)系統(tǒng)具有相似的操作原理；相對(duì)于備用系統(tǒng)，線路交互架構(gòu)通常提供卓越的 PM，因?yàn)樗鼈兙哂袔щ娔孀兤鳌Ｔ跇?biāo)準(zhǔn)操作在這種模式下，兩種架構(gòu)都允許電源通過(guò) UPS 并進(jìn)入電子設(shè)備，同時(shí)提供不同程度的電源調(diào)節(jié)，通常是浪涌抑制以應(yīng)對(duì)電壓尖峰，并使用濾波器來(lái)減少不需要的諧波。如果 UPS 電池電量耗盡，UPS 電池充電器會(huì)為其充電。當(dāng)電源停止流向設(shè)備時(shí)，UPS 會(huì)檢測(cè)到電力不足，并且傳輸會(huì)在設(shè)備和電池電源之間快速建立（鉗位）電氣連接，以便繼續(xù)運(yùn)行。在線交互和待機(jī)系統(tǒng)通常只消耗電子設(shè)備負(fù)載的百分之幾，因?yàn)樵谀J(rèn)操作模式下，它們?cè)试S功率以最小的 PM 傳遞到負(fù)載。
相比之下，在線 UPS 接受交流電源，然后對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)和整流（從交流轉(zhuǎn)換為直流）。隨后，直流輸出為電池充電，然后進(jìn)入逆變器，逆變器將直流電源轉(zhuǎn)換為經(jīng)過(guò)良好調(diào)節(jié)的交流電源。如果輸入電源出現(xiàn)故障，電池會(huì)繼續(xù)為逆變器供電，并不間斷地為負(fù)載提供高質(zhì)量的電力，因?yàn)樗鼪](méi)有轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。在線系統(tǒng)提供高可靠性，但比其他 UPS 系統(tǒng)成本更高，而且效率相對(duì)較低，在接近額定容量運(yùn)行時(shí)通常會(huì)消耗 10% 到 15% 的功率流。新的 UPS 架構(gòu)使輸入電源能夠在很大程度上繞過(guò) AC-DC-AC 轉(zhuǎn)換過(guò)程。取而代之的是，UPS主要提供輸入功率和負(fù)載功率之間的差異，
UPS 效率還取決于 UPS 看到的實(shí)際負(fù)載相對(duì)于額定負(fù)載。UPS 具有建立“基本”負(fù)載的基本電力需求（用于風(fēng)扇、電源等）。但是，電氣元件的尺寸適合 UPS 的全額定功率，并且在較小的負(fù)載下散發(fā)的熱量較少。最終結(jié)果是，當(dāng)負(fù)載下降到額定負(fù)載的 50% 到 100% 之間時(shí)，UPS 的整體效率曲線相對(duì)平坦，但經(jīng)常下降到低于 50% 并在低于 20% 時(shí)急劇下降。一般而言，UPS 尺寸過(guò)大，通常設(shè)計(jì)用于較大系統(tǒng)上 70% 至 80% 的負(fù)載，并且通常在設(shè)計(jì)負(fù)載的 50% 或更少時(shí)運(yùn)行。存在這種做法的幾個(gè)原因，包括一般設(shè)計(jì)保守性、未來(lái)擴(kuò)展的余量、更大的冗余、停電后更長(zhǎng)的負(fù)載運(yùn)行時(shí)間、和用于維護(hù)目的的并行冗余系統(tǒng)。大約在 2002 年，許多數(shù)據(jù)中心的占用率很低，導(dǎo)致 UPS 負(fù)載遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)期負(fù)載。因此，許多 UPS 系統(tǒng)可能承受不到其額定負(fù)載的 25% 并且以低效率運(yùn)行。
不間斷電源 (UPS) 通常使用電池作為備用能源。如果他們要執(zhí)行這個(gè)功能，他們必須有足夠的能量存儲(chǔ)，使他們能夠運(yùn)行所有的電信幾個(gè)小時(shí)的設(shè)備。這是大量的能量，我們需要確保它不會(huì)意外釋放。
電池是一種儲(chǔ)存化學(xué)能的方式，可在需要時(shí)轉(zhuǎn)換為電能。當(dāng)不同的化學(xué)品在電路中組合在一起時(shí)，它們通常會(huì)產(chǎn)生 1 到 3 V 之間的電壓，確切值取決于所使用的化學(xué)品。鋰電池是目前高科技領(lǐng)域的贏家，其輸出電壓為 3 V，保質(zhì)期超過(guò) 20 年！
由化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生電壓的單個(gè)單元稱(chēng)為“電池”。如果我們想要更高的電壓，我們必須串聯(lián)電池，然后我們有一組電池或“電池組”，我們現(xiàn)在簡(jiǎn)稱(chēng)為“電池”。因此，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，在購(gòu)買(mǎi)時(shí)，我們不應(yīng)該要求 1.5 V 電池，而是要求 1.5 V 電池，但這往往會(huì)造成比其價(jià)值更多的混亂（見(jiàn)圖 12.11）。
圖 12.11。一組電池
電池分為初級(jí)和次級(jí)。不同之處在于只能為二次電池充電。有兩種流行的二次電池——鉛酸電池和鎳鎘電池。
