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常用UPS基础知识


UPS 小知识

一、为什么需要 UPS? 一方面,UPS 不间断电源,顾名思义在市电发生停电时为我们提供一定能力 的备用持续供电,使我们的电脑或设备等的工作不致中断。 而人们往往会忽略的是, 在为我们提供电力的公共电网中,上面连接着不计 其数各式各样的负载,其中的一些较大的感性、容性、开关电源等负载不仅从电 网中获取电能, 反过来也会对电网本身造成影响,造成

市电电压波形畸变或频率 漂移,恶化电网或局部电网的供电品质。而一些意外的、人为的或自然的情形, 如地震、雷击、输变电系统断路或短路,对于整个电网来说,随时都可能发生或 存在,也就会同时危害到电力系统的正常供应,影响电力供应的品质,从而影响 到负载的正常工作。 市电供电电源质量一般为:电压波动±5%,频率 50Hz±0.5 Hz。而通常的 情况是,有的地方,有时甚至大部分时间都达不到这个标准,尤其以我国偏远地 区为甚。 各种来自内部和外部的因素对我们所处的电网形成污染或干扰,有时这 种污染甚至十分严重。也就是说,我们的电脑或设备的硬件和信息、资料等,随 时都在遭受威胁。造成这些污染和干扰的因素具体分为: 1. 电压浪涌:指输出电压有效值高于额定值 110%,而且持续时间达一个或数 个周期。 电涌主要是由于在电网上连接的大型电气设备关机时,电网因突然卸载 而产生的高压。 2. 电压尖峰:指二分之一周期至 100ms 期间内,叠加达 6000kV 以上的电压脉 冲。这主要由雷电、开关操作、电弧式故障和静电放电等因素造成。 3. 电压瞬变:指峰值电压高达 20KV,但持续时间界于百万分之一秒至万分之 一秒的脉冲电压。 其主要原因及可能造成的破坏类似于电压尖峰,只是在量上有 区别。 4. 噪声电压:指射频干扰(RFI)和电磁干扰(EFI)以及其它各种高频干扰。马 达的运行、继电器的动作、马达控制器的工作、广播发射、微波辐射、以及电气 风暴等,都会引起线噪声干扰。 5. 过压:指超过电网电压正常有效值一定百分比的稳定高电压。一般是由于接 线错误,电厂或电站的误调整,附近重型设备关机。对单相电压而言,也可能是 由于三相负荷不平衡或者是中线接地不良等原因造成。 6. 欠压:指市电电压有效值低于额定值,并且持续较长时间。其产生原因包括 大型设备启动和应用、主电力线切换、启动大型电动机、线路过载。 7. 电压下陷:指一个或多个周期电压低于 80%~85%额定电压有效值。主要由于 附近重型设备的启动或者电机类机器启动造成。 8. 频率偏移:系指市电频率的变化超过 3Hz 以上。这主要由应急发电 机的不稳定运行,或由频率不稳定的电源供电所致。 9. 电源中断:电源中断是超过一个周期的无电状态。产生原因有线路上的断路 器跳闸、市电供应中断、电网故障。

综上所述,为了保证计算机的正确运行,为了实时控制信号不出现丢失,为了保 证设备的安全运行,人们对供电电源质量提出了越来越严格的要求。 二、什么是 UPS? 我们所说的 UPS 就是不间断电源系统,它是英文 Uninterruptible power supply system 的缩写。 UPS 是伴随工业技术的不断发展而诞生的, 是确保设备正常稳定运行的有力 保障。UPS 可以解决现有电力的断电、低电压、高电压、突波、杂讯等现象,可 以尽量避免故障及事故的发生。 UPS 是一种含有储能装置,以逆变器为主要元 件、稳压稳频输出的电源保护设备。 三、UPS 的分类 从运作方式上可分为旋转型 UPS 和静止型 UPS。 旋转式 UPS 由整流器、 电池、 直流电动机、柴(汽)油机、飞轮和发电机组成。在市电供电情况下,电动机带 动飞轮和发电机给负载供电;当断电后,由于飞轮的惯性作用,会继续带动发电 机的转子旋转,从而使发电机能持续给负载提供电源(电能-动能-电能),起到 缓冲的作用,同时启动柴(汽)油机。当油机转速与发电机转速相同时,油机离 全器与发电机相连,完成从市电到油机的转换。这是 UPS 的较早形式,动态 UPS 具有稳定可靠,维护技术比较简单的优点,但设备庞大笨重,效率低,噪声大。 随着半导体技术的发展,1960 年以后,采用了大功率逆变技术和强电流电 子开关,来实现大功率的电能转换。这种电能转换电路,不论是主电路还是其它 控制电路, 均采用半导体固定器件, 故称为固态不停电电源或静止型不停电电源, 简称静态 UPS。它更能适应于当今电脑网络、医疗器械和精密仪器等的普遍应用 中。 通常我们把静态 UPS 依技术和设计架构分为三类:后备式、在线式及在线互 动式。依输出波形区分为:方波、正弦波、阶梯波。依容量分为小型 UPS:10KV 以下;中型 UPS:10KV 以上,100KV 以下;大型 UPS:100KV 以上。依后备时间 上则分为标准型和长效型。 后备式(OFF LINE)UPS 的含义是指,在外电电网电压正常时,UPS 的任务主要 对自身蓄电池进行充电, 其输出电压基本就是输入电网的电压。这种 UPS 有一定 的转换时间(通常小于 10ms),不能抑制和隔离电网中的各种噪声和干扰,输 出的电压不是稳压稳频的,最多是进行简单的调压。这种 UPS 线路简单,成本较 低。例如力迅 NT 系列后备式 UPS,虽然在于后备式 UPS 中,已经尽大限度的进 行了全范围的,包括低端和高端部分的稳压(值的注意的是,市面上很多后备式 UPS 只有简单的稳压,甚至完全没有稳压功能),但是相对于在线式和在线互动 式而言,这种稳压毕竟是简单的,低层次的。 在线式(ON LINE)UPS 的含义是指,即使在电网电压正常供电时,UPS 的输 出,也是将外来电压经过本身的加工转换后再供给负载,也就是说,即使是在电 网电压正常时, 市电也是经过变压器 -> 整流滤波->逆变器->开关 S3(S3 闭合, S2 断开)->输出。这种 UPS 无论在市电正常时将市电隔离,还是供电异常时转 由蓄电池供电,逆变器始终处于工作状态,都能供给负载纯净的电源,并保持 0 中断时间。这样负载即使是实时控制信号,也不会因为市电异常而丢失或差错。

如力迅 CP 系列,为您提供始终如一的高品质电源供应。 在线互动(Line-Interactive)UPS 则是指,在输入市电正常时,UPS 的逆 变器处于反向工作给电池组充电,在市电异常时逆变器立刻投入逆变工作,将电 池组电压转换为交流电输出,因此在线互动式 UPS 也有转换时间。同后备式 UPS 相比, 在线互动 UPS 的保护功能较强, 逆变器输出电压波形较好, 一般为正弦波, 而其最大的优点是具有较强的软件功能,如 Netion 力迅 A-Smart 系列 UPS,随 机带有监控软件,可以方便的上网进行 UPS 的远程控制和智能化管理。 四、选购与配置 选购 UPS, 首先值得考虑的几个基本方面是: 1.技术性能 , 2.质量保证, 3. 服务保证, 4.产品价格。 如何确定您需要何种类型的 UPS ?通常,个人办公及家庭用户可以考虑后 备式机型, 后备式 UPS 价格低廉, 外形轻巧, 是个人电脑的理想伙伴。 如 Netion 力迅 NT 系列 UPS,有着很高的性价比;对于中小型系统的网络用户、服务器或 精密仪器等,则多用在线式或在线互动式 UPS,能较好地抵抗来自电网上的各种 侵害,其功能完善,并大多具有智能监控和网络连接功能,实现远程控制和智能 化管理。如 NETION 力迅 A-Smart 系列就具备这种完善的系统配置;对于大型的 重要设备和系统,大功率的在线式 UPS 提供稳定的电源保护必不可少,Netion 力迅 CP 和 RT 系列将是你的理想选择。 具体如何确定所需的功率(VA)大小?则需列出所有需要保护的设备,别忘 了显示器、终端、外挂硬盘。 每一设备的电压及电流数据可在背板上找到,把 两者相乘即可得 VA 值。 有些设备用瓦特表明电能需要,见瓦数乘以 1.4 即 可得 大致的 VA 值。对于整体设备的功率则以其额定数为基准。 把所有设备的 VA 值 汇总,将汇总值加上百分之三十的扩充容量, 以备系统升级时用。 如何配置后备延时时间? 由于系统和设备的不同,选取的 UPS 型号和配置 也不同。标准性 UPS 本身机内自带电池,在停电后一般可继续供电几分钟至几十 分钟;而长效型 UPS 配有外置电池组,可以满足用户长时间停电时继续供电的需 要, 后备时间可以设计为数时分钟到十几个小时或更长。一般长效型 UPS 备用时 间主要受电池成本、 安装空间大小以及电池回充时间等因素的限制。一般在电力 环境较差,停电较为频繁的地区采用 UPS 与发电机配合供电的方式。当停电 时,UPS 先由电池供电一段时间,如停电时间较长,可以启动备用发电机对 UPS 继 续供电,当市电恢复时再切换到市电供电。 电池供电时间主要受负载大小、电池容量、环境温度、电池放电截止电压等 因素影响。根据延时能力,确定所需电池的容量大小,用安时 AH 值的来表示, 以给定电流安培数时放电的时间小时数来计算。1AH 的含义是,放电电流为 1A 时, 放电时间为 27 分钟。 一般计算 UPS 电池供电时间,可以计算出电池放电电流, 可以简单得出小时值(计算中标称 1 小时实际为 27 分钟),而根据电池放电曲 线则可以查出更为精确的放电时间。 电池放电电流可以按以下经验公式计算: 放 电电流=UPS 容量(VA)×功率因数/电池放电平均电压×效率。显然,同样的安时 数,负载越大,后备时间越短,反之则越长。UPS 的实际延时时间,取决于实际 开启的负载多少。通常,UPS 主要为重要设备而设置,因此,市电中断后,应尽 量关闭非关键设备,而把宝贵的延时时间留给重要设备。延时时间的确定,应以

必要维持设备的负载数量来计算,并得出所需电池容量的安时 AH 数。如必要, 负载通常考虑增加 30%的裕量,以备系统升级时用。 五、 电池的使用与维护 所有电池均由正极、负极、电解质、隔膜和容器五个主要部分组成。 UPS 所选用的蓄电池,必须具有在短时间内能输出大电流的特性。常用的有 三种,都属于铅酸蓄电池,分别是 HS(涂浆式高效铅电池)、CS(覆盖式铅电 池)、M(密封铅电池)。 而密封式铅酸免维护蓄电池由于采用了先进的阴极、吸收式密封技术,电解 液基本恒定、无损耗,是我们最为常用的蓄电池。它具有几个特点:1、无需加 水进行维护;2、充电不会产生任何有害气体;3、摆设容易,不需考虑安置地点 通风问题;4、免保养,免维护;5、放电率高,特性稳定;6、期望寿命相对较 长,为 5 至 7 年。它相对其它的普通铅酸电池而言,价格较高,而又比镍镉电池 便宜许多。(详细请看附表)
种类 概述 1. 一般型电池,也称为汽车用 电池 铅酸电池 2. 需加水维护 3. 期望寿命 1~3 年 优缺点 1. 充放电时会产生氢气,安置地点须设置排 风管以免造成危险 2. 电解液呈酸性,会腐蚀金属 3. 需经常加水维护 4. 价格低廉

1. 密封式充电不会产生任何有害气体 1. 新型电池 铅酸电池免维 护电池 2. 无需加水 3. 期望寿命一般为 5~7 年 2. 摆设容易,不需考虑安置地点通风问题 3. 免保养,免维护 4. 放电率高,特性稳定 5. 价格较高

1. 高级电池用于特殊场合及 特殊设备上 镍镉电池 2. 需加水 3. 期望寿命 20~40 年

1. 水为介质,充放电不会产生有害气体 2. 失水率低,但需要固定时间加水及保养 3. 放电特性最佳 4. 可放置于任何恶劣环境 5. 价格极高

为了使 UPS 所使用的密封式铅酸免维护蓄电池得到良好的利用, 并延长其使 用寿命,应注意如下几个方面:

1、电池的安装。电池应尽可能安装在干净、阴凉、通风、干燥的地方,要避免 受到阳光直射或其他辐射热源的影响。在安装电池时,一定要注意电池的规格和 数量的正确性,不同规格、不同批号的电池不要混用。电池应正立放置, 不可倾 斜角度。每个电池间端子连接要牢固; 2、环境温度过高过低都会缩短电池的使用寿命。过高会加速电池构件的破坏, 会加大恒压充电的充电电流。低温时充电,则会造成氢气产生,增大内部压力, 缩短电池寿命; 3、放电深度--用大放电量(即深放电)重复放电会缩短电池的寿命,力迅 UPS 都有电池低电位保护功能,当电池放电至一定低电位后,UPS 就会自动关机进行 保护; 4、放电电流的幅度--以小放电量重复放电以后,在突然有一个很大的放电电流 也会缩短电池寿命; 5、充电电流幅度--太大的充电电流会产生大量的气体,以致超过电池的吸收能 力,导致内部压力增大,气体外逸,造成电解液损耗; 6、过充电--蓄电池过充电时,蓄电池的极板会受到损伤,过充电对蓄电池的寿 命影响极大,应予防止; 7、 充电电压--由于 UPS 电池属于备用工作方式,市电正常情况下处于充电状态, 只有停电时才会放电。 为延长电池的使用寿命,力迅 UPS 的充电器一般采用恒压 限流的方式控制, 电池充满后即转为浮充状态。如果充电电压过高就会使电池过 充电,反之会使电池充电不足。充电电压异常,可能是由电池配置错误或因充电 器故障等造成,因此也要注意电池的配置和安装。 UPS 系统的测试 测试 UPS 的目的,主要是鉴定 UPS 的实际技术指标能否满足使用要求。UPS 的测 试一般包括稳态测试和动态测试两类。稳态测试是在空载、50%额定负载以及 100%额定负载条件下,测试输入、输出端的各相电压、线电压、空载损耗、功率 因数、效率、输出电压波形、失真度及输出电压的频率等。动态测试一般是在负 载突变(一般选择负载由 0-100%和由 100%-0)时,测试 UPS 输出电压波形的变 化,以检验 UPS 的动态特性和能量反馈通路。

稳态测试 所谓稳态测试是指设备进入“系统正常”状态时的测试,一般可测波形、 频率和电压。

1. 波形 一般是在空载和满载状态时,观测波形是否正常,用失真度测量仪, 测量输出电压波形的失真度。在正常工作条件下,接电阻负载,用失真度 测量仪测量输出电压总谐波相对含量,应符合产品规定的要求,一般小于 5%。 2. 频率 一般可用示波器观测输出电压的频率和用“电源扰动分析仪”进行 测量。 目前 UPS 的输出电压频率一般都能满足要求。 但当 UPS 的频率电路, 本机振荡器不够精确时,也有可能在市电频率不稳定时,UPS 输出电压的 频率也跟着变化。UPS 输出频率的精度一般在与市电同步时,能达到正负 0.2%。 3. 输出电压 UPS 的输出电压可以通过以下方法进行测试判断: A、当输入电压为额定电压的 90%,而输出负载为 100%或输入电压为额定 电压的 110%,输出负载为 0 时,其输出电压应保持在额定值的正负 3%的 范围内。 B、当输入电压为额定电压 90%或 110%时,输出电压一相为空载,另外两 相为为 100%负载时,其输出电压应保持在额定值正负 3%的范围内,其相 位差应保持在 4 度范围内。 C、当 UPS 逆变器的输入直流电压变化正负 15%,输出负载为 0-100%变化 时,其输出电压值应保持在额定电压值正负 3%范围内。这一指标表面上 与前面所述指标重复, 但实际上它比前面的指标要求更高。这是因为控制 系统的输入信号在大范围内变化时,表现出明显的非线性特性,要使输出 电压不超出允许范围,对电路要求就更高了。 4. 效率 UPS 的效率可以通过测量 UPS 的输出功率与输入功率求得。 UPS 的效 率主要决定于逆变器的设计。大多数 UPS 只有在 50%-100%负载时才有比 较高的效率,当低于 50%负载是,其效率就急剧下降厂家提供的效率指标 也多是在额定直流电压, 额定负载条件下的效率。用户选型时最好选择效 率与输出功率的关系曲线和直流电压变化正负 15%时的效率。 动态测试 1、突加或突减负载测试 先用“电源扰动分析仪”测量空载、稳态时的相电压与频率,然后突加负载由 0 至 100%或突减负载由 100%至 0, 若 UPS 输出瞬变电压在-8%至 10%之间, 且在 20ms 内恢复到稳态,则此 UPS 该项指标合格;若 UPS 输出瞬变电压超出此范围时,就 会产生较大的浪涌电流,无论对负载还是对 UPS 本身都是极为不利的,则该种 UPS 就不宜选用。 2、转换特性测试 此项主要测试由逆变器供电转换到市电供电或由市电供电转换到逆变器供电时 的转换特性。测试时需有存储示波器和能模拟市电变化的调压器。

其他常规测试 过载测试 过载测试是用户极为关心, 也是衡量 UPS 电源的一项重要指标。过载测试主 要是检验 UPS 整机的过载能力,保证即使运行中出现过负荷现象时,UPS 也能维 持一定时间而不损坏设备。过载设备必须按设备指标测试,并且要在 25oC 以内 的室温下进行。 输入电压过压、欠压保护测试 按设备指标输入电压允许变化范围进行测试,一般 UPS 允许输入电压变化 10%,当输入电压超过此范围时应报警,并转换到蓄电池供电,整流器自动关闭, 当输入电压恢复到额定允许范围内时, 设备应自动恢复运行, 即蓄电池自动解除, 转为由市电运行。在蓄电池自动投入和解除的过程中,UPS 输出电源波形应无变 化。 放电测试 放电测试主要是检验蓄电池的性能。放电试验时,一是要记录放电时间;二 是要观测放电时的输出电压波形及放电保护值;三是要检查是否有“落后”电 池,放电试验前必须对蓄电池作连续 24h 的不间断充电。


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