UPS電源的基本知識

一、為什么要用UPS 
　　
　　有一個(gè)常見(jiàn)的錯誤概念，認為我們使用的市電，除了偶爾發(fā)生的斷電事故，是連續恒定的，其實(shí)不然。市電系統作為公共電網(wǎng)，上面連接了成千上萬(wàn)各種各樣的負載，其中一些較大的感性、容性、開(kāi)關(guān)電源等負載不僅從電網(wǎng)中獲得電能，還會(huì )反過(guò)來(lái)對電網(wǎng)本身造成影響，惡化電網(wǎng)或局部電網(wǎng)的供電品質(zhì)，造成市電電壓波形畸變或頻率漂移。意外的自然和人為事故，如地震、雷擊、輸變電系統斷路或短路，都會(huì )危害電力的正常供應，從而影響負載的正常工作。根據電力專(zhuān)家的測試，電網(wǎng)中經(jīng)常發(fā)生并且對電腦和精密儀器產(chǎn)生干擾或破壞的問(wèn)題主要有以下幾種：
　　
　　1、電涌（power surges）：
　　
　　指輸出電壓有效值高于額定值110%，持續時(shí)間達一個(gè)或數個(gè)周期。電涌主要是由于在電網(wǎng)上連接的大型電氣設備關(guān)機時(shí)，電網(wǎng)因突然卸載而產(chǎn)生的高壓。
　　
　　2、高壓尖脈沖（high voltage spikes）：
　　
　　指峰值達6000v，持續時(shí)間從萬(wàn)分之一秒至二分之一周期（10ms）的電壓。這主要由于雷擊、電弧放電、靜態(tài)放電或大型電氣設備的開(kāi)關(guān)操作而產(chǎn)生。
　　
　　3、暫態(tài)過(guò)電壓（switching transients）：
　　
　　指峰值電壓高達20000V，但持續時(shí)間界于百萬(wàn)分之一秒至萬(wàn)分之一秒的脈沖電壓。其主要原因及可能造成的破壞類(lèi)似于高壓尖脈沖，只是在解決方法上會(huì )有區別。
　　
　　4、電壓下陷（powersags）：
　　
　　指市電電壓有效值介于額定值的80%至85%之間的低壓狀態(tài)，并且持續時(shí)間達一個(gè)到數個(gè)周期。大型設備開(kāi)機，大型電動(dòng)機啟動(dòng)，或大型電力變壓器接入都可能造成這種問(wèn)題。
　　
　　5、電線(xiàn)噪聲（electricalline noise）：
　　
　　系指射頻干擾(RFI)和電磁干擾（EFI）以及其它各種高頻干擾。馬達的運行、繼電器的動(dòng)作、馬達控制器的工作、廣播發(fā)射、微波輻射、以及電氣風(fēng)暴等，都會(huì )引起線(xiàn)噪聲干擾。
　　
　　6、頻率偏移（frequency variation）：
　　
　　系指市電頻率的變化超過(guò)3Hz以上。這主要由應急發(fā)電機的不穩定運行，或由頻率不穩定的電源供電所致。
　　
　　7、持續低電壓（brown out）：
　　
　　指市電電壓有效值低于額定值，并且持續較長(cháng)時(shí)間。其產(chǎn)生原因包括：大型設備啟動(dòng)和應用、主電力線(xiàn)切換、啟動(dòng)大型電動(dòng)機、線(xiàn)路過(guò)載。
　　
　　8、市電中斷（power fail）：
　　
　　指市電中斷并且持續至少兩個(gè)周期到數小時(shí)的情況。其產(chǎn)生原因有：線(xiàn)路上的斷路器跳閘、市電供應中斷、電網(wǎng)故障。
　　
　　對于電腦來(lái)說(shuō)，顯示器及主機工作都需要正常的電力供應。尤其是內存，對電源的要求更高。它是一種依賴(lài)電能的存儲設備，需要不斷的刷新動(dòng)作來(lái)保持存儲內容。一旦斷電，所保存的內容立即消失。如果非正常斷電，導致內存中的信息來(lái)不及保存到硬盤(pán)等存儲設備上，就會(huì )造成信息因完全丟失或變得不完整而失去價(jià)值，從而浪費大量的工作精力、時(shí)間、甚至造成巨大的經(jīng)濟損失。而UNIX這樣的操作系統，如果不正常關(guān)機，內存中的系統信息沒(méi)有回寫(xiě)到硬盤(pán)上，還可能造成系統崩潰，無(wú)法啟動(dòng)。電腦中的硬盤(pán)，應用的是磁存儲介質(zhì)，不會(huì )因斷電而損失信息，但突然的電力故障會(huì )使正在進(jìn)行讀寫(xiě)工作的硬盤(pán)物理磁頭損壞，或者系統文件在維護文件系統時(shí)，造成文件分配表錯誤，從而造成整個(gè)硬盤(pán)的報廢?，F在的操作系統大都能設置虛擬內存，由于突然的斷電，使系統來(lái)不及取消虛擬內存，從而造成硬盤(pán)中的“信息碎片”，不僅浪費了硬盤(pán)存儲空間，還會(huì )導致機器運行緩慢。電腦電源是一種整流電源，過(guò)高的電壓可能會(huì )造成整流器燒毀。而電壓尖脈沖和暫態(tài)過(guò)電壓以及電源雜訊等干擾都可能通過(guò)整流器進(jìn)入主機板，影響機器的正常工作，甚至燒毀主機線(xiàn)路。電力問(wèn)題是計算機工作的重大威脅。隨著(zhù)計算機和網(wǎng)絡(luò )應用的日益重要和廣泛，安全可靠的電源已是網(wǎng)絡(luò )設計和管理人員不得不認真面對的重要問(wèn)題?！靶枰巧鐣?huì )發(fā)展的第1推動(dòng)力”，在這種背景下，UPS(不間斷電源）應運而生，并伴隨電力電子技術(shù)的發(fā)展，不斷推陳出新，在十數年間，不僅造就了一個(gè)嶄新的產(chǎn)業(yè)，隨著(zhù)時(shí)間的推移更將有蓬勃的發(fā)展和燦爛的前景。
　　
　　二、什么是UPS
　　
　　UPS（Uninterruptible Power System），即不間斷電源，是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源。主要用于給單臺計算機、計算機網(wǎng)絡(luò )系統或其它電力電子設備提供不間斷的電力供應。當市電輸入正常時(shí)，UPS將市電穩壓后供應給負載使用，此時(shí)的UPS就是一臺交流市電穩壓器，它還向機內電池充電；當市電中斷(事故停電)時(shí),UPS立即將機內電池的電能,通過(guò)逆變轉換的方法向負載繼續供應220V交流電，使負載維持正常工作并保護負載軟、硬件不受損壞。
　　
　　UPS作為保護性的電源設備，它的性能參數具有重要意義，應是我們選購時(shí)的考慮重點(diǎn)。市電電壓輸入范圍寬，則表明對市電的利用能力強（減少電池放電）。輸出電壓、頻率范圍小，則表明對市電調整能力強，輸出穩定。波形畸變率用以衡量輸出電壓波形的穩定性,而電壓穩定度則說(shuō)明當UPS突然由零負載加到滿(mǎn)負載時(shí)，輸出電壓的穩定性。
　　
　　還有UPS效率、功率因數、轉換時(shí)間等都是表征UPS性能的重要參數，決定了對負載的保護能力和對市電的利用率。性能越好，保護能力也越強，離線(xiàn)式UPS對負載的保護zui差，在線(xiàn)互動(dòng)式略?xún)?yōu)之，在線(xiàn)式則幾乎可以解決所有的常見(jiàn)電力問(wèn)題。當然成本也隨著(zhù)性能的增強而上升。用戶(hù)在選購UPS時(shí)，應根據負載對電力的要求程度及負載的重要性不同,而選取不同類(lèi)型的UPS。
　　
　　三、不間斷電源（UPS）種類(lèi)
　　
　　UPS大致可分成三種：離線(xiàn)式（OffLine），在線(xiàn)式（Online）和在線(xiàn)交互式（Line interactive）。
　　
　　1、什么是離線(xiàn)式不間斷電源（OffLine UPS）
　　
　　離線(xiàn)式不間斷電源如上圖所示。平常市電通過(guò)旁路直接向負載供電。只有在停電時(shí)，才通過(guò)逆變器將電池能量轉換為交流向負載提供電力。離線(xiàn)式不間斷電源的特點(diǎn)：
　　
　　當市電正常時(shí)，離線(xiàn)式UPS對市電沒(méi)有任何處理而直接輸出至負載，對市電噪音以及浪涌的抑制能力較差；
　　
　　存在轉換時(shí)間；
　　
　　保護性能zui差；
　　
　　結構簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、控制容易、成本低。
　　
　　2、什么是在線(xiàn)式不間斷電源（On-Line UPS）
　　
　　在線(xiàn)式UPS平常由逆變器輸出向負載供電，只有當UPS發(fā)生故障、過(guò)載或過(guò)熱時(shí)才會(huì )轉為由旁路輸出給負載。在線(xiàn)式UPS的特點(diǎn)：
　　
　　輸出的電力經(jīng)過(guò)UPS的處理，輸出電源品質(zhì)zui高；
　　
　　無(wú)轉換時(shí)間；
　　
　　結構復雜，成本較高；
　　
　　保護性能zui好，對市電噪音以及浪涌的抑制能力zui強。
　　
　　3、什么是在線(xiàn)交互式不間斷電源（Line interactive UPS）
　　
　　在線(xiàn)交互式UPS平常由旁路經(jīng)變壓器輸出給負載，逆變器此時(shí)做為充電器。當斷電時(shí)逆變器則將電池能量轉換為交流電輸出給負載。
　　
　　在線(xiàn)交互式UPS的特點(diǎn)：
　　
　　具雙向性轉換器設計，UPS電池回充時(shí)間較短；
　　
　　存在轉換時(shí)間；
　　
　　控制結構復雜，成本較高；
　　
　　保護性能介于在線(xiàn)式與離線(xiàn)式UPS之間，對市電噪音和浪涌的抑制能力較差。
　　
　　四、不間斷電源（UPS）供電時(shí)間多長(cháng)才合適
　　
　　UPS能在電力異常時(shí)有足夠的時(shí)間實(shí)施應急措施。一般而言5-10分鐘的后備時(shí)間就足夠了。如果需要較長(cháng)的后備時(shí)間，可以購買(mǎi)具有長(cháng)延時(shí)功能的UPS。
　　
　　五、不間斷電源（UPS）的容量如何計算
　　
　　目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的不間斷電源（UPS）多以VA作為容量單位。V是電壓，A是電流，V×A就等于功率，即不間斷電源的容量。例如，一臺425VA的不間斷電源，如果其輸出電壓為110V，則該UPS能夠提從的zui大電流為3.86A，超過(guò)此電流值就是超載（Overload）。另一種表示功率的方法是W，W表示實(shí)功，VA表示虛功。兩者之間的差別在于功率因數。功率因數一般在為0.6到0.8之間，若低于0.5則UPS設計不佳，在選購UPS時(shí)，應考慮功率因數問(wèn)題。
　　
　　六、如何延長(cháng)不間斷電源（UPS）的供電時(shí)間
　　
　　延長(cháng)不間斷電源的供電時(shí)間有兩種方法：
　　
　　1、增加電池容量?？梢愿鶕韫╇姷臅r(shí)間長(cháng)短增加電池的數量，采用這種方法會(huì )造成電池充電時(shí)間的相對增加，也會(huì )增加相應的維護設備的數量、增大產(chǎn)品體積，造成UPS整體成本提高；
　　
　　2、選購容量較大的UPS。采用這種方法不僅可以降低維修成本，如果需要擴充負載設備，較大容量的不間斷電源仍可正常工作。
　　
　　七、什么是電源監控軟件
　　
　　電源監控軟件是與不間斷電源（UPS）配合使用，用以提高不間斷電源的效能。用戶(hù)在使用不間斷電源過(guò)程中，通過(guò)該軟件能夠準確掌握不間斷電源的工作狀態(tài)，記錄市電的穩定狀況供技術(shù)人員進(jìn)行分析。沁市電中斷或電池供電終止時(shí)可以自動(dòng)進(jìn)行文檔儲存、系統關(guān)閉以及關(guān)閉UPS等功能。新一代電源監控軟件還具有UPS遠端監控和UPS定時(shí)開(kāi)關(guān)機等功能。
　　
　　八、購買(mǎi)UPS時(shí)必須購買(mǎi)相應的監控軟件嗎
　　
　　為了提高并有效的發(fā)揮UPS的全部效能，選擇一套UPS監控軟件是必須的。一般用戶(hù)zui希望知道的是市電輸入及電池狀態(tài)是否正常。當市電發(fā)生異常，又未安裝相應的電源監控軟件時(shí)，如果用戶(hù)在現場(chǎng)，可以利用UPS提供的電源采取應急措施，如儲存文檔、關(guān)閉系統等。如果市電發(fā)生異常，又未安裝監控軟件，而用戶(hù)又不在現場(chǎng)，當UPS電池供電耗盡時(shí)，輕則造成資料的流失，重則造成電腦與周邊設備內部元件損壞。購買(mǎi)UPS時(shí)，zui好購買(mǎi)電源監控軟件廖實(shí)現完善的電力保護。
　　
　　九、現在很多品牌的UPSA強調管理功能，這適用于一般用戶(hù)嗎
　　
　　過(guò)去個(gè)人電腦用戶(hù)大多使用DOS操作系統處理個(gè)人資料。當市電異常時(shí)，資料的流失僅僅僅局限于個(gè)人資料而已。但對于目前流行的電腦網(wǎng)絡(luò )系統，如WINDOWS、NT、UNIX而言，系統擔負著(zhù)整個(gè)工作站資料的管理與使用，是知暫的斷電，對系統本身所造成的破壞以及大量資料的流失也是無(wú)法估量的。用戶(hù)應當從自身未來(lái)發(fā)展的角度出發(fā)，在選購不間斷電源（UPS）時(shí)，應當把網(wǎng)絡(luò )管理功能考慮進(jìn)來(lái)。
　　
　　十、不間斷電源的通訊接口有哪些
　　
　　目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的不間斷電源（UPS）采用的通訊接口有以下幾種：
　　
　　繼電器連接；
　　
　　RS-232接口；
　　
　　AS400接口；
　　
　　SNMP接口；
　　
　　USB接口。
　　
　　其中AS400接口主要是針對IMB電腦設計的。而SNMP則能夠使UPS無(wú)須通過(guò)電腦設備就可以連上網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )對UPS進(jìn)行監控。繼電器連接與RS-232接口是zui常見(jiàn)的，現將其功能簡(jiǎn)單介紹如下：繼電器連接方式，能夠使UPS能過(guò)監控軟件監控市電是否正常，電池電壓是否過(guò)低，提供自動(dòng)儲存文檔和系統關(guān)閉等功能。RS-232通訊間接口除了具有繼電器方式連接的全部功能以外，還可以通過(guò)監控軟件實(shí)時(shí)監控不間斷電源的電壓、電流、頻認、負載容量等，并且可以設置UPS開(kāi)關(guān)機時(shí)間與廣播功能。USB（萬(wàn)用串行接口）是今后通訊接口的發(fā)展趨勢，目前使用USB接口的使用將越來(lái)越普遍。
　　
　　十一、不間斷電源（UPS）使用何種電池
　　
　　目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的不間斷電源（UPS），絕大多數采用密封式免維護鉛酸電池。
　　
　　十二、電池的使用壽合一般有多長(cháng)
　　
　　不間斷電源的供電來(lái)源其內部的電池放電。電池老化的原因除了外部環(huán)境因素以外，還有電池內部化學(xué)變化等因素。是將電池長(cháng)期放置不用，電池角會(huì )出現老化現象。一般經(jīng)驗而言，電池的使用壽命2-3年。
　　
　　十三、電池如何保養
　　
　　定期對電池充放電是電池保養的關(guān)鍵。如果用戶(hù)選購的UPS具有電池監測功能，UPS可以定期自動(dòng)執行該功能。強果用戶(hù)的UPS不具備此項功能，可以將UPS電源輸入端的插頭拔掉，模擬市電中斷，再觀(guān)察電池放電時(shí)間是否足夠長(cháng)？如果發(fā)電時(shí)間不足，則應考慮更換電池，以保證當電源中斷時(shí)電池有足夠的放電時(shí)間，保證檔案的儲存和系統的完全關(guān)閉。
　　
　　十四、何處可更換電池
　　
　　當用戶(hù)選購的UPS需要更換電池時(shí)，可以與該產(chǎn)品的服務(wù)商或經(jīng)銷(xiāo)商聯(lián)系。
　　
　　十五、什么是SNMP
　　
　　SNMP是簡(jiǎn)易網(wǎng)絡(luò )管理協(xié)定（Simple Network Management Protocol）的英文縮寫(xiě)。該協(xié)議能夠使UPS以其周邊設備能夠不通過(guò)電腦而直接連上網(wǎng)絡(luò )，納入網(wǎng)絡(luò )系統管理。的UPS通常具有SNMP網(wǎng)絡(luò )管理介面，可讓該UPS很容易的連上網(wǎng)絡(luò )。
　　
　　十六、什么是隔離變壓器
　　
　　儀器設備與普通的UPS配合使用時(shí)，經(jīng)常會(huì )因為零地電壓的原因造成儀器設備誤動(dòng)作。為避免這種情況的出現，的UPS針對這個(gè)問(wèn)題，設計出具有隔離變壓器的UPS，經(jīng)過(guò)特殊的設計可以使輸出的零地電壓小于1伏，從而避免上述問(wèn)題的發(fā)生，除此這外，隔率變壓器還具有噪音濾波等功能。
　　
　　十七、什么是Boost和Buck
　　
　　Boost是升壓，Buck是降壓。當市電電壓過(guò)低或過(guò)高時(shí)，穩壓器將過(guò)低或過(guò)高的電壓升高或降低至規定的范圍之內，使UPS或相關(guān)設備正常運行。
　　
　　十八、什么是AVR
　　
　　AVR是Automaticvoltage Regulation（自動(dòng)調壓）的英文縮寫(xiě)。