ups电源是什么东西?是什么意思

2021-05-2914:05:04ups电源是什么东西?是什么意思已关闭评论
摘要

UPS ( Uninterruptible Power System )不间断电源是可以在停电时切换到备用电池的电源。一个类似于电源条的UPS可以接入多个设备,UPS一般提供浪涌保护、噪声过滤等功能。当电压下降时,UPS 会检测到并切换到备用电池。然后,插入 UPS 的组件可以在有限的时间内(通常为 10 到 45 分钟)供电,直到恢复正常供电或系统可以正常关闭。

 

ups电源是什么东西?是什么意思

ups电源是什么东西

UPS ( Uninterruptible Power System )不间断电源是可以在停电时切换到备用电池的电源。一个类似于电源条的UPS可以接入多个设备,UPS一般提供浪涌保护、噪声过滤等功能。当电压下降时,UPS 会检测到并切换到备用电池。然后,插入 UPS 的组件可以在有限的时间内(通常为 10 到 45 分钟)供电,直到恢复正常供电或系统可以正常关闭。这不允许您继续正常的业务功能,但会保护数据免受突然断电和不当关机造成的损坏。

虽然 UPS 本身不是 IT 设备,但它们在确保其可靠性方面发挥着越来越重要的作用。UPS确保高质量的电源持续流向关键的IT设备。它们提供电能质量,以消除可能对性能产生不利影响或可能损坏耗电设备的瞬态峰值或电力骤降。在电力服务出现故障的情况下,它们还提供足够的备用电源来维持停电、关闭电子设备和/或恢复在线发电。

UPS的用途

  1. UPS 通常用于保护硬件,例如计算机、数据中心、电信设备或其他电气设备,在这些设备中,意外断电可能会导致人员伤亡、严重的业务中断或数据丢失。UPS 设备的大小不一,从设计用于保护没有视频监视器的单台计算机( 额定值约为 200 V 安培)的设备到为整个数据中心或建筑物供电的大型设备。小型 UPS 系统可提供几分钟的电力(足以有序地关闭计算机),而大型系统则有足够的电池供电数小时。
  2. 不间断电源 (UPS) 通常用于支持水工业监控和控制系统,以在电源故障期间维持系统运行一段预定的时间。必须始终审查停电条件下的工厂行为;当电源出现故障时,每台设备都必须被控制在故障安全状态。为了满足这些要求,可能需要辅助设备,例如机械或气动备份。此外,停电后的工厂启动是另一个关键考虑因素;自动启动或手动启动必须进行相应的审查和明确规定。
  3. 不间断电源 (UPS) 和备用电源系统用于主电源中断可能是灾难性的应用,例如医院手术室或重症监护室、计算机安装、生产系统、警报和信号设备

UPS的工作原理

图 1 显示了电子 UPS 的工作原理。从电力系统获得单相或三相电源并整流为直流电。浮动在直流总线上的是一个电池组,它提供能量存储以在中断期间保持系统运行。显然,电池组越大,系统可以运行的时间越长。然后将直流电压反向转换为单相或三相60 Hz交流电以操作负载。这是正常的操作模式。

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应急模式

请注意,输入和输出的相数不必相同;即,单相到三相转换是可能的。如果交流电源中断,则电池组将继续向逆变器供电,逆变器又将交流电提供给负载。这称为紧急操作模式。

恢复模式

当电源恢复时,电池必须重新充电,这称为恢复模式。通常,大型 UPS 系统的大小可以提供电源,直到可以启动备用发电机或允许负载设备有序关闭。

旁路电路

由于没有系统可以永远 100% 运行,因此也存在旁路电路。第一个是所谓的静态开关,它可以在四分之一周期内将负载重新连接到输入电源(当然,假设它们的相数相同),以在 UPS 出现问题时保持负载运行。第二个旁路是一组手动操作的开关,允许UPS与电路断开进行维护,这就是旁路运行模式。

UPS 系统现在的尺寸范围从 200 瓦左右(用于操作单个个人计算机)到数百千瓦(用于操作大型机系统或工厂中的基本系统)。由于电源电压未到达负载,因此 UPS 可提供出色的瞬变和 EMPRFI 保护。需要注意的是,个人计算机的 UPS 系统并非设计用于处理激光打印机在其定影元件加热时产生的大电流。因此,永远不要将激光打印机连接到 UPS。

 

 

图 1     UPS 框图。

个人电脑 UPS 系统

用于个人计算机的 UPS 系统的价格范围很广,即使是类似的额定功率也是如此。与许多事情一样,古老的格言是正确的——“一分钱一分货”。图 2 显示了三种不同类型的 UPS系统。

UPS不间断电源类型

备用UPS

图 2(a) 显示了所谓的备用 UPS。在该方案中,计算机在正常运行期间实际上接收市电。这样做的原因是为了降低成本,逆变器不适合连续运行。此外,逆变器只能在输出端提供方波电压。通常,这种类型的 UPS 包括一个 TVSS,以保护计算机免受浪涌影响。但是,如果电压的幅度或频率发生变化,计算机就会看到变化。

当电压低于某个预定限制(例如 -10%)时,开关将负载移至逆变器的输出。该开关通常额定工作时间为4毫秒。然而,它直到下一个电压零才开始提供电压,这可能是一个半周期或 8 毫秒。额定功率为 200 瓦的备用 UPS 系统只需 80 美元。低成本是备用UPS的优势。

图 2     UPS 类型 (a) 备用、(b) 在线互动和 (c) 连续。

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在线互动式 UPS

图 2(b) 显示了另一种类型的 UPS,称为线路交互式 UPS。该操作类似于备用 UPS,因为在正常操作期间提供市电。读者在阅读此类 UPS 的广告时应该意识到这一事实往往被完全掩盖。

在线交互式 UPS 具有比备用 UPS 更好的逆变器,并在其输出端提供更好的正弦波近似值。它还具有降压-升压调节变压器,可在中等欠压和过压期间改变电压电平。在线交互式 UPS 系统的成本为 200 美元及以上,具体取决于大小。

第三类型的UPS在图2(c)所示,是什么通常被认为是当使用术语UPS的。在这种情况下,逆变器额定为连续输出并提供真正的正弦电压波形。负载的电源总是来自逆变器,除非 UPS 出现故障,在这种情况下,电源会返回到公用事业。整流逆变器 UPS 是三种类型中最昂贵的,一台个人计算机的成本为 600 美元以上。

所有三种类型的 UPS 系统都提供与计算机通信的软件。在长时间断电的情况下,该软件可以确保正常关闭任何打开的应用程序以及操作系统。该软件还允许记录功率差异的数据,例如低电压。但是,用户应该注意,如果不定期清除,数据记录创建的文件会随着时间的推移变得非常大。

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电动发电机组

不间断电源的另一种替代方案是电动发电机组,如图 3 所示。在这种情况下,公用电源运行电机,电机转动发电机为负载供电。通常,会添加飞轮以提供足够的能量存储,以便在短暂中断后继续运行发电机。

另一种选择是将发动机连接到机组,该发动机在飞轮能量耗尽之前启动,为更长时间的中断提供动力。在电子 UPS 变得具有成本效益之前,电动发电机组更受欢迎,并且还用于改变频率——例如,为大型计算机提供 400 Hz 的电源。当然,电子UPS也可以做变频。

佛罗里达州的一家机械厂发现,短暂的中断会造成严重的问题。他们安装了如图 1 所示的电子整流器和逆变器,但他们没有使用电池组,而是使用最先进的飞轮和直流发电机。飞轮包含在带有磁轴承的真空中,以最大限度地减少损失,并且可以在几分钟内提供高达 800 kW 的功率。该特定工厂发现,它们平均每天会出现 200 次骤降或骤升,其中 90% 的持续时间不到两秒。

还有其他设备可用于改善电能质量。在出现电压骤降或骤升的问题时,可以使用电压调节器来维持所需的电压。

市场上有几种类型的电压调节器。可以使用隔离变压器处理 EMI/RFI 噪声,该变压器在初级和次级绕组之间使用接地屏蔽来防止噪声的电容耦合。

UPS种类

UPS 可以在线或离线。两种系统都使用带有电池组和涓流充电器的直流链路逆变器。在离线系统的情况下,在正常操作中,电源直接由交流电源提供。如果主电源出现故障,转换开关会断开电源线并将逆变器连接到负载。恢复主电源后,负载将重新连接到电源线。离线系统的方框示意图在图7.22中。如果开关是固态的,开关过程可能需要几毫秒,如果开关是机电的,则需要几十毫秒。

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图7.22

对于在线系统,整流器-逆变器组合在正常运行期间从交流电源提供负载电源。如果主电源出现故障,电池会自动向逆变器提供直流链路,并且不涉及时间延迟。如果整流器-逆变器系统出现故障,可以使用转换开关将负载转移到交流电源。

电池充电器/整流器、备用电池(通常是铅酸电池)和逆变器是大多数 UPS 的主要组件。与 IT 设备相关的 UPS 应用范围从 用于个人 PC 或工作站的小型 (1 kVA) 备用设备到 用于数据中心应用的超大型 (>100 kVA) 在线 UPS。总体而言,与 IT 相关的 UPS 约占 UPS 销售额的 70%,每年消耗近 6 TWh。

UPS 有三种主要类型:备用、在线和在线交互。备用和在线互动系统具有相似的操作原理;相对于备用系统,线路交互架构通常提供卓越的 PM,因为它们具有带电逆变器。在标准操作在这种模式下,两种架构都允许电源通过 UPS 并进入电子设备,同时提供不同程度的电源调节,通常是浪涌抑制以应对电压尖峰,并使用滤波器来减少不需要的谐波。如果 UPS 电池电量耗尽,UPS 电池充电器会为其充电。当电源停止流向设备时,UPS 会检测到电力不足,并且传输会在设备和电池电源之间快速建立(钳位)电气连接,以便继续运行。在线交互和待机系统通常只消耗电子设备负载的百分之几,因为在默认操作模式下,它们允许功率以最小的 PM 传递到负载。

相比之下,在线 UPS 接受交流电源,然后对其进行调节和整流(从交流转换为直流)。随后,直流输出为电池充电,然后进入逆变器,逆变器将直流电源转换为经过良好调节的交流电源。如果输入电源出现故障,电池会继续为逆变器供电,并不间断地为负载提供高质量的电力,因为它没有转换开关。在线系统提供高可靠性,但比其他 UPS 系统成本更高,而且效率相对较低,在接近额定容量运行时通常会消耗 10% 到 15% 的功率流。新的 UPS 架构使输入电源能够在很大程度上绕过 AC-DC-AC 转换过程。取而代之的是,UPS主要提供输入功率和负载功率之间的差异,

UPS 效率还取决于 UPS 看到的实际负载相对于额定负载。UPS 具有建立“基本”负载的基本电力需求(用于风扇、电源等)。但是,电气元件的尺寸适合 UPS 的全额定功率,并且在较小的负载下散发的热量较少。最终结果是,当负载下降到额定负载的 50% 到 100% 之间时,UPS 的整体效率曲线相对平坦,但经常下降到低于 50% 并在低于 20% 时急剧下降。一般而言,UPS 尺寸过大,通常设计用于较大系统上 70% 至 80% 的负载,并且通常在设计负载的 50% 或更少时运行。存在这种做法的几个原因,包括一般设计保守性、未来扩展的余量、更大的冗余、停电后更长的负载运行时间、和用于维护目的的并行冗余系统。大约在 2002 年,许多数据中心的占用率很低,导致 UPS 负载远远低于预期负载。因此,许多 UPS 系统可能承受不到其额定负载的 25% 并且以低效率运行。

不间断电源 (UPS) 通常使用电池作为备用能源。如果他们要执行这个功能,他们必须有足够的能量存储,使他们能够运行所有的电信几个小时的设备。这是大量的能量,我们需要确保它不会意外释放。

电池是一种储存化学能的方式,可在需要时转换为电能。当不同的化学品在电路中组合在一起时,它们通常会产生 1 到 3 V 之间的电压,确切值取决于所使用的化学品。锂电池是目前高科技领域的赢家,其输出电压为 3 V,保质期超过 20 年!

由化学物质产生电压的单个单元称为“电池”。如果我们想要更高的电压,我们必须串联电池,然后我们有一组电池或“电池组”,我们现在简称为“电池”。因此,严格来说,在购买时,我们不应该要求 1.5 V 电池,而是要求 1.5 V 电池,但这往往会造成比其价值更多的混乱(见图 12.11)。

图 12.11。一组电池

电池分为初级和次级。不同之处在于只能为二次电池充电。有两种流行的二次电池——铅酸电池和镍镉电池。

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