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UPS的重要性及基础知识

UPS基础知识(一)

一、        为什么要用UPS

人们有了常见的错误概念,认为我们使用的市电,除了偶尔发生的断电事故,是连续而且恒定的,其实不然。市电是一个公共电网,连接着成千上万的各种各样的负载(用电设备),其中一些较大的感性、容性、开关电源等,它们不仅从电网获取电能,还会反过来对电网造成影响,恶化电网或局部电网的供电品质,造成市电电压波形畸变、频率漂移。另外,意外的自然或人为事故如:地震、雷击、输变电系统断路或短路,都会危害电力的正常供应,从而影响负载的正常工作。电网中经常发生并且对电脑和精密仪器产生干扰或造成损坏的问题,主要有以下几种:

1电涌:指输出电压有效值,高于额定值110%,并且持续时间为一个至数

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冲击。

2高压尖脉冲:指峰值达6000V,持续时间从0.1ms10ms的电压。这主

要由于雷击,电弧放电,静态放电或大型电气设备的开关操作而产生。

3暂态过电压:指峰值电压高达20000V但持续时间介于1us100us的脉

冲电压,其主

要原因及可能造成的破坏类似于高压尖脉冲,只是在解决方

法上会有区别。

4电压下陷:指市电电压有效值介于额定值的80%85%之间的低压状

态,并且持续时间为一个至数个周期。大型设备开面,大型号电动机起

动或大型电力变压器接入都能造成这种情况。

5电线噪声:系指射频干扰(RFI)和电磁干扰(EMI)以及其它各种高

频干扰。电动机的运行,继电器的动作,电动机控制器的工作,广播发

射,微波辐射以及电气风暴等,都会引起电线噪声干扰(如电视、CT

计算机显示器的雪花点等)。

6频率偏移: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致。

7持续低电压:指市电电压有效值低于额定值,并且

持续较长时间。其产

生原因是指:大型设备起动及应用,主电力线切换,起动大型电动机,

线路过载等。

8市电中断:指市电中断并且持续至少两个周期到数小时的情况,其产生

原因有:线路上的断路器跳闸,市电供应中断,电网故障等。

二、不用UPS会对计算机造成什么伤害?

对于电脑来说,显示器及主机工作都需要正常的电力供应。

尤其是内存,对电源的要求更高,它是一种依赖电能的存储设备,需要不断地刷新动作来保持存储内容。一旦断电所保存的内容立即消失。如果非正常断电,导致内存中的信息来不及保存到硬盘等存储设备上,就会造成信息完全丢失或变得不完整而失去价值,从而浪费大量的工作精力、时间、甚至造成巨大的经济损失。而对于UNIX(尤尼克斯)这样的操作系统,如果不正常关机,内存中的系统信息没有回传到硬盘上,还可能造成系统崩溃,无法再次起动。

此外,电脑中的硬盘,虽然应用的是磁存储介质,不会因断电而损失信息,但突然的电力故障会使正在进行读写工作的硬盘物理磁头损坏,从而造成整个硬盘的报废。另外现在的操作系统大都能设置总拟内存,由于突然断电,使系统来不及取消虚拟中的内容,从而造成硬盘中的“信息碎片”,不仅浪费了硬盘存储空间,还会导致机器运行缓慢,电脑中的电源是一种整流电源,过高的电压可能会造成整流器烧毁。而且电压尖脉冲和暂矿层这电压及电源杂波等干扰都可能通过整流器进入主机,影响机器的正常工作甚至烧坏主机线路。

总之,供电问题对于计算机工作的影响很大。因此随着计算机和网络应用的日益重要和广泛,安全可靠的电源已是网络设计和管理人员不得不认真面对的重要问题。

三、UPS使用说明书或传单中用几个技术指标说明:

1.市电:就是我们通常所说的交流电(AC),交流电的成分含:电压、电流、频率三项,其频率可分为50Hz60Hz两种,我们国家为220V 50Hz正弦波。

2.输出功率因数:输出功率因数指标是对UPS能带动非线性负载能力的一种规定,负载功率因数是由负载性质决定的,通常计算机类负载的输出功率因数为容性0.7左右,所以UPS多规定自己的输出功率因数为0.7这就意味着1KVA的在线式UPS,只能输出700W的有功功率。负载性质为感性时,UPS的输出能力还要降低,同真实的电网相比,UPS输出功率因数指标,表现出输出能力的局限性,是一个重要指标。

3.输出电流峰值系数(波峰比)

输出电流峰值系数的定义是:当输出电流中存在着周期性蜚声正弦波电流峰林值时,UPS所允许的最大非正弦波电流峰值与输出电流有效值之比,这个指标越大,说明带式刹车载能力越强。正弦波的峰值系数是1.414PC服务器这类非线性负载的电流峰林值系数在2.5~3.0之间。

4.有功功率:

交流电的瞬时功率不是一个恒定值,功率在一个周期内的平均值叫做有功功率。

5.视在功率:

在具有电阴或电流的电路中,电压与电流的乘积,叫做视在功率。

6.功率因数:

在直流电路中,是压乘以电流为有功功率,在交流电路里,电压乘以电流为视在功率。而且有功功率PPs,把P-5ps之比叫做功率因数用cos∮表示   P=PScos

注意:万用表不能用于测量非正弦交流电的值,因交流电档的指示实际是按照正弦交流电经过整流后的平均仁政换元积分法算到有效值来指示的。非正弦量的测量应采用电动系或电磁系仪表。

UPS基础知识(二)

一.        UPS有哪些功能?

1.UPS的含意是什么?

UPS是英文的缩号,中文的含意就是一句话,即“不间断电源”。它是一种含有储能装置,以逆变为主要组成部分的恒压、恒频电源设备。

主要用于给计算机、计算机网络系统或其它电田径电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时,UPS将市电稳压后供给负载使用,此时的UPS就是一台交流稳压器,同时它向机内电池充电,当发生市电中断等情况时,UPS立即将机内电池的电能,通过逆变转换的方法向负载继续供应交流电,使负载维持正常工作。

2UPS作为保护性的电源设备,它的性能参数具有重要意义,应是选购时考虑重点。

1)市电电压的变化范围宽它表明对市电的利用能力强(减少电池放电)

2)输出电压频率变化小,则表明对市电的调整能力强。输出稳定。

3)波形畸变率用以衡量输出电压的谐波含量

4)输出电压稳定度说明当UPS实然由空载加到满载时,输出电压的稳定程度

5UPS效率,功率因数转换时间等都是表达UPS性能的重要参数,决定对负载的保护能力和对市电的利用率。性能越好,保护能力越强。

总的来说,就UPS保护能力来讲,后备式UPS<在线互动式<在线式,则几乎可以解决所有的常见电力问题,当然成本也随着性能的增强而上升,因此用户在选购UPS时,应根据负载对电力的不同要求及负载的不同重要性,选取不同类型的UPS

另外UPS不但直接用于计算机,凡配有计算机的设备(如医学上的CT、供应站的仪表等)雷达站,军区通风系统,程控电话系统,外科手术室等,均使用UPS代替发电机工作后备电源。

 

二.        UPS的分类

从其发展历史来说,UPS经历了两个阶段:旋转式UPS和静态变换式UPS

1)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

                                                                                                 当市电断后,由于飞轮的惯性作用,会继续带动发电机的轮子旋转,继续给负载供电,由于此

系统庞大,操作不便而且效率低、噪声大、污染环境、电力品质不高,目前已经不采用,随着电脑

网络、医疗器械和精密仪器的不断涌现和大量采用,出了另一种形式UPS

2)静态变换式UPS:从技术上讲,静态式UPS分为三大类:

a.    离线式(OFF LINE后备式)

b.    在线式(ON LINE

c.    在线互动式(ON LIENINTERACTIVE

在线式和后备式:

从原理方面看,主要区别在于:后备式UPS在有市电时仅对市电进行稳压,逆变器不工作,处于等待状态;当市电异常时,迅速切换到逆变状态,将电池中电能逆变成交流电,对负载继续供电,因此后备式UPS在由市电转为逆变工作时会有一段转换时间,一般小于10ms。而在线式UPS开面后逆变器始终处于工作状态,因此在市电异常转为电池放电时没有转换时间,即零中断。

此外还有一种在线互动式

所谓在线互动式UPS,是指在输入市电正常时,UPS的逆变器处于反向工作(即整流工作状态)给电池充电,市电异常时逆变器立刻转为逆变工作状态,因此在线互动式UPS也有转换时间。

在线互动式UPS的保护功能比后备式UPS要强,逆变器输出电压波形较好,一般为正弦波。

3)另外从备用时间上,UPS分为标准型和长效型两种

a.    标准型UPS:一般来说标准型UPS机内带有电池组,在市电停电后可以维持较短时间的供电(一般不超过20min

b.    长效型UPS:机内不带电池,但增加了充电器,用户可以根据自身需要配接多组电池以延长供电时间。

三.  UPS的供电方式与容量选择:

1.UPS的供电方式:

UPS的供电方式分为集中供电方式和分散供电方式两种

a.    集中供电式是指:由一台UPS向整个线路中各个负载装置集中供电。

b.    分散供电方式是指用多台UPS对多路负载装置分散供电。

2.UPS的容量选择与负载的关系

并非所有的电器设备都需要使用UPS,同样UPS也并非适用所有的电器设备。用户在选择UPS时,主要应考虑负载大小,负载装置的特性,负载装置的重要程度以及不良电力对负载的影响程度。

a.    负载装置的特性:

交流负载的供电方式一般分为单相和三相两种。

小功率负载,功率从几百VA10KVA,一般采用单相供电方式。大功率负载,功率从几十KVA1000KVA,多用三相供电方式,因此需选用三相输出的UPS

b.    负载类型一般为电阻性、电感性、电容性等。

电脑及其外围设备多为非线性负载。(容性负载)非线性负载起动时都有冲击电流,电脑等整流性负载在正常运行时,其峰值因数为2-3即电流的峰值为其有效值的2-3倍,因此在等角和UPS时应考虑到这一特性,应给UPS留一定的余量,对于某此功率因数较低的感性负载,如空调机等,因其起动电流相当大,可达其额定值的5-7倍,并且频繁起动,因此一般小型UPS不适用,除非留有足够的余量。

负载大小与UPS容量计算

一般电器负载都会给出其额定功率或额定电流,及功率因数等参数,但由于不同类型的负载差异较大,故总功率不能简单的相加而该求其相量和,好在一般情况下,用户负载大多为电脑设备,其输入功率因数在0.650.7之间,因此可以将各个负载的额定功率累加求出总功率,而个别其它类型的负载如打印机等,可以按起动电流大小将其额定功率乘以一个系数再计算进去。

根据负载总容量,UPS容量一般可以按以下公式选择:

UPS容量≧负载总容量÷0.8(系数)

即负载总容量应为UPS额定容量的80%以下。选择80%,主要是考虑到负载起动时的冲击电流以及用户今后扩容的需要。

.    蓄电池放电时间的确定

标准型UPS本身机内的带电池,在停电后一般可以继续供电几分钟,而长效型UPS配有处置电池组,可以满足用户长时间停电时继续供电的需要。

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。一般计算UPS电池供电时间,可以计算出电池放电电流,然后根据电池放电电流计算出放电时间。

电池放电电流可以按以下经验公式计算:

影响电池寿命的内外部因素

外部因素:

1、环境温度偏高时:

     电池的使用环境温度为20-25,每当温度增加10会导致电池的实际使用寿命缩短一半。一般说来电池的最高环境工作温度不超过45,当温度超过55时会造成电池毁灭性的损坏。

2、环境温度偏低时:

会造成电池所提供有效容量(AH值)下降,例如:25下降到0,电池有效放电容量下降20%-30%

3、深度放电

电池深度放电也会使使用寿命缩短的另一重要原因。与UPS供电系统的联接实际负载量较小时,一旦市电停电电池就会有被深度放电的危险,一定要严格控制放电时间。

 

内部因素:

1、充电电压:给电池充电的电压不能高也不能低就好,要恒定。

2、充电电流:给电池充电的电流也要严格的控制和掌握,严防电流过大使电池损坏。

 

五.   UPS的使用

1. 正常的开面顺序

先大容量负载后是小容量负载,开机时千万不能所有负载同时接通。也不可带载开机。

2. 关机顺序

先逐个断开负载,再断开UPS的输出开关。

3. 后备式UPS的使用

后备式UPS一般在有市电状态下设有负载检测功能,只靠输入保险丝保护,如用户使用时不注意这一点,在有市电时很容易带载过大,虽然在市电状态下,UPS还可能继续工作,但一旦市电异常转为逆变工作时,UPS就会因过载保护而关机,严重时会造成UPS损坏。因此在使用后备式UPS时应特别注意不要带载过量。另外由于后备式UPS电源在市电断电或异常时,电池供电时这款式电源输出为方波,因此该机型不能带感性负载。

这一点请切记!!

4. 长效型UPS的使用

长效型UPS由于采用外接电池组以延长供电时间,外接电池的好坏直接影响到UPS的放电时间,因此在使用长效型UPS时应特别注意电池的使用和保养。

由于长效型UPS外置电池与UPS主机是分开的,相互间由导线连接,电池连接时电压极性一定要正确。

电池与主机之间的连叶绿素要等UPS在市电输入并产生充电电压后再连接,为什么呢:因为在不接市电时,就没有充电电压,此时该机里的电容没有电荷,这时电池突然接入能产生一个很大的电流,可能把管烧坏,另外可能把电池接头接线端子烧坏或焊上。这是我们在试机,安装时要注意?

六.  UPS如何选型

UPS选型,可以从下述诸方面考虑:

1、后备、在线及输出波形选择考虑。

    在线式正弦波输出UPS的主要考虑:

由于在线式UPS无论是在市电供电正常时,还是在市电供电中断期间,它对负载(计算机)的供电均是由UPS的逆变器提供?,正因为如此就从根本上安全消除了来自市电的任何电压波动和干扰对负载工作的影响,真正实现了对负载无干扰稳压供电,显然这一点不是任何一种机器干扰交流稳压电源所能解决的。目前在市场上销售的在线式UPS,当外界市电电压变化范围为165V-275V时一般它的输出电压稳定精度可达220V±3%,正弦波的工作频率稳定度为50Hz±1%甚至更高。波形失真度均在<3%范围内。当市电供电中断时,在线式UPS能实现对负载的真正不间断供电,(零转换)在线式UPS同后备式UPS相比,它有优良的输出电压瞬态特性。一般在100%负载加载或100%负载减载时,它的输出电压变化范围≤5%,这种变化的持续时间一般为20-60ms。在线式UPS一般采用20KHz左右的PWM脉冲宽度调制技术,所以噪音都比较小,一般噪音小于50dB

    在线式UPS的控制线路设计中,由于采用了输入、输出变压器及光电耦合器件的技术手段,这样它将“强电”驱动部分与“弱电”控制线路部分从电的角度隔离开来。因而线路工作的可靠性得到了较大的提高,这种UPS的故障率一般很低。

    后备式方波输出UPS的特点。

后备式方波输出UPS一般也采用了抗干扰式分级调压稳压技术,因而当市电电压在165V-275V之间变化时,它仍能向计算机提供抗电网干扰的稳压电源,它的电压稳定精度在220V±5%220V±10%之间,这种机型和在线式机型不同之处,在市电中断时,这种UPS电源向负载提供的交流电是方波而不是正弦波,一般其方波电压输出的有效值的稳压精度仍可达到220V±5%的要求。

后备式方波输出UPS的逆变器的方波脉冲宽度和峰值是和负载电流有关:UPS的负载越重,方波脉冲宽度最窄,方波的峰值最大(约311V左右),因此这种UPS在从市电供电刚刚转换到逆变器供电的瞬间,负载会随到相当严峻的电压冲击,同时,由于方波输出,包含有大量的高次谐波分量。

由于后备式UPS造价较低,所以在线路设计上没有使用50Hz市电同步技术,因此,在进行市电供电→逆变器供电轮换过程中有可能出现使负载在转换瞬间随到接近于电源电压2倍的电压。另外,由于在方波输出时,它的正、负方波电压脉冲之间有可能出现近5ms的零电压期间,如果再加上继电器的4ms的转换时间的话,在最坏情况下,方波输出的UPS在市电供电→逆变器供电转换过程中,可能出现9ms的供电中断时间,也就是说,这种类型UPS的转换时间的长短带有很大的偶然性,其变化范围为4-9ms之间,因此这种电源的供电中断时间的长短是个变量,而且它不是用户所能控制的。

智能化UPS电源的概念

在计算机网络及曜网络迅猛发展的客观要求的推动下,当今的UPS电源已在大量引进微处理的临近技术的基础上发展成为一种智能化UPS电源。所谓智能化UPS是指能在UPS电源和微机/计算机网络之间建立起双向通信调控管理功能(微机管理系统)。目前在线式UPS电源都可以实现(如:山特、恒电、APC、威森等等)。

其控制功能:

1)UPS在运行中,因市电供电故障或停电时,把此故障通过上述通信通道供给计算机,当电池级的端电压快下降到其临界放电电压时,微机/计算机网络合在UPS电源发出自动关闭操作系统命令的驱动下,自动完成将程序和数据转入磁盘后,再自动关闭操作系统,从而达到确保用户的软件和数据的安全可靠。

2)可在微机/计算机网络的各种监视平台上实时监控UPS电源的运行,利用这种控制功能可在微机/计算机网络,终端上实时监视UPS电源的运行参数(输入/输出的中心,电流和频率,UPS电池组的视电/电压和电压值,UPS的输出功率及有关的故障/报警信息,(不可以在微机/计算机网络终端上对UPS电流的输出执行定时的自动开机/自动关机操作等等)。

自动调压型稳压器(盘式、柱式等)

a)优点:

①输入电压范围宽(利用碳刷移动行程长)。

②输出电压波形与输入电压波形相同,相位也一致。

③整机效率高(自耦调压损耗小,一般效率为95%以上)。

④负载性质适应性好。

⑤容易制作,成本低、价廉。

⑥可以做成大功率补偿型电源。

b)缺点:

①工作寿命较短(因为碳刷易磨损)

②响应时间长(因利用机械传动,动作慢)

c)适用场合:对响应时间没有要求的部门,一般电子仪器都可以。

净化型稳压器(含精密型稳压器)

1、优点:

    抗干扰性能好。

    稳压精度高(优于±1%

    响应时间短,即响应速度快(40-60ms

    电路比较简单,工作可靠。

2、缺点:

    带非线性负载(计算机、程控交换机等)有时有低频振荡现象。

    输入侧电流失真较大,功率因数较低。

    输出电压对输入电压而言有相移。

3、适用场合:

对抗干扰功能要求较高的单位,在城市里应用为宜,(电压波动范围小),可以给计算机供电,但必须按计算机总功率的2-3倍左右选择稳压器输出容量(因计算机属于非线性负载)。

以使用1-5KVA机型较好,因具有稳压抗干扰响应速度快和价格适中等优点,所以应用较广泛。

 

小型机UPS电源安装时基本方法:

1、安装环境,要清洁、通风,操作方便。

2、机器容量是否适合,带多少负载,机器容量是否够用。

3、长延时机首先了解,该机直流电压是多少,把电池组装好,到机器的引线

+-是否正确。

4、输入电压是否和机器一致,(用万用表测量一下电压是否正确)

5、将输入、直流导线接好,一定要牢固可靠。

6、开机进行实验,观察主机开机后工作是否正常,有无异常现象和声音,指示灯指示是否正常。

7、用万用表测量输出端,电压是否正常、流电电压是否正确,运行十分钟一切正常后带载进行试验。

切勿:一定不要带载开关机。从大到小。

 

 

 

 

 

 

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