2UPS专业知识.docx
《2UPS专业知识.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2UPS专业知识.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
2UPS专业知识
什么是UPS
UPS是UninterruptiblePowerSystem的缩写，中文名不间断电源。
所谓不间断电源就是当交流电网（市电）输入发生异常或中断时，它可以继续向负载供电，并能够保证供电质量，使负载供电不受影响，这种供电装置称为不间断电源装置，或者称为不间断供电系统。
UPS的基本功能
1、电网电压正常时，市电电压通过UPS稳压后供应给负载使用，性能好的UPS本身就是良好的交流稳压器，同时它还对机内的电池进行充电，贮存后备能量；
2、电网电压异常时（欠压、过压、掉电、干扰等）UPS的逆变器将电池组的直流电能转换成交流电能维持对负载的供电；
3、UPS在电网供电和电池供电之间自动进行转换，确保对负载的不间断供电。
一般的电脑设备允许有很小的电力间断（切换时间10ms以内），但精密的电脑设备和通信设备不允许电力有间断（切换时间0ms），所以应确认你需要的UPS切换时间究竟是多少。
UPS解决电源干扰问题
1、停电保护
瞬间停电时立即由UPS将电池DC电源转换成交流电继续供电。
2、高低电压保护
市电电压过高或过低时UPS内建稳压器（AVR）将做适当的调整,使市电的电压保持在可使用的范围,若电压过低或过高超过可使用范围,UPS将电池DC电源转换成交流电继续供电,以保护用户设备。
3、波形失真处理
由于电力经由输配电线路传送至客户端,各种机器设备的使用,往往造成市电电压波形的失真,因为波形失真将产生谐波干扰设备且会使电力系统变压器温度升高,一般要求失真率（%）<5%,一般UPS设计失真率（%）<3%。
4、频率稳定
市电频率分为50Hz/60Hz两种,所谓频率就是每一秒变动的周期,50Hz就是每秒50周次,台湾市电的频率是60Hz,大陆是50Hz.发电机运转时受到客户端用电量的突然变化造成转速的变动将使转换出来的电力频率飘移不定,UPS转换的电力可提供稳定的频率。
5、电压稳定
市电电压易受电力输送线路质量的影响,离变电所较近的用户电压较高约130~120V,离变电所较远的用户电压较低约100~90V,电压太高或太低会使用户设备缩短寿命,严重时会烧毁设备,使用在线式UPS可提供稳定的电压电源,电压变动不到2V,可延长设备寿命及保护设备。
6、抑制横模噪声（TRANSVERSEMODENOISE）
横模噪声产生在火线与中性线之间。
7、抑制共模噪声（COMMONMODENOISE）
共模噪声产生在火线/中性线与地线之间。
8、突波保护
一般UPS会加装突波吸收器或尖端放电设计吸收突波,以保护用户设备。
9、瞬时响应保护
市电受干扰时有时会造成电压凸出（SPIKE）或凹陷（NOTCH）或瞬间压降（TRANSIENT），使用在线式UPS可提供稳定的电压,使电压变动不到2V,可延长设备寿命及保护设备。
10、监控电源
配合UPS的智能型通讯接口及监控软件可纪录市电电压频率停电时间及次数来达到电源的监控,并可安排UPS定时开关机的时间表来节约能源。
UPS的分类
按照不同的标准有不同的划分方法，如按UPS工作性质可分为以下几种：
离线式（OFFLINE）、在线式（ONLINE）、在线互动式（LINEINTERACTIVE）。
什么是在线式不间断电源
即为ONLINEUPS，其动作方式是：
当市电正常供电时，市电经滤波回路及突波吸收回路后，分为两个回路同时动作，其一是经由充电回路对电池组充电，另一个则是经整流回路，作为变流器的输入，再经过变流器的转换提供净化过的交流电力给负载使用；当市电发生异常时，变流器的输入则改由电池组来供应，变流器持续提供电力，达到完全不断电。
由此可知，在线式不断电系统的输出完全由变流器来供应，不论市电电力品质如何，其输出均是稳定且纯净的正弦波电源。
什么是离线式不间断电源
即为OFFLINEUPS，其动作方式是：
当市电正常供电时，直接供应给负载使用，在此同时有一回路经充电回路对电池组充电；当市电的电压不稳定或市电发生异常时，UPS内部会切换到变流器，由变流器提供稳定的电力给负载使用，大部份此类产品的输出波形皆为方波或阶梯波，亦适用于计算机之电源。
什么是在线交互式不间断电源
即为ONLINEINTERACTIVEUPS，其原理与离线式不断电系统相差不远，主要不同在于此类产品将充电回路与变流器整合为双向转换回路，可自动侦测输入电压是否符合正常范围，如有偏差可由稳压电路升压或降压，提供较稳定的输出电压，其它工作原理与离线式相同。
标准型UPS和长效型UPS的区别
根据后备时间，UPS还可分为标准机和长效机。
标准机用内置电池，后备供电时间较短，一般在5-15分钟。
长效机则可根据用户需要，增大电池容量配置，延长后备时间。
但这要求更大的充电器来满足电池充电电流和充电时间性的需要，因此厂商在设计时会放大充电器容量或加装并联的充电器。
高频机与工频机的区别
1、高频机是利用高频开关技术，以高频开关元件替代整流器和逆变器中的高频变压器的UPS，俗称高频机，高频机体积小、效率高。
高频机不带隔离变压器，其输出零线存在高频电流，主要来自市电电网的谐波干扰、UPS整流器和高频逆变器脉动电流、负载的谐波干扰等，干扰电压不仅电压高而且难以消除。
如果逆变功率器件发生短路，则直流母线上的高直流电压直接加到负载上，这是安全隐患，而工频机则不存在此问题。
2、工频机是采用高频变压器作为整流器与逆变器件的UPS。
俗称工频机，主要特点是功率部件稳定可靠、过负荷能力和抗冲击能力强。
而且工频机的输出零线电压低，不存在高频分量，对于计算机网络的通信安全来讲更加重要。
3、性能比较
经过这些比较，可以清晰地看出工频机在很多方面要优于高频机。
对于可靠性要求高的一些重要、关键负载的电源保护方案还应以工频机为首选。
高频机与工频机UPS指标和性能对比
比较的指标性能
高频UPS
工频UPS
过载能力
一般
较强
抗输入浪涌能力
一般
较强
输出抗冲击、短路能力
一般
较强
输入PF值
0.99
0.7
整机效率
85%～90%
75%～85%
功率密度
高
低
零地电压
相对较差，有高频分量
较好
输出级元器件
多
少
功率器件容量
少
大
故障时器件损坏程度
高
低
可靠性
一般
好
可维护性
较复杂
简易
重量
轻
重
体积
小
大
匹配发电机适应力
较差
好
价格
较便宜
相对较贵
ATS与STS的区别
STS（StaticTransferSwitch）静态转换开关的简称。
STS用于在两个独立的AC电源之间转换供电，第一路出现故障后STS自动切换到第二路给负载供电，第二路故障的话STS自动切换到第一路给负载供电。
与传统的自动转换开关ATS不同,静态转换开关提供快速负载转换（一般为1/4周期）,保证精密的电子设备不间断工作。
负载重新转换到主输入电源实际上是瞬时的（≤8ms）。
适合用于UPS与UPS，UPS与发电机，UPS与市电，市电与市电等任意两路电源的不断电转换。
STS静态切换开关主要由智能控制板,高速可控硅,断路器构成。
其标准切换时间为≤8ms,不会造成IT类负载断电。
既对负载可靠供电,同时又能保证STS在不同相切换时的安全性。
STS的基本应用包括电力工业的自动化系统,石化工业的电源系统,计算机和远程通讯中心,大楼的自动化和安全系统,以及其他对电源中断敏感的设备。
ATS（AutomaticTransferSwitch）自动转换开关的简称。
ATS主要用在紧急供电系统，将负载电路从一个电源自动换接至另一个（备用）电源的开关电器，以确保重要负荷连续、可靠运行。
ATS为机械结构，以接触器为切换执行部件，切换功能用中间继电器或逻辑控制模块组成二次回路完成控制功能，缺点是主回路接触器工作需要二次回路长期通电，容易产生温升发热、触点粘结、线圈烧毁等故障。
同时如果是大负载情况下，转换时间相对比较长，为100毫秒以上，会造成负载断电。
不间断电源适用的设备
不间断电源，一般应用于保护重要设备，例如：
计算机设备，精密仪器，医疗仪器等。
由于UPS研发设计以计算机为主，并非所有负载均适用，尤其是电感性负载，像电风扇、空调等家电均不适用。
因为电感性负载会有反电动势的产生，对于离线式UPS会造成伤害。
此外像复印机、激光打印机等激活电流较大的设备亦不适用于UPS，因其瞬间启动电流大。
若UPS容量不足时，易造成瞬间超载。
一旦适逢市电中断时，UPS输出亦中断。
平时UPS长期处于超载使用时，将缩短电子组件及UPS的寿命。
不间断电源容量的计算
1、目前市面上销售的不间断电源大都以VA（视在功率）为单位，V表示电压，A表示电流，电压乘以电流就表示功率，也就是不间断电源的容量；以一部500VA的不间断电源来说明，当其输出电压为110V时，其可供应电流4.55A，当您的负载所需求的电流值超过4.55A时，就表示超载了。
2、另一个表示功率的单位是"W"，W表示的是实功，VA表示的是虚功，两者之间有一个功率因子的差别，Ｗ＝ＶＡcｏｓθ，这个cｏｓθ就是功率因子，功率因子到底多少，各家产品不同，有的是0.6，有的是0.8，目前大部份的市售产品都定在0.7。
3、将各个负载的额定容量累加求出总容量，并对瞬间激活耗电量大的负载如票据打印机，需另以瞬间激活时的耗电量计算，避免所有设备同时激活造成超载情形时，一旦市电中断则UPS亦无法持续供电。
4、负载总耗电量（VA值与W值）不得大于UPS输出端功率（VA值与W值），否则就是超载。
一旦市电异常或中断，UPS无法正常运作，亦造成负载面临断电危机，这是一般用户最容易疏忽的问题。
不间断电源的供电时间
不间断电源主要功能是提供短时间且零中断的电源给设备使用，一般续供电时间约为5～10分钟，可供使用者完成关机或及时将发电机启动以代替市电。
如非环境或设备需求，则不需考虑延长供电时间，否则将增加电池放置空间及采购成本。
使用不间断电源（UPS）的必要性
有一个常见的错误概念，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。
市电系统作为公共电网，上面连接了成千上万各种各样的负载，其中一些较大的感性、容性、开关电源等负载不仅从电网中获得电能，还会反过来对电网本身造成影响，恶化电网或局部电网的供电品质，造成市电电压波形畸变或频率漂移。
另外意外的自然和人为事故，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。
根据电力专家的测试，电网中经常发生并且对电脑和精密仪器产生干扰或破坏的问题主要有以下几种：
1、电涌（powersurges）：
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、高压尖脉冲（highvoltagespikes）：
指峰值达6000v，持续时间从万分之一秒至二分之一周期（10ms）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（switchingtransients）：
指峰值电压高达20000V，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高压尖脉冲，只是在解决方法上会有区别。
4、电压下陷（powersags）：
指市电电压有效值介于额定值的80％至85％之间的低压状态，并且持续时间达一个到数个周期。
大型设备开机，大型电动机启动，或大型电力变压器接入都可能造成这种问题。
5、电线噪声（electricallinenoise）：
系指射频干扰（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。
6、频率偏移（frequencyvariation）：
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。
7、持续低电压（brownout）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。
8、市电中断（powerfai1）：
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。
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，就会造成信息因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UNIX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写到硬盘上，还可能造成系统崩溃，无法再次启动。
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，或者系统文件在维护文件系统时，造成文件分配表错误，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虚拟内存，由于突然的断电，使系统来不及取消虚拟内存，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。
而电压尖脉冲和暂态过电压以及电源杂讯等干扰都可能通过整流器进入主机板，影响机器的正常工作，甚至烧毁主机线路。
总之，电力问题是计算机工作的重大威胁。
但是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。
“需要是社会发展的第一推动力”，在这种背景下，UPS（不间断电源）应运而生，并伴随电力电子技术的发展，不断推陈出新，在十数年间，不仅造就了一个崭新的产业，而且随着时间的推移更将有蓬勃的发展和灿烂的前景。
目前，我国仅有少数地区刚刚解决了电力紧张的问题，大部分地区和大城市还面临着电力供应紧张的迫切问题，供电质量更是不能得到保证。
但即使是在早已实现电气化的美国和其它西方国家，电网的质量也远非可靠。
由于电网本身的质量有问题与各种偶然因素的作用，电压浪涌，电磁噪声，持续电压偏高等电网不良现象在发达国家也是常事，甚至还可能发生短时间停电。
来自电网的不良因素还有：
电源电压瞬时或长时间的下陷、浪涌和中断，电源频率的漂移和不稳，电源输入波形畸变，各种尖峰干扰和噪音等。
这一切对于高精度的敏感仪器和不能中断的设备来说是非常严重的。
例如：
计算机在工作时停电或者是有一个比较大的电压低落，就可能造成内存上的信息被冲掉及硬盘数据丢失的后果。
在医院里，电子医疗设备如果因为停电而停止工作，对病人的影响是致命的。
事实上，在造成数据丢失的各种因素中，电源故障以45．3％的机率居首位，其它几种主要的因素分别是：
暴风雨9.4％、火灾8.2％、硬软件故障8.2％、洪水6.7％、地震5.5％。
长期使用不间断电源的成本效益
不间断电源的效益是十分具体显著的。
IBM美国总公司曾委托Allen一segall作过效益及成本评估，如下表：
电源设备
效率（%）
安装成本
运行成本
未解决电力问题成本
总成本
高隔离变压器
18％
13
9
364
386
线性电压调节器
38%
19
117
274
410
负载调节器
37％
20
21
277
318
磁共振
43%
24
74
250
348
电动机
79%
37
88
94
219
UPS
100%
73
47
0
120
由上表可以证明UPS的长期成本是最低的，所有电脑系统都不是为短时间考虑的，都是为了长期的工作与目的，相信明智的选择是“装设不间断电源”，电脑安心，您也安心。
UPS电源如何选购
1、先确认需要何种类型的UPS
就中国目前的电力情况而言，UPS是一种非常必要的电源保护设备。
不同的用户对UPS类型的需求也是不同的，如：
重要设备需选用性能优异，安全系数极高的在线式机种，在线式UPS功能完善，能抵抗来自电网上的各种侵害，如高压、尖峰、浪涌、杂讯干扰等等，输出纯净的电源，时刻保护你的负载。
网络用户除选用在线式外，亦可考虑线上互动式UPS。
个人及家庭用户可以考虑选用后备式机型，后备式UPS价格低廉，外形轻巧，是个人电脑的理想伙伴。
它在从市电切换到电池供电时的转化时间小于10毫秒，而PC机具有储存电能的电容，可忍受小于20毫秒的停电转换时间，所以不会影响PC机的正常使用。
2、确定所需的UPS功率（VA）值
列出所有需要保护的设备，别忘了显示器、主机、外挂硬盘等。
每一设备的电压及电流数据可在其背板上找到，把两者相乘即可获得（VA）伏安值。
有些设备用瓦特乘以1.4即可获得大致的伏安数。
把所有部件的VA值汇总；将汇总值加上30%的预留扩充容量，以备系统升级使用。
3、确定负载设备所需的备用时间
断电时，设备只需进行存盘、关机操作，建议选择标准型UPS；
断电时，负载设备仍需进行长时间运转，应当选择长效型UPS。
4、附加功能选择
为了提高系统的可靠性，建议采用UPS热备份系统，可以考虑串联热备份或并联热备份。
小容量的UPS（1～2KVA）还可以选用冗余开关。
可以选用远程监控面板，实现在远端监视和控制UPS的工作；可以选用监控软件，实现计算机和UPS之间的智能化管理；可以选用网络适配器，实现UPS的网络化管理（基于SNMP）；在某些多雨多雷地区，可以配用防雷器。
还要考虑是否能够对网络使用和对外设进行保护，因为外设越来越齐全（如打印机、扫描仪），这部分设备也同样需要保护。
是否具备电缆线浪涌保护和数据线浪涌保护功能，在无人值守时是否能够进行自动的系统关机。
另外，因为用户商用桌面的UPS多放在自己的身边，所以在产品的设计风格、制造工艺方面也是需要考虑的。
5、选择一个品牌好的UPS供应商
供应商提供的产品质量要有保证；售后服务周到、及时。
一台UPS的使用寿命至少有3年，所以最好选择能提供3年保修服务的品牌。
另外销售和维修网点的覆盖面可以保证产品的及时维修。
9种常见电源故障及UPS电源应用对策
1、市电停电
定义
电压为零，持续两个周波以上
产生原因
电网电路开关跳，电网电源失败
危害
设备非正常停机造成数据丢失或数据错误，甚至造成硬件损坏
对策
在线式、交互式、后备式UPS，可以有效保护负载免受停电危害
2、电压低
定义
持续低于标称电压（RMS值）85%较长时间
产生原因
大功率设备启动并持续运行，电网内外网接入，电网过载
危害
用电设备硬件故障提前发生，设备停机或数据丢失
对策
在线式、交互式、后备式UPS，可以有效使负载免受低电压危害
3、电压波动
定义
电压低于正常电压范围（RMS值）的85%或高于125%，持续2个周波内的循环波动
产生原因
大功率设备频繁启停，高启动电流设备频繁启停
危害
设备提前老化，系统非正常复位，停机后重新启动，数据丢失
对策
在线式、交互式、后备式UPS，可以有效对电压波动提供保护
4、电压浪涌
定义
电压超过正常电压范围（RMS值）的150%以上，持续一个周波以上的瞬间高电压，任何导体（包括电缆及数据线）都能传送浪涌
产生原因
大功率电力设备从电网上脱离
危害
发生设备烧损，数据错误或丢失，突然关机
对策
在线式、交互式UPS，可以有效对电压浪涌提供保护
5、高电压尖峰
定义
在100ms到1/2周波内电压迅速上升到峰值6000Vac
产生原因
闪电串入，大容量开关通断，静电放电
危害
数据丢失或错误，硬件损坏，电路板烧损
对策
在线式、交互式UPS，可以有效对高电压尖峰提供保护
6、顺态尖峰
定义
在10ms到100ms内电压上升到20000Vac
产生原因
闪电串入，大容量开关通断，静电放电
危害
数据丢失或错误，硬件损坏，电路板烧损
对策
只有AC/DC/AC结构在线式UPS可以对顺态尖峰提供有效保护
7、谐波干扰
定义
电源波形发生畸变，正弦度超出一定范围
产生原因
供电回路中有可控硅整流设备，高回馈污染设备运行，变压器线圈饱和
危害
高次谐波会影响通讯及发射信号质量，数据误码率高，±低次谐波会影响设备运行寿命
对策
只有AC/DC/AC结构在线式UPS可以对谐波干扰提供有效保护
8、线路噪声
定义
射频干扰（RFI）电磁干扰（EMI）其他频率影响
产生原因
高频开关设备、电机控制设备、广播传送微波通讯设备运行
危害
通讯或数据传输失败，系统死机
对策
只有AC/DC/AC结构在线式UPS可以对线路噪声提供有效保护
9、频率波动
定义
电网频率发生明显变化，超过±0.5Hz
产生原因
电网过载，电网设备故障或频率特性差，油机供电
危害
对频率敏感设备造成运行混乱或终止运行，设备寿命缩短
对策
只有AC/DC/AC结构在线式UPS可以对频率波动提供有效保护
UPS供电方式的选择
UPS的供电方式可分为集中供电方式和分散供电方式两种。
集中供电方式是指由1台UPS向整体线路中各个负载集中供电；分散供电方式是指多台UPS电源对多路负载分散供电。
集中与分散供电方式的优缺点各异。
集中供电方式，便于管理、布线要求高、可靠性较低、成本高；分散供电方式，不便于管理、布线要求低、可靠性较高、成本低。
什么是模块化UPS
模块化UPS是由：
机架、UPS功率模块、静态开关模块、显示通信模块以及电池组构成。
1、功率模块:
包括传统UPS的整流、充电、逆变以及相关控制电路等部分组成。
2、静态开关模块:
UPS处于过载时的共用供电通道，是由双向可控硅和控制电路组成。
3、显示通信模块:
作为人机对话和网络化监控的平台。
模块化UPS电源的特点：
1、冗余高可靠性:
杜绝出现重大恶劣事故;
2、容量配置的灵活性:
扩容升级零风险;
3、可维护性:
在线热插拔，无需转旁路;
4、高效节能、绿色环保性:
对电网无污染;
5、投资有效性:
降低用户初期和扩容及运营成本。
模块化UPS的三大优势
模块化被认为是UPS技术发展的趋势，相对于传统意义上的UPS，模块化UPS具有三大优势。
第一，“模块化冗余并联”技术避免了资源浪费。
在行业用户的信息网络供电系统建设中，经常会对高端UPS的容量产生错误的、或是过低或是过高的预计，其结果可能会导致采购成本过高、无法满足负载需要或造成资源、空间及能源浪费等情况。
模块化UPS通过可扩充的模块结构有效解决了这一问题，它可以帮助用户在未来发展不明确的情况下分阶段进行建设和投资。
第二，高安全、易维护的热插拔技术突破了应用瓶颈。
传统高端UPS在日常维护、设备维护期间均需要采取转旁路的方式，而负载在这种情况下是不受UPS保护的。
因此，如果此时发生电源中断、过载等故障，将会造成严重的损失，并且其维修过程相对繁琐，不利时效。
模块化UPS系统中采用的热插拔技术可以允许单体模块在不需停电的前提下任意进入或退出并联单元，从而实现了并联系统的在线维护，同时无需专门的仪器或技术即可进行。
第三，电源相位多制技术降低了采购和管理成本。
传统高端UPS的电源输入与输出相位是固定的，因此用户在进行供电系统建设时，经常会为了顾全不同的相位及容量而增加UPS的数量。
在模块UPS系统下，则可以采用电源相位多制技术来改变过往单一性造成的制约，用户无需再考
升级会员 