UPS電源的基本知識(shí)

一、為什么要用UPS 
　　
　　有一個(gè)常見的錯(cuò)誤概念，認(rèn)為我們使用的市電，除了偶爾發(fā)生的斷電事故，是連續(xù)而且恒定的，其實(shí)不然。市電系統(tǒng)作為公共電網(wǎng)，上面連接了成千上萬各種各樣的負(fù)載，其中一些較大的感性、容性、開關(guān)電源等負(fù)載不僅從電網(wǎng)中獲得電能，還會(huì)反過來對(duì)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。另外意外的自然和人為事故，如地震、雷擊、輸變電系統(tǒng)斷路或短路，都會(huì)危害電力的正常供應(yīng)，從而影響負(fù)載的正常工作。根據(jù)電力專家的測(cè)試，電網(wǎng)中經(jīng)常發(fā)生并且對(duì)電腦和精密儀器產(chǎn)生干擾或破壞的問題主要有以下幾種：
　　
　　1、電涌（power surges）：
　　
　　指輸出電壓有效值高于額定值110%，而且持續(xù)時(shí)間達(dá)一個(gè)或數(shù)個(gè)周期。電涌主要是由于在電網(wǎng)上連接的大型電氣設(shè)備關(guān)機(jī)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(dá)6000v，持續(xù)時(shí)間從萬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(shè)備的開關(guān)操作而產(chǎn)生。
　　
　　3、暫態(tài)過電壓（switching transients）：
　　
　　指峰值電壓高達(dá)20000V，但持續(xù)時(shí)間界于百萬分之一秒至萬分之一秒的脈沖電壓。其主要原因及可能造成的破壞類似于高壓尖脈沖，只是在解決方法上會(huì)有區(qū)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(xù)時(shí)間達(dá)一個(gè)到數(shù)個(gè)周期。大型設(shè)備開機(jī)，大型電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，或大型電力變壓器接入都可能造成這種問題。
　　
　　5、電線噪聲（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(dá)的運(yùn)行、繼電器的動(dòng)作、馬達(dá)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)引起線噪聲干擾。
　　
　　6、頻率偏移（frequency variation）：
　　
　　系指市電頻率的變化超過3Hz以上。這主要由應(yīng)急發(fā)電機(jī)的不穩(wěn)定運(yùn)行，或由頻率不穩(wěn)定的電源供電所致。
　　
　　7、持續(xù)低電壓（brown out）：
　　
　　指市電電壓有效值低于額定值，并且持續(xù)較長時(shí)間。其產(chǎn)生原因包括：大型設(shè)備啟動(dòng)和應(yīng)用、主電力線切換、啟動(dòng)大型電動(dòng)機(jī)、線路過載。
　　
　　8、市電中斷（power fail）：
　　
　　指市電中斷并且持續(xù)至少兩個(gè)周期到數(shù)小時(shí)的情況。其產(chǎn)生原因有：線路上的斷路器跳閘、市電供應(yīng)中斷、電網(wǎng)故障。
　　
　　對(duì)于電腦來說，顯示器及主機(jī)工作都需要正常的電力供應(yīng)。尤其是內(nèi)存，對(duì)電源的要求更高。它是一種依賴電能的存儲(chǔ)設(shè)備，需要不斷的刷新動(dòng)作來保持存儲(chǔ)內(nèi)容。一旦斷電，所保存的內(nèi)容立即消失。如果非正常斷電，導(dǎo)致內(nèi)存中的信息來不及保存到硬盤等存儲(chǔ)設(shè)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(fèi)大量的工作精力、時(shí)間、甚至造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。而UNIX這樣的操作系統(tǒng)，如果不正常關(guān)機(jī)，內(nèi)存中的系統(tǒng)信息沒有回寫到硬盤上，還可能造成系統(tǒng)崩潰，無法再次啟動(dòng)。此外，電腦中的硬盤，雖然應(yīng)用的是磁存儲(chǔ)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)行讀寫工作的硬盤物理磁頭損壞，或者系統(tǒng)文件在維護(hù)文件系統(tǒng)時(shí)，造成文件分配表錯(cuò)誤，從而造成整個(gè)硬盤的報(bào)廢。另外，現(xiàn)在的操作系統(tǒng)大都能設(shè)置虛擬內(nèi)存，由于突然的斷電，使系統(tǒng)來不及取消虛擬內(nèi)存，從而造成硬盤中的“信息碎片”，不僅浪費(fèi)了硬盤存儲(chǔ)空間，還會(huì)導(dǎo)致機(jī)器運(yùn)行緩慢。電腦電源是一種整流電源，過高的電壓可能會(huì)造成整流器燒毀。而電壓尖脈沖和暫態(tài)過電壓以及電源雜訊等干擾都可能通過整流器進(jìn)入主機(jī)板，影響機(jī)器的正常工作，甚至燒毀主機(jī)線路。電力問題是計(jì)算機(jī)工作的重大威脅。但是隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的日益重要和廣泛，安全可靠的電源已是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和管理人員不得不認(rèn)真面對(duì)的重要問題。“需要是社會(huì)發(fā)展的第1推動(dòng)力”，在這種背景下，UPS(不間斷電源）應(yīng)運(yùn)而生，并伴隨電力電子技術(shù)的發(fā)展，不斷推陳出新，在十?dāng)?shù)年間，不僅造就了一個(gè)嶄新的產(chǎn)業(yè)，而且隨著時(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(chǔ)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(tái)計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或其它電力電子設(shè)備提供不間斷的電力供應(yīng)。當(dāng)市電輸入正常時(shí)，UPS將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用，此時(shí)的UPS就是一臺(tái)交流市電穩(wěn)壓器，同時(shí)它還向機(jī)內(nèi)電池充電；當(dāng)市電中斷(事故停電)時(shí),UPS立即將機(jī)內(nèi)電池的電能,通過逆變轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)220V交流電，使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟、硬件不受損壞。
　　
　　UPS作為保護(hù)性的電源設(shè)備，它的性能參數(shù)具有重要意義，應(yīng)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(duì)市電的利用能力強(qiáng)（減少電池放電）。輸出電壓、頻率范圍小，則表明對(duì)市電調(diào)整能力強(qiáng)，輸出穩(wěn)定。波形畸變率用以衡量輸出電壓波形的穩(wěn)定性,而電壓穩(wěn)定度則說明當(dāng)UPS突然由零負(fù)載加到滿負(fù)載時(shí)，輸出電壓的穩(wěn)定性。
　　
　　還有UPS效率、功率因數(shù)、轉(zhuǎn)換時(shí)間等都是表征UPS性能的重要參數(shù)，決定了對(duì)負(fù)載的保護(hù)能力和對(duì)市電的利用率。性能越好，保護(hù)能力也越強(qiáng)，總的來說，離線式UPS對(duì)負(fù)載的保護(hù)zui差，在線互動(dòng)式略優(yōu)之，在線式則幾乎可以解決所有的常見電力問題。當(dāng)然成本也隨著性能的增強(qiáng)而上升。因此用戶在選購UPS時(shí)，應(yīng)根據(jù)負(fù)載對(duì)電力的要求程度及負(fù)載的重要性不同,而選取不同類型的UPS。
　　
　　三、不間斷電源（UPS）種類
　　
　　UPS大致可分成三種：離線式（OffLine），在線式（Online）和在線交互式（Line interactive）。
　　
　　1、什么是離線式不間斷電源（OffLine UPS）
　　
　　離線式不間斷電源如上圖所示。平常市電通過旁路直接向負(fù)載供電。只有在停電時(shí)，才通過逆變器將電池能量轉(zhuǎn)換為交流向負(fù)載提供電力。離線式不間斷電源的特點(diǎn)：
　　
　　當(dāng)市電正常時(shí)，離線式UPS對(duì)市電沒有任何處理而直接輸出至負(fù)載，因此對(duì)市電噪音以及浪涌的抑制能力較差；
　　
　　存在轉(zhuǎn)換時(shí)間；
　　
　　保護(hù)性能zui差；
　　
　　結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、控制容易、成本低。
　　
　　2、什么是在線式不間斷電源（On-Line UPS）
　　
　　在線式UPS平常由逆變器輸出向負(fù)載供電，只有當(dāng)UPS發(fā)生故障、過載或過熱時(shí)才會(huì)轉(zhuǎn)為由旁路輸出給負(fù)載。在線式UPS的特點(diǎn)：
　　
　　輸出的電力經(jīng)過UPS的處理，輸出電源品質(zhì)zui高；
　　
　　無轉(zhuǎn)換時(shí)間；
　　
　　結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高；
　　
　　保護(hù)性能zui好，對(duì)市電噪音以及浪涌的抑制能力zui強(qiáng)。
　　
　　3、什么是在線交互式不間斷電源（Line interactive UPS）
　　
　　在線交互式UPS平常由旁路經(jīng)變壓器輸出給負(fù)載，逆變器此時(shí)做為充電器。當(dāng)斷電時(shí)逆變器則將電池能量轉(zhuǎn)換為交流電輸出給負(fù)載。
　　
　　在線交互式UPS的特點(diǎn)：
　　
　　具雙向性轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)，UPS電池回充時(shí)間較短；
　　
　　存在轉(zhuǎn)換時(shí)間；
　　
　　控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高；
　　
　　保護(hù)性能介于在線式與離線式UPS之間，對(duì)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)間多長才合適
　　
　　UPS能在電力異常時(shí)有足夠的時(shí)間實(shí)施應(yīng)急措施。一般而言5-10分鐘的后備時(shí)間就足夠了。如果需要較長的后備時(shí)間，可以購買具有長延時(shí)功能的UPS。
　　
　　五、不間斷電源（UPS）的容量如何計(jì)算
　　
　　目前市場上銷售的不間斷電源（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(tái)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(shù)。功率因數(shù)一般在為0.6到0.8之間，若低于0.5則UPS設(shè)計(jì)不佳，在選購UPS時(shí)，應(yīng)考慮功率因數(shù)問題。
　　
　　六、如何延長不間斷電源（UPS）的供電時(shí)間
　　
　　延長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?jù)所需供電的時(shí)間長短增加電池的數(shù)量，但是采用這種方法會(huì)造成電池充電時(shí)間的相對(duì)增加，同時(shí)也會(huì)增加相應(yīng)的維護(hù)設(shè)備的數(shù)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(kuò)充負(fù)載設(shè)備，較大容量的不間斷電源仍可正常工作。
　　
　　七、什么是電源監(jiān)控軟件
　　
　　電源監(jiān)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。用戶在使用不間斷電源過程中，通過該軟件能夠準(zhǔn)確掌握不間斷電源的工作狀態(tài)，記錄市電的穩(wěn)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(chǔ)存、系統(tǒng)關(guān)閉以及關(guān)閉UPS等功能。新一代電源監(jiān)控軟件還具有UPS遠(yuǎn)端監(jiān)控和UPS定時(shí)開關(guān)機(jī)等功能。
　　
　　八、購買UPS時(shí)必須購買相應(yīng)的監(jiān)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(jiān)控軟件是必須的。一般用戶zui希望知道的是市電輸入及電池狀態(tài)是否正常。當(dāng)市電發(fā)生異常，又未安裝相應(yīng)的電源監(jiān)控軟件時(shí)，如果用戶在現(xiàn)場，可以利用UPS提供的電源采取應(yīng)急措施，如儲(chǔ)存文檔、關(guān)閉系統(tǒng)等。但是如果市電發(fā)生異常，又未安裝監(jiān)控軟件，而用戶又不在現(xiàn)場，當(dāng)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(shè)備內(nèi)部元件損壞。因此購買UPS時(shí)，zui好同時(shí)購買電源監(jiān)控軟件廖實(shí)現(xiàn)完善的電力保護(hù)。
　　
　　九、現(xiàn)在很多品牌的UPSA強(qiáng)調(diào)管理功能，這適用于一般用戶嗎
　　
　　過去個(gè)人電腦用戶大多使用DOS操作系統(tǒng)處理個(gè)人資料。當(dāng)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(duì)于目前流行的電腦網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如WINDOWS、NT、UNIX而言，系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著整個(gè)工作站資料的管理與使用，即使是知暫的斷電，對(duì)系統(tǒng)本身所造成的破壞以及大量資料的流失也是無法估量的。所以用戶應(yīng)當(dāng)從自身未來發(fā)展的角度出發(fā)，在選購不間斷電源（UPS）時(shí)，應(yīng)當(dāng)把網(wǎng)絡(luò)管理功能考慮進(jìn)來。
　　
　　十、不間斷電源的通訊接口有哪些
　　
　　目前市場上銷售的不間斷電源（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(duì)IMB電腦設(shè)計(jì)的。而SNMP則能夠使UPS無須通過電腦設(shè)備就可以連上網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)UPS進(jìn)行監(jiān)控。繼電器連接與RS-232接口是zui常見的，現(xiàn)將其功能簡單介紹如下：繼電器連接方式，能夠使UPS能過監(jiān)控軟件監(jiān)控市電是否正常，電池電壓是否過低，同時(shí)提供自動(dòng)儲(chǔ)存文檔和系統(tǒng)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，還可以通過監(jiān)控軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控不間斷電源的電壓、電流、頻認(rèn)、負(fù)載容量等，并且可以設(shè)置UPS開關(guān)機(jī)時(shí)間與廣播功能。USB（萬用串行接口）是今后通訊接口的發(fā)展趨勢(shì)，目前使用USB接口的使用將越來越普遍。
　　
　　十一、不間斷電源（UPS）使用何種電池
　　
　　目前市場上銷售的不間斷電源（UPS），絕大多數(shù)采用密封式免維護(hù)鉛酸電池。
　　
　　十二、電池的使用壽合一般有多長
　　
　　不間斷電源的供電來源其內(nèi)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(nèi)部化學(xué)變化等因素。即使是將電池長期放置不用，電池角會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象。一般經(jīng)驗(yàn)而言，電池的使用壽命2-3年。
　　
　　十三、電池如何保養(yǎng)
　　
　　定期對(duì)電池充放電是電池保養(yǎng)的關(guān)鍵。如果用戶選購的UPS具有電池監(jiān)測(cè)功能，UPS可以定期自動(dòng)執(zhí)行該功能。強(qiáng)果用戶的UPS不具備此項(xiàng)功能，可以將UPS電源輸入端的插頭拔掉，模擬市電中斷，再觀察電池放電時(shí)間是否足夠長？如果發(fā)電時(shí)間不足，則應(yīng)考慮更換電池，以保證當(dāng)電源中斷時(shí)電池有足夠的放電時(shí)間，保證檔案的儲(chǔ)存和系統(tǒng)的完全關(guān)閉。
　　
　　十四、何處可更換電池
　　
　　當(dāng)用戶選購的UPS需要更換電池時(shí)，可以與該產(chǎn)品的服務(wù)商或經(jīng)銷商聯(lián)系。
　　
　　十五、什么是SNMP
　　
　　SNMP是簡易網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)定（Simple Network Management Protocol）的英文縮寫。該協(xié)議能夠使UPS以其周邊設(shè)備能夠不通過電腦而直接連上網(wǎng)絡(luò)，納入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)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(shè)備與普通的UPS配合使用時(shí)，經(jīng)常會(huì)因?yàn)榱愕仉妷旱脑蛟斐蓛x器設(shè)備誤動(dòng)作。為避免這種情況的出現(xiàn)，的UPS針對(duì)這個(gè)問題，設(shè)計(jì)出具有隔離變壓器的UPS，經(jīng)過特殊的設(shè)計(jì)可以使輸出的零地電壓小于1伏，從而避免上述問題的發(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(dāng)市電電壓過低或過高時(shí)，穩(wěn)壓器將過低或過高的電壓升高或降低至規(guī)定的范圍之內(nèi)，使UPS或相關(guān)設(shè)備正常運(yùn)行。
　　
　　十八、什么是AVR
　　
　　AVR是Automaticvoltage Regulation（自動(dòng)調(diào)壓）的英文縮寫。