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不间断电源

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典型供PC使用的不斷電系統(深灰色物)

不间断电源(或称UPS,即 Uninterruptible Power Supply)是在电网异常(如停电、欠压、干扰或浪湧「也稱:湧浪電流」)的情况下不间断的为电器负载设备提供后备交流电源,维持电器正常运作的设备。通常情况下不间断电源被用于维持计算机(尤其是服务器)或交换机等关键性商用设备或精密仪器的不间断运行,防止计算机数据丢失,电话通信网络中断或仪器失去控制。

电网异常[编辑]

使用不间断电源是为了应对电网可能出现的以下情况:

  1. 停电(电网停止工作,无电压输出)
  2. 压降(亦称下陷,电网电压低于标称电压15%-20%,时间可能持续数秒)
  3. 电涌(亦称浪涌、突波,电网电压瞬间高于标称电压10%以上,时间持续数秒)
  4. 持续欠压
  5. 持续过压
  6. 线噪(因线路屏蔽差而引入的射频或电磁干扰)
  7. 频率漂移(发电机不稳定造成的电网频率偏差)
  8. 开关瞬态(亦称暫態,由电气设备开关或放电造成的电压偏差,有时可高达20000伏,但是持续时间极短,仅数纳秒
  9. 谐波(电网中由非线性特性的电气设备产生的对交流电正弦波形的干扰)

不间断电源的发展[编辑]

飞轮式不间断电源[编辑]

在使用电池的时代之前,不间断电源曾经使用飞轮和内燃机为负载提供电能供应,这种不间断电源被称为飞轮式旋转式不间断电源。飞轮式不间断电源由整流器直流电动机、飞轮、柴油机(或汽油机)及发电机等组成。在电网供电的情况下,由整流器提供的直流电驱动电动机带动飞轮旋转,并且带发电机为负载供电。由于飞轮的惯性作用,发电机转速可以保持均衡,此时不间断电源起过滤电网干扰的作用。当电网断电后,飞轮继续带动发电机的转子旋转,同时启动柴油机带动发电机发电,替代原有电网为负载供电。

由于飞轮式不间断电源使用内燃机提供电力,会产生较大的噪音同时体积也较大,因此目前一般仅被用于应急情况和一些自然状况恶劣的场合,通常情况下不间断电源会使用蓄电池来提供电力。

蓄电池式不间断电源[编辑]

自二十世纪六十年代美国通用电气公司研究生产不间断电源以来,不间断电源一直在被改进,但是其基本原理没有重大变化。

现代的不间断电源由电池组、逆变器和控制电路组成,一端连接电网另一端连接电器负载。在电网电压正常的情况下,不间断电源利用电网电源为自身充电,在电网出现异常的时候,不间断电源将存储于电池中的电能释放,供负载使用。它按工作方式通常分为在线式后备式(亦称为离线式)两种;按输出波形可分为正弦型近似正弦型(用阶梯方波来拟合正弦波)等。

不间断电源的工作原理[编辑]

后备式[编辑]

Standby UPS Diagram.png

后备式又称为离线式不断电系统(Off-Line UPS),它只是“备援”性质的UPS,市电直接供电给用电设备也为电池充电(Normal Mode),一旦市电供电品质不稳或停电了,市电的回路会自动切断,电池的直流电会被转换成交流电接手供电的任务(Battery Mode),直到市电恢复正常,“UPS只有在市电停电了才会介入供电”,不过从直流电转换的交流电是方波,只限于供电给电容型负载,如电脑和监视器。

线上交错式[编辑]

Line-Interactive UPS Diagram.png

线上交错式又称为线上互动式或在线互动式(Line-Interactive UPS),基本运作方式和离线式一样,不同之处在于线上交错式虽不像在线式全程介入供电,但随时都在监视市电的供电状况,本身具备升压和减压补偿电路,在市电的供电状况不理想时,即时校正,减少不必要的“Battery Mode”切换,延长电池寿命。

在线式[编辑]

在线式不断电系统(On-Line UPS)的运作模式为“市电和用电设备是隔离的,市电不会直接供电给用电设备”,而是到了UPS就被转换成直流电,再兵分两路,一路为电池充电,另一路则转回交流电,供电给用电设备,市电供电品质不稳或停电时,电池从充电转为供电,直到市电恢复正常才转回充电,“UPS在用电的整个过程是全程介入的”。其优点是输出的波型和市电一样是正弦波,而且纯净无杂讯,不受市电不稳定的影响,可供电给“电感负载”,例如电风扇,只要在UPS输出功率足够的前题下,可以供电给任何使用市电的设备。

参考资料[编辑]

IEC 62040
  • EN 62040-1-1:2006 Uninterruptible power systems (UPS) — Part 1-1: General and safety requirements for UPS used in operator access areas
  • EN 62040-1-2:2003 Uninterruptible power systems (UPS) - Part 1-2: General and safety requirements for UPS used in restricted access locations
  • EN 62040-2:2006 Uninterruptible power systems (UPS)- Part 2: Electromagnetic compatibility (EMC) requirements
  • EN 62040-3:2001 Uninterruptible power systems (UPS) - Part 3: Method of specifying the performance and test requirements
  • EN 62040-3:2011 Uninterruptible power systems (UPS) - Part 3: Method of specifying the performance and test requirements
中华人民共和国国家标准
  • GB 7260.1-2008 不间断电源设备:1-1 操作人员触及区使用的UPS的一般规定和安全要求
  • GB 7260.4-2008 不间断电源设备:1-2 限制触及区使用的UPS的一般规定和安全要求
  • GB 7260.2-2009 不间断电源设备:2 电磁兼容性要求
  • GB/T 7260.3-2003 不间断电源设备:3 确定性能的方法和试验要求

相關[编辑]