不斷電系統

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典型供PC使用的不斷電系統(深灰色物)

不斷電系統(或稱UPS,即 Uninterruptible Power Supply)是在電網異常(如停電、欠壓、干擾或浪湧「也稱:湧浪電流」)的情況下不間斷的為電器負載設備提供後備交流電源,維持電器正常運作的設備。通常情況下不斷電系統被用於維持計算機(尤其是伺服器)或交換機等關鍵性商用設備或精密儀器的不間斷運行,防止計算機數據丟失,電話通信網路中斷或儀器失去控制。

電網異常[編輯]

使用不斷電系統是為了應對電網可能出現的以下情況:

  1. 停電(電網停止工作,無電壓輸出)
  2. 壓降(亦稱下陷,電網電壓低於標稱電壓15%-20%,時間可能持續數秒)
  3. 電涌(亦稱浪涌、突波,電網電壓瞬間高於標稱電壓10%以上,時間持續數秒)
  4. 持續欠壓
  5. 持續過壓
  6. 線噪(因線路屏蔽差而引入的射頻或電磁干擾)
  7. 頻率漂移(發電機不穩定造成的電網頻率偏差)
  8. 開關瞬態(亦稱暫態,由電力設備開關或放電造成的電壓偏差,有時可高達20000伏,但是持續時間極短,僅數奈秒
  9. 諧波(電網中由非線性特性的電力設備產生的對交流電正弦波形的干擾)

不斷電系統的發展[編輯]

飛輪式不斷電系統[編輯]

在使用電池的時代之前,不斷電系統曾經使用飛輪和內燃機為負載提供電能供應,這種不斷電系統被稱為飛輪式旋轉式不斷電系統。飛輪式不斷電系統由整流器直流電動機、飛輪、柴油機(或汽油機)及發電機等組成。在電網供電的情況下,由整流器提供的直流電驅動電動機帶動飛輪旋轉,並且帶發電機為負載供電。由於飛輪的慣性作用,發電機轉速可以保持均衡,此時不斷電系統起過濾電網干擾的作用。當電網斷電後,飛輪繼續帶動發電機的轉子旋轉,同時啟動柴油機帶動發電機發電,替代原有電網為負載供電。

由於飛輪式不斷電系統使用內燃機提供電力,會產生較大的噪音同時體積也較大,因此目前一般僅被用於應急情況和一些自然狀況惡劣的場合,通常情況下不斷電系統會使用蓄電池來提供電力。

蓄電池式不斷電系統[編輯]

自二十世紀六十年代美國通用電力公司研究生產不斷電系統以來,不斷電系統一直在被改進,但是其基本原理沒有重大變化。

現代的不斷電系統由電池組、逆變器和控制電路組成,一端連接電網另一端連接電器負載。在電網電壓正常的情況下,不斷電系統利用電網電源為自身充電,在電網出現異常的時候,不斷電系統將存儲於電池中的電能釋放,供負載使用。它按工作方式通常分為在線式後備式(亦稱為離線式)兩種;按輸出波形可分為正弦型近似正弦型(用階梯方波來擬合正弦波)等。

不斷電系統的工作原理[編輯]

後備式[編輯]

Standby UPS Diagram.png

後備式又稱為離線式不斷電系統(Off-Line UPS),它只是「備援」性質的UPS,市電直接供電給用電設備也為電池充電(Normal Mode),一旦市電供電品質不穩或停電了,市電的迴路會自動切斷,電池的直流電會被轉換成交流電接手供電的任務(Battery Mode),直到市電恢復正常,「UPS只有在市電停電了才會介入供電」,不過從直流電轉換的交流電是方波,只限於供電給電容型負載,如電腦和監視器。

線上交錯式[編輯]

Line-Interactive UPS Diagram.png

線上交錯式又稱為線上互動式或在線互動式(Line-Interactive UPS),基本運作方式和離線式一樣,不同之處在於線上交錯式雖不像在線式全程介入供電,但隨時都在監視市電的供電狀況,本身具備升壓和減壓補償電路,在市電的供電狀況不理想時,即時校正,減少不必要的「Battery Mode」切換,延長電池壽命。

在線式[編輯]

在線式不斷電系統(On-Line UPS)的運作模式為「市電和用電設備是隔離的,市電不會直接供電給用電設備」,而是到了UPS就被轉換成直流電,再兵分兩路,一路為電池充電,另一路則轉回交流電,供電給用電設備,市電供電品質不穩或停電時,電池從充電轉為供電,直到市電恢復正常才轉回充電,「UPS在用電的整個過程是全程介入的」。其優點是輸出的波型和市電一樣是正弦波,而且純淨無雜訊,不受市電不穩定的影響,可供電給「電感負載」,例如電風扇,只要在UPS輸出功率足夠的前題下,可以供電給任何使用市電的設備。

參考資料[編輯]

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
中華人民共和國國家標準
  • GB 7260.1-2008 不斷電系統設備:1-1 操作人員觸及區使用的UPS的一般規定和安全要求
  • GB 7260.4-2008 不斷電系統設備:1-2 限制觸及區使用的UPS的一般規定和安全要求
  • GB 7260.2-2009 不斷電系統設備:2 電磁兼容性要求
  • GB/T 7260.3-2003 不斷電系統設備:3 確定性能的方法和試驗要求

相關[編輯]