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    圖文簡析UPS工作原理,一秒看懂選購哪種UPS好

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    作為機房設備的一項重要保護措施,UPS起著無可替代的作用。市面上的UPS種類繁多,歸根到底還是分兩大類:后備式和在線式。后備式UPS價格比較低廉,而在線式UPS價格就高了許多,而且很多大功率的UPS都是在線式,那么兩者有什么不同,該選擇哪種UPS呢?先讓我們來簡單的分析下兩者的工作原理。

    在分析UPS原理之前,我們先要知道兩種部件:

    整流器:作用是將交流電轉換為直流電。

    逆變器:和整流器相反,逆變器的作用是將直流電轉換為交流電,但是結構要復雜了很多。

    后備式UPS正常工作的時候,切換開關是接通著輸入和輸出的電力,也就是設備直接使用的是市電,同時整流器和電壓轉換器為蓄電池充電,逆變器處于非工作狀態。當市電電壓異?;蛘邤嚯姇r候,切換開關會自動切換連通蓄電池和逆變器,此時蓄電池和逆變器開始工作,向輸出端輸出電力,同時發出報警提示。

    切換開關切換的時間一般是幾毫秒到十毫秒,對于計算機類設備的影響不大,但是切換剛開始的時候輸出的交流電的波形是方波而不是正弦波,所以對于一些供電質量要求比較高的設備可能會有些影響。市面上還有一種叫做在線互動式UPS電源,其實本質就是后備式UPS的一個加強版,正常工作的時候它的逆變器處于待機狀態,在線互動式UPS采用智能控制,對雜波過濾的比較好,輸出電壓波形基本為正弦波,但是在市電斷電后切換到蓄電池供電時仍有切換時間。

    我們再來看下在線式UPS的工作原理。

    在線式也叫做雙變換UPS,從圖中我們可以看到,市電經過整流器整流后變成直流電,一部分給蓄電池充電,另一部分則是直接送到了逆變器進行逆變,把直流電轉換為交流電輸出,當市電出現問題時,蓄電池會向逆變器提供電力,保證電力的持續輸出,同時發出報警提示。因為其進行了“交流——直流——交流”兩次變換,所以叫做雙變換UPS。

    看起來這樣的設計似乎有些多此一舉,其實不然,因為經過電壓這樣的兩次轉換,不僅電源的轉換率高,而且輸出的電壓品質非常高,沒有雜波,可以滿足對電源要求比較苛刻的設備,實際上雙變換這種技術已經不算新鮮,我們周圍的很多電器(包括計算機)的電源的核心部分就是雙變換電路,也就是所謂的開關電源。因為逆變器是一直工作的,所以這類電源沒有所謂的“切換時間”,也就是輸出端始終是有平穩的電壓輸出,也就不會有方波電壓出現,保證了輸出電壓的平穩。但是在實際應用中,考慮到逆變器部分的突發問題,在線式UPS經常會增加一路旁路市電作為緊急備用,一旦逆變器發生故障,切換開關會切換到備用的市電線路,當然這種情況發生的概率非常小。

    綜上,我們來做一個簡單梳理:

    后備式(OFF-LINE或STAND-BY)

    1)原理:

    ① 市電正常時則市電經穩壓后直接輸出負載,同時經整流器將交流電轉化為直流電給電池充電,此時逆變器不工作。

    ② 當市電故障時,由電池提供電力,經逆變器輸出負載。此切換時間約4-10ms之間。

    2)特點:

    功率范圍: 300~2000VA

    工作特點:對市電進行簡單的升降壓及濾波處理后直接供給負載,當輸入電源不符合要求時才由電池供電。在絕大多數時間內負載使用的是市電。

    優 點:結構簡單、價格便宜、體積小、噪聲低、效率高。

    缺 點:市電/電池供電轉換時間4~10ms,輸出精度低、輸出波形差、輸出波形為方波。

    主要應用對象:單臺計算機系統的斷電保護。

    在線交互式(HYBIRD)

    在線交互式又稱混合式或三端口式。

    1)原理:

    ①市電正常時,市電經穩壓后,由轉換開關輸出負載,同時經整流器將交流電轉化為直流電給電池充電,此時逆變器已經激活,但未輸出。

    ②當市電故障,由電池提供電力,經逆變器輸出負載。

    功率范圍: 1~800KVA

    工作特點:市電經過整流轉換為直流,由逆變器調制出穩定的正弦波。

    優 點:負載端與市電輸入端處于優良的”電隔離“狀態之中、輸出波形好、輸出電壓質量高、無論負載突變或負載穩定時均呈現優異的帶載特性。

    缺 點:效率低、成本高

    主要應用對象:計算機及網絡系統、精密儀器儀表、工業系統的斷電保護。

    在線式(ON-LINE):

    1)原理:

    ①當市電正常時,市電經整流器將交流電轉變為直流電給電池充電,同時輸出到逆變器將直流電轉化為正弦交流電,經轉換開關輸出到負載。

    ②當市電輸入不正常時,由電池經逆變器輸出到負載。

    ③ 當逆變器發生故障或輸出功率不足(由于過載、過熱等原因)時,轉換開關將自動切換至靜態旁路由市電繼續供電。若旁通是由于過載引起的,UPS將在負載低于100%時,跳回逆變器正常輸出。若旁通是由于過熱引起的,UPS將在溫度低于報警點時跳回正常輸出。

    2)特點:

    無論是市電供電正常時,還是市電中斷由電池逆變供電期間,逆變器始終處于工作狀態,這就從根本上消除了來自電網的電壓波動和干擾對負載的影響。

    由于平時逆變器與市電以同步方式進行運轉,所以逆變器與市電之間經由轉換開關自動相互切換的時間在本身不出問題的情況下可以做到“0切換時間”,并且電壓輸出平穩無雜波,故其可靠度高,適合電源品質要求較高的場所,比如保護關鍵系統、重要數據,被廣泛應用于數據中心、大型網絡、行業系統(金融、郵電、醫院、電力、航天航空、軍事等)。而且現在的在線式 UPS還支持自檢、信息顯示和軟件遠程監控等功能,現在的大功率UPS都是在線式的,而且還根據應用場合定制出例如柜式、機架式等樣式。

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