UPS不间断电源专题——详解UPS电源

UPS(Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply),即不间断电源,是将蓄电池(多为铅酸免维护蓄电池)与主机相连接,通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备如电磁阀、压力变送器等提供稳定、不间断的电力供应。

UPS不间断电源的工作原理和特点
工作原理:当市电输入正常时,UPS 将市电稳压后供应给负载使用,此时的UPS就是一台交流市电稳压器,同时它还向机内电池充电;当市电中断(事故停电)时, UPS 立即将电池的直流电能,通过逆变零切换转换的方法向负载继续供应220V交流电,使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS 设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护。

UPS电源简单原理图
特点:
(1)高可靠性

系统应具有能提供365×24连续提供高质量的UPS逆变电源的供电能力。这就意味着,在UPS供电系统的运行中,既不允许出现任何瞬间供电中断/停电事故,也不允许出现由普通的市电经交流旁路直接向用户负载供电的情况。为此,要求UPS供电系统应满足如下要求:

——由于UPS单机本身的故障率低,因此目前大型UPS产品的平均无故障工作时间(MTBF)为20万~40万小时。

——采用具有高度容错功能的“N+1”型UPS冗余并机系统来进一步提高UPS供电系统的可靠性(“1+l”型冗余并机系统的典型MTBF值可达140万~200万小时)。

——在整套UPS供电系统中,不应存在单点瓶颈故障隐患。

——允许在UPS逆变电源连续供电的条件下,执行不停电的维护和检修操作。

——万一在用户设备端出现短路故障时,应将故障的影响缩小到尽可能小的范围。

(2)高抗干扰性

UPS供电系统能使互联网设备获得高“可利用率”,并可为其创造优良的运行环境。

大量的运行实践表明:电源干扰问题是造成互联网设备的“可利用率”下降的重要原因之一。在此需说明的是:电源干扰不仅来源于普通的市电电网,它还来源于设计不完善的UPS本身及用户的互联网设备本身。这是因为配置在IDC和MDC机房内的服务器、磁盘阵列机和交换机等均内置有开关电源,这种整流滤波型非线性负载会向UPS供电系统反射3~23次低次谐波干扰,可能带来降低话音质量的恶果。实践证明,过大和过频地出现电源干扰,轻者会导致互联网的传输速率下降,网络服务器的数据丢包率增大等隐性故障,从而导致互联网设备被迫进入“降额使用”状态,严重时会导致网络瘫痪。

由此可见,高速信息网络技术的迅猛发展,对UPS 供电系统所能提供的电源质量提出更为严格的要求。

UPS不间断电源的分类

目前市场上已经有不同类型的UPS,按UPS的工作方式可分为后备式、在双变换在线式、在线互动式三大类。

后备式UPS电源

专门针对个人 PC 、工作站、小型通信设备用户而设计的。采用 SMD (表面贴装)、 CPU 集成控制技术、具有体积小、高性能、高可靠、电压调节稳压功能,适应各种环境。

当市电正常时由市电给负载设备供电,并给蓄电池浮动充电。当市电电压波动超过规定值时时启动逆变电路将电池的直流电转换为稳定的交流电输出,给负载供电。后备式UPS平时由于是由市电直接给负载供电,所以无法消除市电电网上存在的浪涌、尖峰、频率漂移等电气污染,而且容量比较小。但是它的技术简单,成本较低,价格相对低廉,用于许多对电压稳定性要求不高的场合。

在线式UPS电源

在线式UPS一直使其逆变器处于工作状态,市电正常时它是首先通过电路将市电交流电转换为直流电,再通过逆变器将直流电转换为正弦波交流电给负载供电,在供电情况下还能对输出进行稳压及防止电磁干扰,而且还通过充电电路给蓄电池浮动充电。当停电时,则使用电池的直流电,所以逆变器不存在切换时间,所以适用于对电源有较高要求的场合。

工频UPS电源

工频UPS电源凭借100%电网环境适应性,广泛应用于通信行业计费中心、通信基站、银行营业网点、ATM自动取款机及证券、交通、电力、工业等各行业网络办公环境。

高频UPS电源

高频UPS电源适用于中小型数据中心、网络管理中心、企业服务器机房、电压瞬时跌落或减幅震荡,高压脉冲、电压波动、浪涌电压、谐波失真、频率波动等状况可提供良好的解决方案,为用户的负载提供安全可靠的电源保障。

UPS不间断电源的功能

1.电网电压正常时,市电电压通过UPS不间断电源稳压后供应给负载使用,性能好的UPS不间断电源本身就是良好的交流稳压器,同时改善电源质量;同时它还对机内的电池进行充电,储存后备能量。

2.电网电压异常时(欠压、过压、掉电等)UPS不间断电源的逆变器将电池的直流电能转换为交流电能维持对负载的供电。

3.UPS不间断电源在电网供电和电池供电之间自行切换,确保对负载的不间断供电。而且可以根据设备的精密程度来选择可承受的切换时间。

UPS不间断电源的主要技术指标
  • 1.功率因素

    就拿影响电网供电质量的输入功率因数来说,尤其是在大容量范围时,一般传统双变换型UPS的标配功率因数大都在0.8左右,这就造成了约有30%的谐波电流对电网的干扰,其结果是使该电网上的变压器、电缆、保险丝和开关等设备发烧、疲惫。若要改变这种状况就必需在前面加谐波滤波器或改6脉冲整流为12 脉冲整流,但这又会带来两个副作用:一个是增加包括UPS在内的电源保护设备的本钱和体积重量,另一方面增加了UPS的损耗,从而降低了可靠性。

  • 2.工作效率

    如UPS的工作效率,这是一个直接与可靠性相联系关系的指标。一般传统双变换型UPS因为其电路结构所限,很难将效率做高,尤其是在加入功率因数补偿设备后,就更难将效率做到92%以上。尽管这些UPS采用了ECO经济运行模式,可以将效率做到97%以上,但这种ECO经济运行模式因为它实际上是甩开了UPS的正常功能而采用了“旁路直接供电”方式,牺牲了稳压和抗干扰等UPS应有的基本功能,给用户的使用埋下了隐患,这无疑违反了使用UPS的本来目的,因此极少被采用。

  • 3.带载能力

    带载和过载能力也是反映UPS质量的枢纽指标,负载真正需要UPS起保护作用的时机莫过于两种情况:当电网电压异常或是负载异常时。在电网电压异常时(包括断电),对负载的保护靠的是UPS输入电路和不中断功能,而负载异常时,对其保护则要靠UPS的带载和过载能力。一般传统双变换型UPS的带载能力弱就是由于其负载功率因数的单一性,难于适应不同性质的负载。

UPS不间断电源的简单选型

目前,市场中的UPS不间断电源产品品牌众多,产品品质参差不齐,竞争混乱。

如何能选购合适的UPS产品,终端用户需提高对UPS不间断电源加深了解。专家表示,挑选UPS不间断电源,可从四大标准入手,选择符合其要求的产品,才能真正确保日常业务的不间断进行运行。

标准一,电池安全质量是UPS不间断电源的生命线。UPS不间断电源顾名思义,不间断电源,其最重要的功用就是在断电的瞬间,切换到电池,为电脑或者其他电器继续提供电力供应。UPS不间断电源是保护硬件用电安全的硬件,因此其后备电池质量是否稳定是保障UPS不间断电源正常工作的核心之一,市场中大约有50%以上的UPS不间断电源出现故障或返修,都是由于劣质电池所造成的。因此中小企业购买UPS不间断电源的时候一定要挑选较大厂商的产品及厂商原配的电池。另外,多数后备式UPS不间断电源产品的标配电池能够提供15分钟左右的电力时间,供用户存储数据,但是不具备选配长延时包。

标准二,后备式UPS不间断电源必须具备稳压功能。电网的供电在不同的时间段,供电工作量都处在不同的峰值,变化及不稳定因素较多,因此用户在日常用电的时候经常会碰到电压不稳的情况。在工作当中,由于电压时高、时低不停的变化很容易造成电脑莫名其妙的死机,或服务器无故宕机,给中小企业在日常业务开展当中造成带来很多不必要的麻烦。因此UPS不间断电源另外一个重要功用即是稳压。市场中行业用的高端UPS不间断电源都集成了稳压功能,而适用中小企业的  UPS不间断电源标配稳压功能的后备式UPS不间断电源却凤毛麟角。

标准三,UPS不间断电源需要使用简单,智能化程度高。UPS不间断电源虽然工作原理简单,但市面中很多中、低端UPS不间断电源的使用、维护并不省事。

对于中小企业而言,使用传统技术,集自动化、智能化于一体的UPS不间断电源才真正适合使用。不需要后期投入更多的维护成本,与培训的时间,就能为中小企业更好的提高工作效率。

对于大型数据中心来讲,一般用的UPS功率较大。过去如10千伏安或5千伏安的一个模块。现在选型最低在30千伏安以上。从可维护性方面看,所需要的关键模块是不是热插拔。有些模块化是由功率模块组成,未必可以热插拔。旁路模块一般在线用的少,但对于一些高等级数据中心来讲,运维单位也希望能够在运行时对旁路模块进行一些维护,包括监控方面等。尽可能选 择一些全模块化的系统。再就是看电网的适应性,它的THDI、输入指标、包括输入的功率因数等会造成大数据中心对电网的污染很大。现在大部分功率输出要求到0.9甚至是0.99,更好地匹配现代服务器。

标准四,UPS不间断电源工业设计也需要讲科学化。不少中小企业的机房或者服务器机架的空间比较有限,因此体积小或者机架式的服务器比较适合。同时越来越多的用户在选购产品的时候也更加注重外观,不少中小用户很看中自己的门面,并且毕竟笨重难看的UPS不间断电源多少会影响到一些企业办公环境的整体外观形象,因此UPS不间断电源外观大方、漂亮也是选购的重主要环节因素之一。

UPS不间断电源售后服务是中小企业普遍关注的问题,UPS不间断电源的多数厂商更多的服务精力主要放在了行业用户,而对中小企业UPS不间断电源的服务投入力度不够。

UPS不间断电源的安装注意事项及维护
UPS电源安装注意事项:

一、安全说明

● 即使UPS没有和市电连接,它的电源输出插座仍有220V电压。

● 为了降低负载设备接地不良而引起的电击危险,在安装计算机接口信号线时,应将交流输入电源断开,只有在连接了全部信号接头后才能接上电源。

● 将UPS接到带地线的交流输入电源上必须带有适当的支路保护器(断路器),接到任何其它型号插座上都可能导致电击伤害。

● 充电线或电源线若需要换,请向本公司服务站或经销商购买原材料,以避免因容量不足而造成发热或打火,引起火灾。

● 不能用火对电池或电池组进行处理,否则会爆炸伤人。

● 勿将电池打开或损坏,溢出的电解液具有很强的毒性,对人体有害。

● 请避免电池正负极短路,否则会导致电击或着火。

● 请勿自行打开UPS机壳,有触电危险。

● 不要触摸电池连接端子。电池回路与输入电压回路不隔离,在电池端子与地间会有高压危险。

● 不宜接吹风机,电热器之类的电器设备,以确保机器的安全。

【注意】 ☆ UPS内有高压,为避免伤及人身安全,如有任何问题请咨询经销商专业人员。 ☆ 勿尝试维修UPS,UPS不含有任何用户可能维护的部件且这台UPS包含有潜在的危险电压,维修只能由经过工厂培训的合格维修人员进行,用户维修或自行改装,则将被取消保修资格。

二、安装注意事项

● 放置UPS的区域必须有良好通风,远离水,可燃气体和腐蚀剂。

● 不宜测放,应保持前面板下面端进风孔﹨后盖板风扇出风孔和箱体侧面进风风孔通畅。

● UPS周围环境温度应保持在0℃—40℃之间。

● 机器若是在低温下拆装使用,可能会有水滴凝结现象,一定要等待机器内外完全干燥后才可安装使用,否则有电击危险。

● 请将UPS在市电输入插座附近,以便紧急情况时拔掉市电输入插头,切断电源。

【注意】 ☆ 负载与UPS连接时,须先关闭负载,再接线,然后再逐个打开负载。 ☆ 将UPS接到专用的带有过电流保护装置的插座上。 ☆ 所用电源插座应连接保护地端。 ☆ 无论输入电源线是否插入市电插座,UPS输出都可能带电,关闭UPS并不能保证机内部件不带电。如果要使UPS无输出,须先关掉开关,再取消市电供应。 ☆ 需接电动机、显示器、激光打印机等电感性负载时,因其运行启动功率过大,选择UPS时,容量要以启动功率来计算。启动功率一般取额定功率的两倍。 ☆ 若接发电机,需按以下步骤进行: 启动发电机,待其运行稳定后将发电机的确输出电源接到UPS,输入端(此时要确定UPS为空载),然后按开机程序启动UPS,UPS启动后,再逐个连入负载(建议以UPS两倍容量来选择发电机容量)。

UPS不间断电源的维护与保养:

● 标准机型的电池为阀式调节、低维护型、只需经常保持充电以获得期望寿命。UPS在同市电连接时,不管开机与否,始终向电池充电,并且提供过充、过放电保护功能。

● 如果长期不使用UPS,建议每隔四到六个月充电一次。

● 正常情况下,电池使用寿命为三到五年,如果发现状况不佳,则必须提早更换。更换电池时,必须由专业人员执行。

● 电池不宜个别更换,整体更换时应遵守电池供应商的指示。

● 正常时,电池每四到六个月充、放电一次,放电至关机后充电,且标准机充电时间不得少于12小时。

● 在高温地区,电池每隔两个月充、放电一次,标准机充电每次不得少于12小时。

【注意】 ☆ 更换电池以前须关闭UPS并脱离市电。 ☆ 脱下如戒指、手表之类的金属物品。 ☆ 使用带绝缘手柄的螺丝刀,不要将工具或其它金属物放在电池上。 ☆ 连接电池线时,在接头处出现细小火花属正常现象,不会对人身安全及UPS造成危害。 千万不可将电池正负极短接或反接。

深圳市山特不间断电源有限公司

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