UPS - 不间断电源

如今，持续供电已成为人类的基本需求。电力应用广泛，在所有行业、家用电器和医院都能看到。如果供电中断，会导致生产延迟和不便，给组织带来损失。因此，在发生停电的情况下，有必要有备用电源来避免这种情况。因此，发明了不间断电源 (UPS) 以便在停电时使用。它能够避免因突然断电而造成的损失。

什么是UPS？

UPS，即不间断电源，是一种电气设备，用于在停电时为任何电气设备维持持续供电。

UPS通过持续连接到计算机并在断电后仍保持其运行来保护我们免受电涌的侵害。它不同于电池和超级电容器等其他电源备份设备。UPS只能在很短的时间内供电，足以使设备安全运行或使其能够正常关机以避免损坏。

UPS系统的主要组成部分

UPS系统的四个主要组成部分列在下面

1. 整流器：整流器的功能是将交流电 (AC) 转换为直流电 (DC)。整流器的另一功能是为电池充电。在大于 3 KVA 的不间断电源中，电池充电器单独添加到整流器模块。在小于 3 KVA 的不间断电源中，整流器和电池充电器是单一单元。
2. UPS电池：电池的作用是在发生故障时提供应急电源。整流器或充电器用于保持电池充电。UPS系统中使用一组串联连接的电池。因此，单个电池的故障意味着整个电池组的故障。小型 UPS 系统包含内置电池，而大型 UPS 系统则有独立的电池柜。
3. 逆变器：逆变器将直流电压转换为交流输出。然后将交流输出用于为关键负载供电。逆变器有助于平滑浪涌、电气噪声、电量不足、尖峰等。因此，得到的输出是纯正弦波形。
4. 静态旁路开关：静态旁路开关的主要功能是在 UPS 系统发生故障时起到安全保障作用。在这种情况下，静态旁路开关将绕过整流器、逆变器和电池，从而将系统连接到主电源。然而，这种安排并不理想，因为它将是未经滤波的电源，但它对于在 UPS 系统正在维修期间继续运行是有用的。
5. UPS系统的其他组件：UPS系统的其他组件取决于其大小和类型，可能包括风扇和电容器等组件。
   1. 外部维护旁路用于在 UPS 被更换或移除时保持负载不中断。
   2. 瞬态电压抑制器
   3. 简单网络管理协议
   这些可用于监控和通信应用。

UPS如何保护计算机？

计算机持续运行需要特定的规格，这些规格的偏差会导致电源故障，计算机停止工作。使用 UPS 的目的是在出现电源问题时保护计算机上的数据和任何工作。这些电源问题是

1. 电压浪涌和尖峰：线路电压高于所需电压。
2. 总电源故障：例如保险丝熔断或线路断电。
3. 电压不足：线路电压低于所需电压。
4. 频率差异：当电源振荡频率与所需频率不同时。

不同类型的不间断电源

UPS 系统通过其三种类型来适应各种应用，以满足企业和客户的需求。这三种类型是；

1. 后备 UPS
2. 在线互动 UPS
3. 在线 UPS

这三种设备在停电时都能工作；但是，它们的运行方式可能有所不同。

1. 后备 UPS

后备 UPS 是一种离线 UPS。它可以检测到电气故障并自动切换到电池供电模式。在正常条件下，通过直接交流连接，硬件接收市电。后备 UPS 的常见用途包括计算机、调制解调器、VoIP 设备等。后备 UPS 是三种 UPS 类型中最便宜的。

2. 在线互动 UPS

UPS 能够自动调节电压；它还能响应高低电压情况。它在停电时支持系统。在停电期间，它将电池电力转换为交流电，以继续运行。

在线互动 UPS 系统的 IT 应用：在线互动系统可在设备烧毁或停电时保护敏感设备。在此系统中，与后备系统相比，设备成本更高。但是，与在线 UPS 系统相比，这些设备具有成本效益。它可以在短期停电或低电压等情况下提供保护。此外，在发生长时间停电的情况下，在线互动 UPS 系统的电池电力可以使设备安全关机。

3. 在线 UPS

在线 UPS 系统采用双重转换或 Delta 转换技术。交流电源被输送到整流器，转换为直流电。因此，网络不会直接从交流插座接收电力。然后将其输送到逆变器。之后，它被逆变为交流电，并将此电力输送到设备。在线 UPS 系统为设备提供持续的纯净电力。与后备和在线互动 UPS 系统相比，在线 UPS 系统的成本更高。

在线 UPS 与在线互动 UPS

在购买在线 UPS 作为停电备用方案之前，了解在线 UPS 和在线互动 UPS 之间的区别至关重要。在线互动 UPS 是基本后备 UPS 的一个版本，带有一个自动变压器。

不同类型不间断电源的比较

UPS 的优点和缺点

优点

• 电源切换和 UPS 之间零延迟。
• 与发电机相比，关键仪器得到更好的支持。
• 客户可以根据要为设备提供的电力选择 UPS 的类型和尺寸。
• 与发电机相比，UPS 更易于维护且成本更低。

缺点

• UPS 由电池供电；因此，它们不适用于运行大型电器。
• 如果使用劣质电池，需要定期更换电池。
• UPS 的安装必须由专业人员进行。

选择不间断电源

我们有时可能需要购买新的 UPS 或更换现有的 UPS。在这种情况下，我们必须知道如何为我们的设备选择合适的 UPS。选择合适的 UPS 非常重要，它取决于所需的负载和电池自主时间。

1. 所需负载：要确定所需电力，需要将关键负载与非关键负载分开。因此，要确定 UPS 拓扑结构，建立负载需求至关重要。
2. 电池自主时间：这是选择 UPS 时必须考虑的第二个因素。它包括安全关机所需的时间以及安装电池的空间等参数。

其他因素

以下是在选择 UPS 之前必须考虑的一些其他因素

1. 安装配置：在选择 UPS 之前必须确定安装配置。例如，N+1 并行系统。
2. 安装环境：位置和环境是选择 UPS 的重要考虑因素，UPS 可以是机架式安装或独立塔式。但是，UPS 的最佳环境是通风良好、温度可控且一致的房间。
3. UPS 维护：应确定维护的正面面板和侧面面板接入，以便选择 UPS。
4. 保修：根据行业规范，UPS 系统有两到三年的保修期。
5. 配件：根据网络和通信需求，还有其他配件，如旁路开关、BMS 连接等。
6. 功能：选择 UPS 时应考虑触摸屏显示和智能主动模式等不同运行模式。

UPS 的替代方案

UPS 有许多替代方案，可以在停电期间帮助您的计算机继续运行。其中一些将在下面简要讨论

1. 发电机：将机械能转化为电能的设备称为发电机，也称为发电机。它用于为汽车、飞机、轮船等设备供电。
2. 浪涌保护器：这些设备用于在电涌和电压尖峰期间保护电器。它通过阻止电压保持在恒定值（称为安全阈值）来保护设备。
3. 电源逆变器：电源逆变器用于汽车中，以允许在车辆中使用大型电子设备。这些设备特别适用于需要合适插头才能操作或充电的设备。电源逆变器的主要功能是将直流电 (DC) 转换为交流电 (AC)。如今，电源逆变器在空调等其他领域的应用也越来越广泛。
4. 自动浪涌保护器：浪涌保护器用于保护设备免受过电压情况的侵害。通常，它与需要免受过电压侵害的设备的电源并行使用。

UPS 与替代方案的比较

当发生电涌、尖峰或断电时，有许多替代方案可以为设备供电。然而，UPS 相对于某些替代方案具有优势。因此，如果系统要求符合 UPS 的特点，则可以使用它。

UPS 与发电机

发电机可用于长时间运行设备，而 UPS 则用于短时间运行设备。这是因为 UPS 由电池供电，而发电机由燃料供电。UPS 和发电机之间的另一个区别是 UPS 在断电后启动，而发电机需要时间启动。因此，当需要持续供电时 UPS 有用，而当停电频繁且持续时间长时可以使用发电机。

UPS 与浪涌保护器

浪涌保护器用于应对电压尖峰、电涌等情况。然而，在停电和主电源中断的情况下，无法使用抑制器或电涌保护器。与浪涌保护器不同，UPS 在市电中断的情况下也能工作。

UPS 与逆变器

电源逆变器用于将直流电转换为交流电。它们以直流电为输入，以交流电为输出。一个或多个电池用于在停电时为电源逆变器储存电力。在停电期间使用电源逆变器会导致从一个源到另一个源的电源传输延迟。

AVR，也称为自动电压调节器，用于控制电压波动。它用于功率转换器和逆变器。

单相和三相 UPS 系统

单相 UPS：单相 UPS 是具有单一输入和输出的 UPS。它只需要导线和零线来完成电路以及一个正弦波形。单相 UPS 类型用于小型设备，如网络交换机、机架式服务器以及电信或计算机系统。除此应用外，它还可以用于需要三孔插头的设备。

三相 UPS：这种 UPS 系统是三相系统。三相 UPS 使用三个相移正弦波为负载提供连续电力，这些波形间隔 120 度。因此，三相系统需要三根导线和一根零线，它支持单相和三相输出。

三相 UPS 的应用通常包括大型设备，如工业应用、数据中心、医院以及电梯、泵和风扇的保护。需要保护此类设备，因为它们有电机。

单相和三相 UPS 的比较

• 单相 UPS 系统的额定功率为 10 KVA，而三相 UPS 的额定功率取决于输出相数。它是 20 KVA 或 3:1；200 KVA 或 3:3。
• 单相 UPS 有一根导线，三相 UPS 有三根导线。
• 与单相 UPS 的一个正弦波相比，三相 UPS 的正弦波数量为三个。
• 三相 UPS 的电压为 415V，而单相 UPS 的电压为 230V。
• 三相 UPS 比单相 UPS 复杂得多。
• 三相 UPS 的效率高于单相 UPS。

上面介绍了单相和三相 UPS 的比较。这将有助于评估两者并根据需要选择 UPS。

基于变压器和无变压器 UPS 的工作原理

在 UPS 系统中使用变压器是为了升高交流电压水平、在负载中断期间提供保护以及实现隔离。在传统的 UPS 类型中，电力流向输出通过整流器、逆变器和变压器。

无变压器 UPS 的工作原理与基于变压器的 UPS 类似。然而，无刷双极晶体管 (IGBT) 用于无变压器 UPS。它们很有优势，因为它们消除了逆变器后对变压器的需求。它们还能处理高电压，提高不间断电源的效率。

尽管技术进步提高了基于变压器 UPS 的能效，但无变压器 UPS 系统在低负载条件下非常有益。基于变压器的 UPS 目前效率为 95-96%。

基于变压器 UPS 的优点

基于变压器的 UPS 具有优势，因为在这种系统中，故障点较少。此外，它在输入和输出之间提供分离，称为隔离。隔离可以防止由浪涌、尖峰和电气噪声引起的问题。基于变压器的 UPS 是 100 KVA 及以上设备的最佳选择。它通常用于大型设备。基于变压器 UPS 的一些好处列在下面

• 双重负载保护
• 隔离
• 提高鲁棒性
• 市电电源是独立的
• 相-零线逆变器短路电流高于相-相短路电流
• 电源保护更优
• 减少电力质量问题

无变压器 UPS 的优点

无变压器 UPS 有益，因为它不需要笨重的大型变压器。因此，与带变压器的 UPS 相比，产生的热量也更少。此外，无变压器 UPS 具有成本效益，因为变压器成本更高。无变压器 UPS 的一些其他好处包括以下内容

• 尺寸和重量显著减小。因此，数据中心将有更多可用空间。
• 与带变压器的相比，能效更高。
• 噪音水平和发热量较低。
• 安装、运行等成本较低。

关于 UPS 的常见问题解答

以下是关于不间断电源 (UPS) 的一些常见问题解答 (FAQ)

1. UPS 的概念是什么？

UPS，即不间断电源，是一种在电力传输失败时为负载提供应急电源的设备。它旨在保护数字设备免受电力中断的影响，包括停电、电压不足、浪涌和尖峰。

2. UPS 是如何工作的？

UPS 的工作原理是，即使在输入电源（市电）发生故障时，也能持续从其内部电池供电。UPS 会自动切换到电池供电，以确保连接设备的正常运行和不间断供电。

3. 有哪些类型的 UPS？

UPS 系统通常分为 3 种类型：离线/后备 UPS、在线互动 UPS 和在线/双重转换 UPS。每种类型都提供不同级别的保护和性能。

4. 为什么会有不同的 UPS 模式？

UPS 结构通常具有不同的运行模式，包括正常模式、电池模式和旁路模式。这些模式具有不同的功能，例如在正常运行时最大化效率或在发生故障时绕过 UPS。

5. 在停电情况下，UPS 可以提供多长时间的电力？

UPS 在停电期间的运行时间取决于 UPS 的容量、它所支持的负载以及电池的状态等因素。小型 UPS 设备可能只能提供几分钟的电力，而大型设备或带有外部电池组的设备则可以支持设备更长时间。

6. 如何计算设备的能耗需求？

要确定合适的 UPS 功能，您需要了解要连接的所有设备的功率额定值（以瓦特为单位）。

7. UPS 能否应对所有稳定性问题？

虽然 UPS 系统在缓解异常电力问题方面功能强大，但它们无法防止所有类型的电气问题，包括持续过电压情况。浪涌保护器和专门的电源调节设备可以补充其使用，以实现全面保护。

8. 如何维护 UPS？

定期维护包括检查电池健康状况、定期进行测试以及确保气流正常。电池更换是 UPS 维护的重要组成部分，因为电池会随着时间推移而退化，可能需要每几年更换一次。

9. UPS 能否用于所有数字设备？

UPS 设备适用于特定类型的电子设备，包括计算机、服务器、网络设备和敏感电子单元。但是，一些高功率设备可能需要具有更高容量的专用 UPS 设备。

10. UPS 显示屏上的常见指示灯有哪些？

UPS 通常会显示输入电压、输出电压、电池状态、负载水平和警报等信息。了解这些指示灯可以帮助用户监控 UPS 并响应潜在问题。

请记住，关于 UPS 的具体信息可能因型号和制造商而异，因此查阅手册以获取准确详细的信息至关重要。

结论

总之，不间断电源 (UPS) 是至关重要的设备，可在停电期间提供备用电源，确保数字设备的不间断运行。UPS 系统通过快速切换到电池供电来运行，提供免受电力波动影响的保护。定期维护、正确的功耗计算以及考虑额外的保护措施可以提高 UPS 的有效性。维护良好的 UPS 可作为重要的保护屏障，防止在电力中断的情况下发生数据丢失并保持运行连续性。