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標題: UPS的設計和工作模式如何影響其性能？ [打印本頁]

作者: sunfuxue 時間: 2011-4-1 10:11 標題: UPS的設計和工作模式如何影響其性能？

UPS的關鍵任務是在各種輸入交流條件下(包括發電機運行)，確保提供給IT設備的電源滿足設備電源的具體要求。現在我們看看不同的設計是怎樣滿足以下主要標準的：

將電壓維持在允許的范圍內
無需鎖定IT設備就可在各種模式間轉換
與發電機電力之間平滑過渡
UPS拓撲對性能的影響
將電壓維持在允許的范圍內
UPS輸出電壓必須在信息技術工業委員會(ITIC)為所有輸入交流線路條件規定的ITIC電壓容限曲線的可接受容限內。
縱軸顯示的是電源裝置(PSU)的輸入電壓。橫軸表示輸入電壓出問題的時間(可達10,000個交流電周期，約28分鐘)。ITIC曲線(其實更像是階梯而非曲線)顯示IT設備用的一種典型電源裝置(PSU)設計的可接受的輸入電壓包絡。
UPS必須確保輸入到電源裝置(PSU)的電壓不在可接受的區間上方的禁止范圍內，因為在此范圍內的電壓可損壞IT設備。低于閾值的電壓可導致電源裝置(PSU)關閉或出現異常行為。
ITIC(CCBEMA)曲線顯示IT設備的電源絨容限

　　幾乎所有的系統設計都提供一定程度的浪涌抑制，以防高頻瞬變和大電壓尖峰，例如由雷電引起的或由公共電廠的破壞引起的。

　　1、多數小型后備式和在線交互式系統使用某些形式的瞬變箝位裝置，如金屬氧化物壓敏電阻(MOV)，它們可將多余的能源分流到地，或者在能量等級太高時自毀來吸收過電壓或瞬時沖擊。由于這種UPS多數都是小型的，設計用于布置在被保護的設備附近，只有最小數量的這種箝位裝置。

　　2、在正常模式運行的雙轉換UPS通過AC-DC-AV轉換過程處理電力，從而阻止有破壞性的輸入條件通過UPS進入到所連接的負載設備。（但是，如果UPS在旁路模式，如在系統維護或系統故障過程中，有破壞性的輸入脈沖將通過UPS旁路進入負載。）

　　多模式雙轉換UPS容易被部署在距市電輸入源較近處，因此常常設計有額外的浪涌保護。這些設計可包括連接多個并聯的金屬氧化物壓敏電阻(MOV)，得到三個獨立的保護通路：火線與火線之間、火線與地線之間、零線與地線之間。UPS還可以有氣體放電管、浪涌線圈或其它包含電感器和電容器一類器件的濾波電路，用于在破壞性脈沖到達關鍵負載前將其消除。此外，這類UPS在輸入電源條件使其有理由轉到雙轉換模式時會自動從高效模式轉換過來，從而將輸入瞬變與負載隔離開來。多數設計也可保證：即使在旁路模式，保護所連接的負載設備不受瞬變問題影響。總是以這樣或那樣的方式保護IT設備不受大浪涌和沖擊影響。

　　3、不論采用哪種UPS設計，仍建議在市電入口處采取浪涌保護措施，以保護UPS輸入監控電路，并在向UPS旁路供電的電路上提供浪涌保護。

　　不同的UPS設計處理不太極端的電壓條件(如欠壓或過壓條件)的方式也不同：

只要輸入電壓在預定的UPS容限內，后備式UPS就可為IT設備供給滿足此要求的可接受的電力。但是，正常運行的電壓范圍一般較窄(ITIC曲線的±10%)，因此，UPS必須頻繁地求助于電池，這樣會減少電池的運行時間和使用壽命。有些后備式系統允許較寬的輸入電壓范圍，這有助于保存電池電量，但可導致所連接的IT設備鎖定或出現時有時無的運行問題。
只要輸入電壓在預置的UPS容限內，在線交互式UPS就可供應在ITIC要求范圍內的電力。但是，在線交互式系統可使用抽頭變換式變壓器或降壓/升壓電路提供一些電壓調節。這意味著它不需要像后備式系統那樣頻繁地求助于電池，雖然它也使用一些電池電能去支持正常模式與電壓調節模式之間的過渡。電池電能用量比后備式UPS的低，但仍比雙轉換拓撲的高。
雙轉換UPS在所有輸入電源條件下都提供經調整的輸出電壓，電壓波動在標稱值的1%到3%內。當輸入電壓在預置的UPS容限內時，不需要使用電池就可對輸出進行調整。同樣地，雙轉換UPS與后備式或在線交互式設計相比，使用電池的次數都少，時間都短。這就等于得到更長的電池運行時間和使用壽命。目前許多雙轉換UPS是智能型的，如果UPS沒有100%加載，輸入接受范圍就會更寬。
當輸入電壓在預置的UPS容限內時，多模式高效雙轉換UPS就可供應在ITIC要求范圍內的電力。當輸入交流電壓超出此范圍內，UPS自動使用雙轉換模式，使輸入調整到ITIC要求的范圍內。結果，電池使用時長和頻度與雙轉換UPS相似，在有些情況下甚至更低。
　　有些較大的系統設計可能允許調節輸出電壓的區間，因此系統也可支持輸入電壓范圍更受限制的非IT電源，同時仍得到較高的運行效率的好處。

　　所有UPS設計滿足ITIC規定的IT設備的輸入電壓要求。主要區別在于UPS實現此結果的方式，這對電池使用頻度和時長有很大的影響。后備式UPS對電池的需求量最高，雙轉換拓撲最低。

與ITIC曲線相差的各種UPS設計的性能

　　無需鎖定IT設備就可在各種模式間轉換

　　按照行業標準，IT設備內的電源裝置設計可存儲足夠的能量，在電力中斷時讓設備繼續運行約20毫秒。這稱為“保持”時間。這意味著設備可忍受UPS在各個運行模式之間轉換時出現的短暫的斷電，如從正常運行模式到電池模式，再返回正常模式。

　　但是，轉換實際上應比20毫秒快得多，因為電源裝置在沒電的情況下運行的時間越長，當它再接受到電力時汲取的突入電流越大。突入電流可超過UPS的電流處理能力，從而導致其關閉。

　　后備式UPS在5-12毫秒(典型值為8毫秒)內切換到電池模式。后備式系統一般使用一個快速動作機械式繼電器進行電力切換，它可延長切換到電池前的時間。

　　大多數電源可以容忍此中斷。但是，當轉換時間大于5毫秒時，突入電流會超過UPS逆變器的處理能力，引起IT設備復位，從而導致數據出錯或關機。如果后備式系統允許輸出電壓下降標稱值的10%以上(比如在120V系統上降到108V以下)，電源裝置(PSU)很可能處在汲取比正常值大的電流的狀態。因為這個原因，失去輸出的時間的延長增大了電源裝置(PSU)關閉的機率。

　　為很關鍵的服務器配用后備式系統時要考慮的一個問題是電池供電時輸出電壓的波形問題。許多后備式系統產生方波或修正正弦波輸出，目前的功率因數校正電源可能無法處理這種波形。如果是這種情況，電源幾乎常常是一出現電池運行就關閉。

　　在線交互式UPS以3-8毫秒(典型值為5毫秒)的典型轉換時間切換到電池模式，在大多數電源的可接受的限制范圍內。如果轉換時間大于5毫秒，有些電源裝置(PSU)會呈現出超過400%的突入電流，UPS逆變器無法支持這么高的電流要求。

　　雙轉換UPS從輸出電力零中斷處(轉換時)開始從電池汲取電流，因此轉換不會引起突入電流。

　　先進、高效、多模式、雙轉換UPS一般在1-3毫秒內切換到電池模式，完全處在典型的電源裝置(PSU)的突入曲線的最低部分以內。隨后的突入電流小于正常峰值電流的200%，電池和逆變器可以容易地對付這種大小的短時突入電流。

　　多模式系統的工作原理與宣傳“高效運行模式”或“經濟模式”選項的典型的雙轉換UPS大不相同，主要體現在兩個方面。經過修改的雙轉換UPS一般：

　　在高效模式時以后備模式運行(而非在線交互式)，因此提供的保護較少。

　　由于UPS設計中的變壓器或檢測電路檢測到電源問題的延時，轉換到雙轉換模式需要5到12毫秒。那樣的轉換時間可導致IT設備數據出錯或關。

　　在后備模式，UPS在失去交流輸入時可能無法立即同步逆變器，從而會延遲向電池電源的轉換。如果逆變器和整流器與輸入交流電力隔離開，就不能確保對關鍵負載進行正常的瞬變保護，會引起其它的問題。

　　有效的多模式系統必須始終跟蹤交流輸入，并將逆變器與其同步。這樣，當失去交流輸入時，逆變器會以輸出電力的極小中斷立即接過負載。此外，整流器和逆變器應始終在線，時刻準備預防瞬變，并在交流電源中斷時提供極其快速的響應。

　　交流電源的中斷

　　斷電時間越長，電源裝置突入電流越大，

　　但有些電源裝置設計對這種現象的控制比其他設計要好一些。

　　與發電機電力之間平滑過渡

　　在較長時間的市電停電中，UPS怎樣處理向備用發電機的轉換？此過渡可能不是平滑的，因為發電機在起動和預熱期間電壓和頻率可能不穩定。

　　當發電機及其負載從初始起動過渡到正常運行的過程中，UPS必須能夠處理發電機輸出畸變。如果UPS不調整這種情況，不穩定的電力可導致所連接的IT設備數據出錯或關機。UPS應當盡可能地減少向電池運行模式來回轉換的次數，從而降低輸出電力中斷的可能性和電池的壓力。

　　后備和在線交互式UPS必須在將負載切換到發電機前先度量電源，然后再使逆變器與此電源同步。即使發電機的頻率或電壓有輕微的偏差，這類設計也可能切換回電池運行狀態。

　　雙轉換和多模式高效雙轉換UPS可確保當發電機預熱時，即使輸出電壓或頻率不穩定(或由于其它負載使發電機循環開關)，UPS仍繼續靠整流器運行，而不是切換到電池運行狀態。由于使用輸入整流器將交流處理成直流，這類UPS使用電池供電的時間最短。

來源：中國工業電器網

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