不斷電系統
不間斷電源(或稱UPS,即 Uninterruptible Power Supply)是在電網異常(如停電、欠壓、干擾或浪湧(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。通常情況下不間斷電源被用於維持計算機(尤其是服務器)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,電話通信網絡中斷或儀器失去控制。
在北美,數據中心所使用的大型UPS主要為三相480V,與市電三相208V不同。歐洲數據中心則採用與市電相同的三相400V。
電網異常
使用不間斷電源是為了應對電網可能出現的以下情況:
- 停電(電網停止工作,無電壓輸出)
- 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)
- 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)
- 持續欠壓
- 持續過壓
- 線噪(因線路屏蔽差而引入的射頻或電磁干擾)
- 頻率漂移(發電機不穩定造成的電網頻率偏差)
- 開關瞬態(亦稱暫態,由電氣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,僅數納秒)
- 諧波(電網中由非線性特性的電氣設備產生的對交流電正弦波形的干擾)
不間斷電源的發展
飛輪式不間斷電源
在使用電池的時代之前,不間斷電源曾經使用飛輪和內燃機為負載提供電能供應,這種不間斷電源被稱為飛輪式或旋轉式不間斷電源。飛輪式不間斷電源由整流器、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,此時不間斷電源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。
由於飛輪式不間斷電源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,通常情況下不間斷電源會使用蓄電池來提供電力。
蓄電池式不間斷電源
自二十世紀六十年代美國通用電氣公司研究生產不間斷電源以來,不間斷電源一直在被改進,但是其基本原理沒有重大變化。
現代的不間斷電源由電池組、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,不間斷電源利用電網電源為自身充電,在電網出現異常的時候,不間斷電源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和後備式(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。
不間斷電源的工作原理
後備式
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。若Inverter(「逆變器」)為正弦波逆變器,則可供電給電感性負載,如:馬達、電風扇。
線上交錯式
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
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「電感型負載」,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。
參考文獻
- 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
- GB 7260.1-2008 不間斷電源設備: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 不間斷電源設備: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 不間斷電源設備:2 電磁兼容性要求
- GB/T 7260.3-2003 不間斷電源設備:3 確定性能的方法和試驗要求
參見
外部鏈接
- Scott Siddens, UPS on the front line, Plant Engineering, February 2007, (原始內容存檔於2009-11-09)
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- VanDee, Dawn, Rounding Up Rotary UPS Features, EC&M (Penton Business Media), March 1, 1999 [April 7, 2012], (原始內容存檔於2020-11-30)
- UPS Basics. Eaton Corporation. 2012 [2014-01-08]. (原始內容存檔於2020-07-07).
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