《電子技術(shù)應(yīng)用》
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如何選擇最適合您的UPS,?(二)
Chris Loeffler
摘要:  哪種不間斷電源(UPS)設(shè)計適合您的數(shù)據(jù)中心呢?答案取決于一系列因素的組合,,這些因素受行業(yè)趨勢和技術(shù)發(fā)展影響,,而且被廣告的大肆宣傳復(fù)雜化。
Abstract:
Key words :

  UPS的設(shè)計和工作模式如何影響其性能,?

  UPS的關(guān)鍵任務(wù)是在各種輸入交流條件下(包括發(fā)電機運行),,確保提供給IT設(shè)備的電源滿足設(shè)備電源的具體要求。現(xiàn)在我們看看不同的設(shè)計是怎樣滿足以下主要標(biāo)準(zhǔn)的:

  • 將電壓維持在允許的范圍內(nèi)
  • 無需鎖定IT設(shè)備就可在各種模式間轉(zhuǎn)換
  • 與發(fā)電機電力之間平滑過渡

  UPS拓?fù)鋵π阅艿挠绊懀簩㈦妷壕S持在允許的范圍內(nèi)

  UPS輸出電壓必須在信息技術(shù)工業(yè)委員會(ITIC)為所有輸入交流線路條件規(guī)定的ITIC電壓容限曲線的可接受容限內(nèi),。

  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(dá)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(shè)備用的一種典型電源裝置(PSU)設(shè)計的可接受的輸入電壓包絡(luò),。

  UPS必須確保輸入到電源裝置(PSU)的電壓不在可接受的區(qū)間上方的禁止范圍內(nèi),,因為在此范圍內(nèi)的電壓可損壞IT設(shè)備。低于閾值的電壓可導(dǎo)致電源裝置(PSU)關(guān)閉或出現(xiàn)異常行為,。

  

   幾乎所有的系統(tǒng)設(shè)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,。

  多數(shù)小型后備式和在線交互式系統(tǒng)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(shù)都是小型的,設(shè)計用于布置在被保護(hù)的設(shè)備附近,,只有最小數(shù)量的這種箝位裝置,。

  在正常模式運行的雙轉(zhuǎn)換UPS通過AC-DC-AV轉(zhuǎn)換過程處理電力,從而阻止有破壞性的輸入條件通過UPS進(jìn)入到所連接的負(fù)載設(shè)備,。(但是,,如果UPS在旁路模式,如在系統(tǒng)維護(hù)或系統(tǒng)故障過程中,,有破壞性的輸入脈沖將通過UPS旁路進(jìn)入負(fù)載,。)

 

  多模式雙轉(zhuǎn)換UPS容易被部署在距市電輸入源較近處,因此常常設(shè)計有額外的浪涌保護(hù),。這些設(shè)計可包括連接多個并聯(lián)的金屬氧化物壓敏電阻(MOV),,得到三個獨立的保護(hù)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(dá)關(guān)鍵負(fù)載前將其消除。此外,,這類UPS在輸入電源條件使其有理由轉(zhuǎn)到雙轉(zhuǎn)換模式時會自動從高效模式轉(zhuǎn)換過來,,從而將輸入瞬變與負(fù)載隔離開來。多數(shù)設(shè)計也可保證:即使在旁路模式,,保護(hù)所連接的負(fù)載設(shè)備不受瞬變問題影響,。總是以這樣或那樣的方式保護(hù)IT設(shè)備不受大浪涌和沖擊影響,。

    不論采用哪種UPS設(shè)計,,仍建議在市電入口處采取浪涌保護(hù)措施,,以保護(hù)UPS輸入監(jiān)控電路,并在向UPS旁路供電的電路上提供浪涌保護(hù),。

    不同的UPS設(shè)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(yù)定的UPS容限內(nèi),,后備式UPS就可為IT設(shè)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(tǒng)允許較寬的輸入電壓范圍,這有助于保存電池電量,,但可導(dǎo)致所連接的IT設(shè)備鎖定或出現(xiàn)時有時無的運行問題,。

  只要輸入電壓在預(yù)置的UPS容限內(nèi),在線交互式UPS就可供應(yīng)在ITIC要求范圍內(nèi)的電力,。但是,,在線交互式系統(tǒng)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(diào)節(jié)。這意味著它不需要像后備式系統(tǒng)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(diào)節(jié)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(zhuǎn)換拓?fù)涞母摺?/p>

  雙轉(zhuǎn)換UPS在所有輸入電源條件下都提供經(jīng)調(diào)整的輸出電壓,,電壓波動在標(biāo)稱值的1%到3%內(nèi),。當(dāng)輸入電壓在預(yù)置的UPS容限內(nèi)時,不需要使用電池就可對輸出進(jìn)行調(diào)整,。同樣地,,雙轉(zhuǎn)換UPS與后備式或在線交互式設(shè)計相比,使用電池的次數(shù)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(zhuǎn)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(dāng)輸入電壓在預(yù)置的UPS容限內(nèi)時,,多模式高效雙轉(zhuǎn)換UPS就可供應(yīng)在ITIC要求范圍內(nèi)的電力,。當(dāng)輸入交流電壓超出此范圍內(nèi),UPS自動使用雙轉(zhuǎn)換模式,,使輸入調(diào)整到ITIC要求的范圍內(nèi),。結(jié)果,電池使用時長和頻度與雙轉(zhuǎn)換UPS相似,在有些情況下甚至更低,。

  有些較大的系統(tǒng)設(shè)計可能允許調(diào)節(jié)輸出電壓的區(qū)間,,因此系統(tǒng)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,。

  如下圖所示,,所有UPS設(shè)計滿足ITIC規(guī)定的IT設(shè)備的輸入電壓要求。主要區(qū)別在于UPS實現(xiàn)此結(jié)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(zhuǎn)換拓?fù)渥畹汀?/p>

  

  UPS拓?fù)鋵π阅艿挠绊懀簾o需鎖定IT設(shè)備就可在各種模式間轉(zhuǎn)換

 

    按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),,IT設(shè)備內(nèi)的電源裝置設(shè)計可存儲足夠的能量,,在電力中斷時讓設(shè)備繼續(xù)運行約20毫秒。這稱為“保持”時間,。這意味著設(shè)備可忍受UPS在各個運行模式之間轉(zhuǎn)換時出現(xiàn)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(zhuǎn)換實際上應(yīng)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(dāng)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(dǎo)致其關(guān)閉,。

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

  大多數(shù)電源可以容忍此中斷,。但是,當(dāng)轉(zhuǎn)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(shè)備復(fù)位,從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)出錯或關(guān)機,。如果后備式系統(tǒng)允許輸出電壓下降標(biāo)稱值的10%以上(比如在120V系統(tǒng)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(tài)。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(guān)閉的機率,。

  為很關(guān)鍵的服務(wù)器配用后備式系統(tǒng)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(tǒng)產(chǎn)生方波或修正正弦波輸出,,目前的功率因數(shù)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(xiàn)電池運行就關(guān)閉,。

  在線交互式UPS以3-8毫秒(典型值為5毫秒)的典型轉(zhuǎn)換時間切換到電池模式,,在大多數(shù)電源的可接受的限制范圍內(nèi)。如果轉(zhuǎn)換時間大于5毫秒,,有些電源裝置(PSU)會呈現(xiàn)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(zhuǎn)換UPS從輸出電力零中斷處(轉(zhuǎn)換時)開始從電池汲取電流,,因此轉(zhuǎn)換不會引起突入電流,。

  先進(jìn)、高效,、多模式,、雙轉(zhuǎn)換UPS一般在1-3毫秒內(nèi)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(nèi),。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。

  伊頓多模式系統(tǒng)的工作原理與宣傳“高效運行模式”或“經(jīng)濟(jì)模式”選項的典型的雙轉(zhuǎn)換UPS大不相同,,主要體現(xiàn)在兩個方面,。經(jīng)過修改的雙轉(zhuǎn)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(hù)較少,。

  由于UPS設(shè)計中的變壓器或檢測電路檢測到電源問題的延時,,轉(zhuǎn)換到雙轉(zhuǎn)換模式需要5到12毫秒。那樣的轉(zhuǎn)換時間可導(dǎo)致IT設(shè)備數(shù)據(jù)出錯或關(guān)機,。

  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(zhuǎn)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(guān)鍵負(fù)載進(jìn)行正常的瞬變保護(hù),會引起其它的問題,。

  有效的多模式系統(tǒng)必須始終跟蹤交流輸入,,并將逆變器與其同步。這樣,,當(dāng)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(fù)載。此外,,整流器和逆變器應(yīng)始終在線,,時刻準(zhǔn)備預(yù)防瞬變,并在交流電源中斷時提供極其快速的響應(yīng),。

  

  UPS拓?fù)鋵π阅艿挠绊懀号c發(fā)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(fā)電機的轉(zhuǎn)換?此過渡可能不是平滑的,因為發(fā)電機在起動和預(yù)熱期間電壓和頻率可能不穩(wěn)定,。

    當(dāng)發(fā)電機及其負(fù)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(fā)電機輸出畸變。如果UPS不調(diào)整這種情況,,不穩(wěn)定的電力可導(dǎo)致所連接的IT設(shè)備數(shù)據(jù)出錯或關(guān)機,。UPS應(yīng)當(dāng)盡可能地減少向電池運行模式來回轉(zhuǎn)換的次數(shù),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(fù)載切換到發(fā)電機前先度量電源,,然后再使逆變器與此電源同步。即使發(fā)電機的頻率或電壓有輕微的偏差,,這類設(shè)計也可能切換回電池運行狀態(tài),。

  雙轉(zhuǎn)換和多模式高效雙轉(zhuǎn)換UPS可確保當(dāng)發(fā)電機預(yù)熱時,即使輸出電壓或頻率不穩(wěn)定(或由于其它負(fù)載使發(fā)電機循環(huán)開關(guān)),,UPS仍繼續(xù)靠整流器運行,,而不是切換到電池運行狀態(tài)。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,。

    

     

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