| 出版日期：1998-10-19 总期号：339 本年期号：42 |
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ups 拒“电力骚扰”于门外
在竞争日益激烈的现代企业中，不间断电源（ups）经常意味着不间断工作，持续工作常常意味着更有效地把握商机，所以，ups也常常成为企业成功的必备一环。本期“选型指导”将就如何选择ups为企业用户提供一些建议，希望有所裨益。 ups 分 类 选 择 不间断电源（ups）作为一种特殊的电子设备，越来越多地应用在现代社会生活的各种领域。那么，用户究竟如何认识和选择ups呢？ 在ups产生的初期，断电是用电设备最大的敌人，再加上元器件、控制技术等多方面的原因，ups自然也就以解决断电、对负载不间断供电为主要功能，因而这种设备被称为不间断电源。随着技术的发展，以计算机、网络通信设备为代表的大量非线性负载的出现，使得电网中的干扰更加趋于复杂，据统计，因为断电而造成的市电故障只占所有故障的30％。那么，电网中存在的电源故障有哪些呢？简单地可分为以下几类： 断电：持续1个周期以上的电压为零； 浪涌：电压幅值高于额定值； 下限：电压幅值低于额定值； 尖峰：叠加在正常波形上的瞬间电压突升，突升值大于额定幅值的150％； 噪声： 叠加在正常波形上高频电压，频率超过400hz，幅值大于额定幅值100％。 实际情况是，ups对所有这些电源故障都要进行一定程度的处理，ups的内涵较之最初丰富了许多。简单说，解决各种电源故障，给负载提供连续稳定纯净的交流正弦波电源是目前ups的主要功能。 目前市场上ups品种繁多，但并不是所有的ups都能解决所有的电源问题，那么，究竟应如何来确定ups的性能呢？从第一台电子调节的交流稳压器产生至今，ups从其结构上来看有以下几种：后备式、线路交互式和双变换在线式。 后备式 
后备式ups的原理结构如图所示，当输入电源的电压、频率满足输入指标时，ups将市电通过交流接触器和静态开关直接输出给负载使用，同时充电器给电池充电，而当输入电压或频率不符合指标时，逆变器将电池提供的直流电逆变成交流输出给负载。从其工作原理我们可以看到，大部分时间内，市电直接给负载供电。因此，市电网络上存在的浪涌、尖峰、扰动、频偏等暂态现象仍会给负载造成不良影响。所以它只能对断电等问题进行处理，而对大部分市电问题则无能为力，这是一种技术简单、成本低的ups，适合一些比较简单、不十分重要的环境使用。事实上，市场上后备式ups的容量最大不超过2000va。 线路交互式 
线路交互式，也就是三端口式，其结构如图所示，当输入电压和频率符合指标时，原边绕组的交流电通过铁芯感应至付边和逆变器绕组，逆变器绕组将感应的交流电整流成直流给电池充电，而通过改变变压器的抽头，可适当调节输出电压的幅值。当输入电压或频率不符合指标时，逆变器正向启动工作，输出交流电支持负载。在大部分情况下，负载使用的依然为市电，因此，对于许多暂态干扰仍不能有效抑制，且逆变器启动至稳定输出，也存在数毫秒的间断。它比后备式增加了一些功能，但仍不能处理所有故障，因此不适合于关键数据网络中心。这种结构的ups容量一般都小于8000va。 铁磁共振式 
铁磁共振式ups的工作原理与后备式和线路交互式类似，只不过它是通过特殊的铁磁变压器进行稳压调节。 通过分析我们可以发现，后备式、线路交互式、铁磁共振式三种ups的工作原理实质上是一样的，都属于后备工作方式，大部分时间，负载由市电直接供给，或进行一些简单的调压和滤波，此时，输出随市电波动，只有当输入电压、频率超过范围时，逆变器才启动工作。因此，其输出电压的变化范围大，频率随市电变化，稳定度差，市电中存在的各种干扰、谐波、等暂态仍时时威胁着负载。 双变换在线式 
双变换在线式是目前较完善的ups结构，其整流器首先将交流电整流成直流电，供给逆变器，同时给电池充电，逆变器将直流电逆变成交流输出给负载，当输入电压或频率不符合指标时，逆变器由电池供电，继续支持负载，出现过载或逆变器故障时，由旁路供电。与后备工作方式的ups相比，在线式ups的逆变器始终工作，无论是由整流器还是电池提供直流电源，由逆变器重新生成的交流电十分稳定，将输入端的各种电源故障彻底隔离。因此，双变换在线式ups解决了所有的市电故障，能够给负载提供全面而彻底的保护。10kva以上的ups都采用这种技术，而大型的数据网络中心及其它一些关键的用电领域，采用的都是双变换在线式的ups。 纵观历史，ups的发展是受到电子技术、元器件技术、控制技术、计算机技术、通信技术等多种因素的影响和推动的。表1简单总结了ups的发展过程。 从中我可以发现，集成电路和数字网络技术已经愈来愈多地运用到ups上了。目前，ups技术还没有出现超过在线式的新型结构，因此在原理结构、器件选择等方面基本相同的情况下，ups的检测、控制、驱动功能就越发显示出其重要的地位，也就是说，控制软件的技术将更大程度地决定ups的性能和先进程度，这一点需要引起足够的重视，ups将进入软件时代。
那么，在选择ups时，用户应— 注意哪些问题呢？ 首先要考虑ups品牌在市场上的知名度，厂商从事ups产品生成、开发、服务的历史、经验等因素。对一个十分陌生的品牌，用户最好持谨慎态度。如果ups生产厂商有着悠久的历史且具有较高的专业化程度，那是值得考虑的。 ups产品的性能是最为关键的因素，对于一些指标，各厂商大同小异，并没有太大的区别，用户也不必沉溺于某些指标当中，而应全面衡量ups性能。事实上，ups的可靠性是所有指标中最重要的，它需要综合考虑ups的工作原理、器件选择、生产工艺、包装运输等多方面的因素。 售后服务是大多数产品的一个重要环节，而ups的工作性质使得其售后服务更具有特殊意义。这里需要指出的是，对于小型ups和大中型ups，其服务是有一定区别的。后备式、线路交互式等小型ups，由于使用范围分散，现场维修不十分现实，又由于其体积、重量都相对较小，往往采取整机更换维修的方式。因此，规范完善的更换、返修网络将带给用户极大方便。而10kva以上的在线式ups，由于其使用环境相对集中，重新拆装又不方便，因此只能采取现场维修的方式，响应时间、故障排除能力及维修人员的素质将是用户必须关心的。(刘海峰) 选择未来ups 现今的ups不仅可以在计算机无人值守时定时开机、关机，而且还可以在市电发生故障后，及时通知计算机，并按照事先的设定顺序关机。有的ups还具有通过联网及远程通讯进行远程监控的能力。纵观ups的设计和功能，我们可以初步分析ups的未来趋势和发展方向。 从产品品种看趋势 最早的ups是电动机-发电机组，通过发电机来维持一段时间的正常供电，直到现在，这种旋转发电机式的ups还在工厂、矿山、宾馆、大楼发挥着作用。 随着半导体器件的发展，静止变换式ups问世了。静止变换式ups又可粗分为后备式和在线式两类，这两类ups的结构大致相同，区别主要是工作方式不同，后备式ups只有在市电异常时才启动逆变器，而在线式ups的逆变器则自始至终都在工作。在线式ups工作时充电器为了阻止电池放电必须足够大，有较大的电能损失，工作时还会产生较大的热量，这会影响ups电子器件和电池的寿命。后备式ups工作时，电池只需提供较小的充电电能即可，所以充电器较小，效率高、价格低，网络文件服务器和unix系统中选用后备式ups的数量是在线式ups的四倍，但多数大型机、小型机只能使用在线式ups，因为后备式ups的设计特点，没有容量在2kva以上的后备式ups。 现在有许多类型的ups没有采用普通的在线或后备工作方式，而是采用后备在线混合式、后备铁磁式或在线互动式,以弥补单纯在线式或后备式的缺点，这其中后备铁磁式ups遇到新的计算机功率因数自校正电源时输出会不稳定，在新的国际标准实施后，这种ups可能会被淘汰。在线互动式ups的设计提供了两个独立的电源通道，在市电发生故障后由交流输入电流直接提供输出，并且逆变器还具有稳压、调压的作用，可以在电源质量很差的地方照常运行，这种ups比较可靠，同时还具有优越的电源保护功能。 随着个人电脑的普及和网络计算的发展，未来的ups将向着高频小型化智能化方向迈进，ups的市场也将从金融、保险、通信、国防等大领域逐步扩展到家庭和办公环境。下面将以静止变换式ups为主做介绍。 从可靠性看趋势 ups的可靠性是ups质量的第一指标，它包括对电涌的抑制、低压的提升和电池寿命的保护。 相对于cpu和操作系统，cpu是外设的外设。1997年全球cpu销售总额为62亿美元。其中在线式的年均增长率约为13.24%，后备式的年均增长率约为22.24%，总平均增长率为16%。 对电涌的抑制 
在所有可能对设备造成危害的因素中，交流电固有的不稳定性最有可能引起危害。90%的电源调节器和高性能的电涌抑制器都是采用串行/并行抑制方法，当电压超过临界值后，保护电路就会被激活，但不幸的是大多数电涌抑制器把电涌分流到建筑物地线系统上去了，这会引起互联计算机地线之间产生的地线噪声，造成设备接口和cpu主板的损坏。一些厂商不在火线、零线与地线之间设置电涌控制器，这样就不存在地线干扰了，但不能完全控制由电源相线、零线与地线之间产生的共模冲击电流及噪声。apc的ups对这一问题给出了较好的解决，它让较小的电涌或噪声通过，而持续较大的电涌在分流到地线之前，用电路将其削弱。 通过对ups管理软件可配置特性的设置，用户可以选择系统是以电子邮件、外部命令或呼叫方式报告尖峰、下跌和断电等紧急电源问题，ups的管理软件还可以对出现的电源故障进行统计产生日志报告，允许用户执行外部程序来关闭数据库和其它的灵活应用。 对电池的保护 电池是ups系统中最不可靠的部分，ups设计的好坏直接影响到电池的可靠性。即使使用的是同样的电池技术，不同厂家的电池寿命也大不一样，这一点对用户很重要，因为更换电池的成本很高，占ups售价的30%以上，因此通过ups的设计保护电池的寿命就成为众厂家竞争的焦点。 一般来说，所有在线式和后备在线混合式ups比后备式或在线互动式ups运行时发热量要大，所以后备式或在线互动式ups电池更换周期较长。另外有些ups的设计会使电池产生纹波电流，造成电池不必要地过热，普通后备式、在线互动式或后备铁磁式ups就不会产生纹波电流。 影响ups电池寿命的一个原因是电池充电不均，ups中的电池是若干原电池串联起来的，原电池性能不同就会导致有些原电池的充电电压比别的原电池要高，这部分原电池就会提前老化，只要串联起来的某个原电池老化，性能下降，整个电池的性能就会同样下降。实验表明电池寿命和串联的原电池的数量有关，电池电压越高，老化得越快，因此当ups容量一定时，应尽可能让电池电压最低，在电池电压一定时，应选择数量少电压高的原电池串联的电池，这种策略是以提升ups成本为代价的，但如果考虑到更换电池的花费，则总使用成本却降低了。 从管理设计看趋势 ups的易管理性体现在ups管理软件对本地ups的管理和远程ups的监控，以及其它附加管理功能的实现。 ups监控 静止变换式ups主要是与计算机网络相连，以保护网络数据的安全。一般是在服务器和ups之间连接一条串行线，该连接使ups可以将电源所处状况及有关变化传送给服务器上的管理软件。ups监控软件收到来自ups的数据后将执行相应的一系列指令，或完成由网络管理员设定的操作等。在电源彻底失败的情况下，ups监控软件会向网络上的用户报警，请他们保存当前的工作，并退出系统，经过设定的时间后，监视软件关闭服务器及相关的文件，其电力维持时间的长短视ups的va级和支持相连设备所需能源的大小而定。 一般网络软件都自带基本的ups监控服务，它可以通知用户服务器的电源出现故障，服务器即将关闭，然后将数据存盘，并关闭服务器。但这种基本监控功能有若干局限性，比如在系统正由ups供电，系统已退出的情况下来电了，则必须人工重新引导系统。另外，安装时还要根据不同的服务器硬件配置安装不同的接口工具，重新编辑服务器配置文件，这些都增加了安装的难度，所以现在的ups产品几乎都带有管理ups的软件包，其安装和使用都非常简单，对软件所要做的全面设置只是相对于各种电源问题指定是以呼叫方式还是以网络报警方式来通知网络管理员，软件包大都提供图形化的计量器以显示ups的输入负载等运行状态，并且可以将各种电源问题保存在历史记录之中，这样，管理人员就能利用实时图形显示电源运行数据诊断电源问题。 ups管理软件未来的发展方向是提供远程管理能力，如通过简单网络管理协议snmp管理器，在用户尚未意识到问题前解决问题。有了远程管理功能，用户就可以远程设置ups的内部参数，从而设置ups的运行，不须现场操作人员，即可改变ups有关开关调制。 
附加管理功能 ups管理软件的发展为用户提供了多种管理功能的选择，如果说过去ups的竞争主要是在可靠性方面，现在ups的技术竞争还体现在对网络保护提供了何种程度、何种功能的支持。目前，ups的附加功能更多地是使ups成为与网络有机相连的智能组成，各家厂商都在加强适合于网络操作平台的电源保护软件和硬件产品的开发。 结论 ups由原先的“后备电源”演进到“完整的计算机网络电源保护方案”，反映了ups的未来发展方向。模块化、灵活架构的电源结构和插槽设计，不仅使管理细化到具体构件，也是ups未来功能可扩充、应用灵活性的必选之路。对ups本身可靠性的设计及对网络保护的匠心，将是ups厂商斗智斗勇的焦点。谁能提供较长的电池寿命、广泛的平台应用、智能化网络诊断，谁就能执市场之牛耳，立于不败之地。 |
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