什么时候需要纯正弦波UPS?


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我想购买一个机架式UPS,该机架可支持SOHO会议室中所有与IT相关的电子设备。这包括交换机,路由器,PC,服务器,NAS。在研究过程中,我发现有多种类型的UPS,而产生纯正弦波的UPS是最好的。然而,它们也比例如改进的正弦波UPS贵得多。

纯正弦波UPS的应用是什么?它会在我的用例中提供任何优势还是过大?


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您可能希望对ee.se上的此内容感兴趣。我们有很多相关的问题,总之,经过修改的正弦波可以杀死廉价的smps墙怪。
PlasmaHH 2015年

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简单的答案:除非您运行一些敏感的科学,医学或音频设备,否则您实际上并不需要它。如果有需要,文档通常会清楚地突出显示它。只要扔一个漂亮的APC头和额外的电池架,就可以了。计算将为您的设备供电多长时间来满足您的业务需求。通常一两个小时就可以了。UPS始终应位于墙壁和套件之间的主要原因是为了减少电源不足,并让您有时间在电源中断的情况下进行受控关机。
Alex Atkinson

@PlasmaHH,真的吗?我可以看到方波过载和/或损坏便宜的壁疣,但是经过修饰的正弦波通常“足够近”。想一想,我从来没有在破烂的方波逆变器上遭受过任何损坏。他们放出更多的热量,当电源故障时,它们可以忍受几分钟。
psusi

@psusi:我这里有一个损坏的功率计的示例:electronics.stackexchange.com/a/309273/151222。这也不便宜。:-)
alokoko

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@ neverMind9也可能在这里被询问过,但是这里也是ontopic。它属于“计算机硬件”,否则整个ups标签将是题外话。另外,根据您的给定时间,您不能提出问题。
totymedli

Answers:


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清洁交流电无处不在,因此一些电气设备的设计都以此为出发点。

关心交流电源质量的设备

从这种假设开始的设备的经典示例是在1970年代初期或之前设计的模拟音频功率放大器,或者是沿相同方向设计的更现代的产品。线性调节会散发出太多热量,无法在此类设备中实用,当时还没有真正使用低噪声开关调节技术,因此当时设计的安培放大器基本上采用未调节功率直接驱动放大级。坏功率会作为输出信号的一部分显示出来,具体取决于放大器的反馈量。¹这是旧放大器中线路嗡嗡声的两个主要原因之一。²

电能质量可能会影响设备运行的电路的另一个示例是使用交流电动机(例如有绳电钻)的情况,其中电动机的速度直接取决于施加在其上的电压。不能平稳地增加和减少的电压将导致速度变化。修改后的正弦波输出的阶跃在数百Hz范围内,因此修改后的正弦波UPS可能会导致您实际听到的电动机运行方式发生变化。

尽管我不会担心电能质量差会对电钻产生什么影响,但我不想使用某些电机驱动的设备(例如CPAP机器)来运行质量较差的UPS 。

至于SOHO机架中的任何设备是否关心UPS电源输出的质量,这取决于每个组件的电源设计。

电源类型

具有强大的电源滤波和调节功能的设备通常不关心修正正弦波中的非理想性。对这种设备而言,重要的是要获得足够的RMS功率,并且功率在设备的输入电压限制之内。³

用于现代电子设备的最常见的电源类型是开关电源。开关对电源的影响比对输入正弦波的冲击要大得多,因此,如果负载电路需要干净的电源,它们已经必须进行大量滤波。⁴

电源调节的另一种主要类型是线性调节器,通常可将低频输入噪声和纹波抑制80-100 dB。这就意味着,一些滤波过程会从过滤和调节阶段中消除一点输入颠簸。我试图提出一个设备的示例,该设备由于这种绒毛而无法正常运行,但我没有想到。当您将噪声降低得很低时,它对大多数电路都变得无关紧要,这就是为什么线性稳压器效率低下但仍要使用它的原因。

剩下未稳压的电源。这与上面的交流电动机情况非常相似,不同之处在于,变压器会降低交流电压,然后通常对其进行整流滤波以产生颠簸的直流电压。此三阶段过程可大大降低AC侧的噪声,⁵因此,有些设备的构建可能会假设这样的电源输出上产生的噪声和纹波是相当干净的,并且会因噪声而烦恼。修正正弦波UPS发出的数百赫兹散列。

示波图

fixer1234将图像添加到他的答案之后,我认为,修改后的正弦真的不是那么糟糕,对吧?我的意思是,每个周期他们将使用四个以上的步骤,对吗?对?

我决定捕获我在此处用于科学的所有UPS的波形图它们都是由同一家公司生产的,但是它们来自该公司产品线的不同方面。

作为参考,这是未滤波的交流线路电压在测试位置的样子,左侧的电压随时间变化,右侧的同一波形的频谱图

墙上的原始AC

频谱图左边缘的大峰值是60 Hz 基本频率。您看到的大谐波峰值表明,我在这里的墙壁电源不是超级干净。最大的是图的中间120 Hz处的二次谐波,比基频低30 dB,其次是图的右边缘180 Hz处的三次谐波。然后是一个在85 Hz的神秘峰,我对此没有任何解释。

这足以使失真显示在左侧的波形图中:请注意有些平坦的峰。

我测试了两个不同的正弦UPS,它们都相当昂贵。它们的输出如下所示:

高端正弦UPS输出

您的眼睛没有欺骗您:此特定UPS的电池交流输出比我的墙上电源还干净!该UPS将在其负载限制内运行任何电子设备,因为其电池输出与理想的壁装电源几乎一样,几乎没有任何实际差别。

如果UPS的使用寿命足够长,则更换​​电池的成本将超过初始成本。因此,如果您要购买优质的UPS,则应更多地考虑UPS 的运行成本,而不是初始购买价格。⁶

来自同一制造商的中型UPS的成本约为具有相同标题规格的真正弦UPS的1/3。它也可能更小更轻。抓住?这个:

中档UPS输出

虽然这比fixer1234的帖子所期望的输出要好得多,但它并不漂亮。该UPS的输出不仅存在很多宽带噪声和失真,而且您在每个周期看到的两个反冲可能使那些假定交流输入电压始终稳定地增加或减少的电路烦人。

但是,经过良好过滤和调节的电源将消除所有这些干扰,因此此类设备可以从该UPS运行。我从来没有任何问题,插入此UPS的设备。由于是UPS使我的家庭网络的核心组件保持正常运行,我想我会注意到它们是否在每次电源故障时都会重新启动。

我没有在此处提供品牌和型号名称的原因之一是,它不是电池输出质量的很好指南。我测试了以前的UPS的近亲,并得出了非常不同的测试结果:

中档UPS输出质量差

这基本上是fixer1234的答案中所示的理想波形的实际版本。那么,我上面的问题的答案是:“是的,它们的确使输出质量差的UPS确实存在。”

是的,实际上这可能很重要。实际上,我选择测试此特定UPS的输出是否为此答案特别是因为它过去给我们带来了麻烦。

我们将一台高端名牌PC插入此UPS中,并且在每次出现电源故障时,PC( PC)都会自发重启。连接到“电池”插座的其他所有设备都将保持正常运行。太奇怪了,我实际上在一个点上写了一个Arduino程序,记录了几周的“实时性”,以尝试检测掉电情况。即使PC重新启动,该小板也始终保持运行状态。我们最终将UPS移至一台旧的大型服务器上,期望更大的负载也会引起相同的症状,但事实并非如此:UPS现在已使该服务器运行几次电源故障。

UPS的输出质量不是关键所在。你坐下吗 这是同一家公司的低端UPS,它制造了以上所有三款UPS:

低端UPS输出

!!

现在您将了解为什么这种低端UPS的价格大约是中档UPS的一半。

就是说,我从未见过其中一台插入UPS的设备无法通过断电的情况。

结论

许多设备根本不关心交流电源质量。一个极端的例子是白炽灯台灯,但是任何具有良好调节和良好滤波电源的设备都应应对难看的交流输入。

但是,正如我们在上面和其他答案中看到的那样,有些设备无法应对不良的输入功率。对于这些情况,您需要一个正弦UPS。


题外话:

  1. 一些放大器设计几乎没有负反馈。在发烧友圈子里,这是一个宗教问题,反动极端主义者认为最好的放大器几乎没有反馈。

  2. 放大器嗡嗡声的另一个主要原因是接地环路

  3. 这就是为什么您经常看到电源标记为接受90-260 VAC或类似电压的原因。如果这样的电源获得200 VAC的输入,它将仅吸收一半电流,就好像获得了100 VAC的电流一样,从而允许它向通电电路提供相同的功率。P =六

  4. 即使不十分关心清洁电源的设备也必须经常进行电源入口过滤,以符合EMC法规。

  5. 为了与线性稳压器进行比较,典型的非稳压电源可将交流侧噪声降低约20 dB。

    分贝对数标度,其中两个电压之间的每6 dB差值是加倍或减半。因此,线性稳压器的80 dB噪声降低并不比从典型的非稳压电源获得的20 ish降低4倍,而是高出约1,000倍!真正出色的线性稳压器会产生20 dB至100 dB的压降,这意味着输出比输入安静10,000倍。

  6. 假设您决定以500美元的价格购买正弦UPS,尽管事实是,您可以以150美元的价格获得具有相同标题规格的高质量正弦UPS。典型的UPS电池需要每3年左右更换一次,真正弦模型的价格可能在150-200美元之间。这就是50-66美元/年×12年≈600-800美元,这使得电池成本成为成本计算中的主要因素。

    对于给定的VA级别,高端UPS往往在物理上具有更大的电池,因此UPS电池的更换电池成本部分取决于您最初为UPS支付的费用。因此,您可能会选择购买低端UPS,而不是上面的图表,因为高端UPS的长期运营成本会过高。


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有趣的示波图。在我的回答中,来自Cyber​​Power的模拟正弦波可能只是为了说明原理而设计的艺术品。我认为他们的目的是简化对“权力差距”概念的描述。实际上,它可能包含跨越零但提供问题持续时间的亚阈值电压的步骤。我惊讶地发现科学模仿艺术在您的“桶底”波形中表现得如此出色。并非所有有源PFC电源在所有非正弦波UPS中都会出现问题,但是有些不能一起工作,这就是原因。科学+1。
fixer1234

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顺便说一句,我没想到纯正弦波UPS会这么好。我以为您的中档UPS足够近,可以称为纯正弦波。我无法想象没有任何设备在该输出上运行。
fixer1234

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底部波形就是我15岁的Cyber​​power 1000 AVR的输出结果。这很丑,但是从来没有给我带来任何问题。双8ah电池(用于24v的串联电池)每3-4年更换一次只需要我$ 20,我想我为此花了$ 100或$ 150。
psusi

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我观察到的一件事是,当您在便宜的改进型正弦波UPS .vs上运行PC电源,主板和CPU时,它们的温度最高可升高10摄氏度。直接从市电运行它们。当然,这在很大程度上取决于PSU的质量,但是所需的任何多余过滤通常会转化为较低的转换效率和更多的热量。
伊戈尔·莱维基

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@PeterCordes所有测试都是在没有负载的情况下完成的。我希望所有重大负载都会导致更糟糕的结果。但是问题变成了“ 哪个负载?”是否有一个标准,以便我们可以比较结果?如果是这样,校准后的负载成本是多少?如果没有,我该如何决定什么才是好的可复制负载设计?我不能只使用COTS PSU,因为只有在该模型投入生产时这才是好的。而什么是是它的负荷?
沃伦·杨

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纯正弦波的要求主要与计算机中的有源功率因数校正(PFC)电源有关。对于这些,非正弦波形可能会导致关机,从而破坏了拥有UPS的全部目的。

我已经对该机制有两种解释:

  • 这篇文章中描述的一个问题是,PFC PSU会在UPS上引起很高的初始负载,从而触发过载保护功能,从而关闭UPS。

  • UPS制造商Cyber​​Power 在此数据表中描述了另一种解释:

电源间隙

模拟的正弦波输出形式在相变周期内产生零输出状态,从而导致功率“间隙”。从交流电源输出切换到模拟正弦波输出(电池模式)时,此间隙可能会导致具有有源PFC电源的设备的电源中断。

两种解释并不一定是互斥的。每个都可以在特定情况下适用。但是对于这两种解释,在三个重要点上达成了共识:

  • 设备和UPS的特定组合可能会出现问题,也可能不会出现问题。不同的UPS型号产生不同的模拟波形形状,不同的电源对波形形状具有不同的灵敏度,不同的设备配置具有不同的功率负载-UPS容量等。

  • 如果计算机硬件未使用有源PFC电源,则使用改良的正弦波UPS不会成为问题(并且暗示,使用纯正弦波UPS不会带来好处)。

  • 将改进的正弦波UPS与PFC PSU一起使用不会对UPS或PSU造成物理损坏,只是UPS可能无法正常运转而无法保持设备通电。**(请参阅下面的警告)


警告: 此答案侧重于计算机硬件,而不是可能由UPS供电的其他设备。我偶尔看到非正弦波功率与某些其他设备不兼容的报道。例如,kinokijuf的答案提到了LCD监视器中的荧光背光灯,该背光灯存在被认为是由于模拟正弦波UPS引起的问题。关于设备安全性,我的最后一点不是要解决其他连接的设备。


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+1:这是一个非常有趣的想法。我们办公室里有一台计算机,不会因断电而停电。我们上面有两个不同的UPS,其中第一个被转移到另一台计算机上,而这对则经历了几次停电。在我们更换第一台UPS之前,我写了一个小的Arduino程序来监视电源状态:如果电源中断足够长的时间以重启Arduino,我也可以根据串行输出判断出来。即使PC重启,它也从未重启。结论:那台PC不喜欢任何一个UPS。
沃伦·杨

@WarrenYoung我见过一个与之相关的评论网站,它确实进行了主动PFC /修改后的正弦UPS测试。IIRC的正常结果是PSU可以处理的最大负载小于PSU或UPS应该能够处理的最大负载。我不记得是降额的是PSU,UPS还是两者都降额了。如果是UPS,则可以通过使用功能更强大的备份来使PC断电。我可能只是更换PC的电源,而不是处理从非标准配置到生产线的任何潜在麻烦。
丹·尼利

@Warren您也可以更换PC的电源(除非该PC是Apple的非模块化垃圾)。
neverMind9

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大多数计算机设备的开关电源对交流电的噪声有很大的容忍度,这意味着应从“改良型正弦波” UPS正常运行,但是它们可能会过热。

但是,这可能会在直接由交流电源供电且取决于线路电压的更复杂设备中造成伤害,例如:

  • 非稳压和线性稳压电源
  • 感应负载,例如电动机
  • 音响设备
  • 荧光灯, 例如此人的LCD显示器中的荧光灯
  • 医疗,高精度设备
  • (添加更多示例)

一条经验法则是,如果您的设备带有单独的“ 100–240V”电源适配器,则使用正弦波UPS即可。


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说到显示器,我也不会用它关闭CRT。通常最好注意监视器。
Random832

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这有点奇怪,但是当使用修改后的方波电源供电时某些服务器电源将无法启动

我工作的地方有一些安装在卡车上的服务器设备,它们运行在改进的方波逆变器上。服务器电源已被专门测试,以确保它们将开始在修正方波交流电源。从逆变器运行时,某些外接式系统(一些Dell机器)将无法启动。

需要注意的是,他们将运行在修正方波输入,但不会启动。换句话说,如果服务器在运行时切换到逆变器输出,就可以了,但是您不能从逆变器/ UPS输出中启动它。

根据您期望的用例,这可能是问题,也可能不是问题。


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如果使用电源线将UPS的电源分配到整个房间,那么由于电源线上的阻抗效应,除纯正弦波外,其他任何东西实际上都会使失真更严重。我在一家工厂了解到了这种效果,我们在长电缆上基本上使用了纯正弦波变频电动机控制器,因为长电缆上的太多变形会烧毁电动机。我所看到的所有孔式UPS似乎都是纯正弦波。

设备中内置的浪涌保护条或浪涌保护装置对于不仅仅接近纯正弦波的UPS可能是个问题。由于我希望在同一个房间中同时为计算机,电视,监控摄像头等提供备用电源,因此,安全问题更多,因此我为纯正弦波设备支付了更多费用。我不需要担心是否会过热。实际上,当我插入有史以来最便宜的UPS时,我的夜灯内置灯泡过热并融化。浸入UPS外壳中,在烧毁之前已经变亮了许多倍。我相信它正在使用电容器来提供60 Hz的设定电阻,但UPS谐波引起的视在电阻较小,因此有太多功率通过电容器。


您可能想为原始发问者提供建议,以引导他们朝正确的方向寻求解决方案,或者给他们一些问题来回答,以便他们找到适合他们的解决方案。
Abraxas
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