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?
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?
Answers:
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。
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。
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和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。
在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:
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:
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:
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:
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(仅 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:
!!
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。
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:
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。
放大器嗡嗡声的另一个主要原因是接地环路。
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
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。
分贝是对数标度,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。
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。
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:
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。
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。