題 我什麼時候需要純正弦波UPS?


我想購買一台支持SOHO房間所有IT相關電子設備的機架式UPS。這包括交換機,路由器,PC,服務器,NAS。在我的研究過程中,我發現有不同類型的UPS,產生純正弦波的UPS是最好的。然而,它們也比例如改進的正弦波UPS昂貴得多。

純正弦波UPS的應用是什麼?它會在我的用例中提供任何優勢還是過度殺傷?


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2018-05-09 12:36


起源


你可能想對ee.se上的研究感興趣。我們在那裡遇到了一些相關的問題,簡而言之,修改後的正弦愛好殺死廉價的壁燈。 - PlasmaHH
簡單的答案:除非你運行一些敏感的科學,醫療或音頻設備,否則你並不需要它。如果有需要,文檔通常會清楚地突出顯示它。只需扔一個漂亮的APC頭和額外的電池架,你會沒事的。運行根據業務需求為設備供電的時間長度。通常一兩個小時就可以了。 UPS應始終位於牆壁和套件之間的主要原因是為了減少電壓中斷,並讓您有時間在斷電時進行受控關機。 - Alex Atkinson
@PlasmaHH,真的嗎?我可以看到方波超載和/或損壞廉價的牆壁瓦,但是修正的正弦波通常“足夠接近”。想想看,我從來沒有在蹩腳的方波逆變器上損壞任何東西;他們只是放出了更多的熱量,當電源出現故障時,他們可以忍受幾分鐘的罰款。 - psusi
@psusi:我有一個損壞功率計的例子: electronics.stackexchange.com/a/309273/151222。它也不便宜。 :-) - alokoko
@alokoko,我在這裡買了20美元的Kill-A-Watt品牌儀表沒有遇到任何問題。您可能會認為,當您將質量較差的電源輸入實際負載時,設計用於告訴您的電錶將設計為處理該電錶。另一方面,我們通常在美國僅使用120V,因此可能更容易採用方波。 - psusi


答案:


乾淨的AC無處不在,因此一些電氣設備被設計為起始假設。

關注交流電源質量的設備

以這種假設開始的設備的典型示例是 模擬音頻功率放大器 在20世紀70年代早期或之前設計的,或者是沿著相同的線條設計的更現代的作品。線性調節在這種裝置中拋出過多的熱量以實現,低噪聲開關調節技術當時並不真正可用,因此當時的放大器設計有基本上未調節的功率,直接驅動放大級。根據放大器的反饋量,臟功率顯示為輸出信號的一部分.¹這是導致放大器反饋的兩個主要原因之一。 線哼 在舊的amps.²

電源質量可能影響設備操作的電路的另一個例子是AC電機,例如a 有繩電鑽,其中電動機的速度是放在它上面的電壓的直接函數。不平穩增加和減少的電壓將導致速度變化。修改後的正弦波輸出步驟在數百Hz區域,因此修改後的正弦UPS可能會導致電機運行方式發生變化,您可以實際聽到。

雖然我不太擔心電能質量差對電鑽會有什麼影響,但是我不想用低質量的UPS運行電機驅動的設備,例如 CPAP機器

至於SOHO機架中的任何設備是否關心UPS電源輸出質量的問題,這取決於每個組件電源的設計。

電源類型

具有強電源濾波和調節的設備通常不關心修改的正弦波中的非理想性。對這種設備而言,最重要的是它足夠了 RMS功率 並且功率在設備的輸入電壓範圍內.³

用於現代電子設備的最常見的電源是 開關電源。切換器對功率做了很多麻煩,而不是在輸入正弦波上設置一些凸起,因此如果負載電路需要乾淨的電源,他們就必須進行大量的濾波。

另一種主要的電源調節方式是 線性穩壓器,通常可以抑制低頻輸入噪聲和紋波80-100 dB。這意味著過濾和調節階段會產生一些輸入阻塞,只需要一點點模糊。我試圖想出一個設備的例子,因為那個模糊不清而運行不好,但沒有想到任何事情。當你將噪聲推到很遠的地方時,它對大多數電路來說變得無關緊要,這就是為什麼仍然使用線性穩壓器,儘管它們效率低下。

這留下了不受管制的電源。這很像上面的交流電動機情況,除了變壓器降低交流電壓,這通常是 整流 和 過濾 產生顛簸的直流電壓。這個三階段過程大大降低了交流側噪聲,⁵因此有可能在設備上構建假設產生的噪聲和 波紋 這種電源的輸出是相當乾淨的,並且會受到來自改進型正弦UPS的數百Hz散列的困擾。

波形圖

fixer1234在他的回答中添加了圖片我想,修改後的正弦無法真正實現  不好吧?我的意思是,他們每個週期會使用四個以上的步驟,對嗎? 對?

我決定捕捉 波形圖 我在這裡的所有UPS 科學! 所有這些都是由同一家公司製造的,但它們來自該公司產品系列中的不同點。

作為參考,這是未經過濾的交流線路電壓在測試位置的樣子,左邊是電壓與時間,a 頻譜圖 右邊相同的波形:

raw AC from the wall

光譜圖左邊緣的大峰是 60赫茲  基本的。大 諧波峰值 你看到我的牆壁電源不是超級清潔。最大的是在圖中間120Hz處的二次諧波,距離基波30 dB,接著是圖右邊緣180 Hz處的三次諧波。然後是85 Hz的神秘峰值,我沒有解釋。

這是足夠的失真,顯示在左側的波形圖中:注意稍微平坦的峰值。

我測試了幾個不同的真正的UPS,它們都相當昂貴。他們的輸出如下:

high-end true-sine UPS output

你的眼睛沒有欺騙你:這個特定UPS的電池交流輸出比我的牆壁電源更清潔!該UPS將在其負載限制範圍內運行任何電子設備,因為其電池上的輸出接近理想的牆壁功率,因為沒有實際差異。

如果UPS持續時間足夠長,更換電池的成本將超過初始成本。因此,如果您購買的是優質UPS,請多考慮一下 運行成本 UPS的價格低於初始購買價格

來自同一製造商的中端UPS成本約為&frac13,具有相同標題規格的真正正弦UPS。它也可能更小更輕。趕上?這個:

mid-range UPS output

雖然這比我們通過fixer1234的帖子所預期的輸出要好得多,但它並不漂亮。這個UPS的輸出不僅存在大量的寬帶噪聲和失真,而且每個週期中看到的這兩個反向連接都會使電路失效,這些電路假設交流輸入電壓總是穩定地增加或減少。

然而,經過良好過濾和調節的電源將消除所有這些,因此這些設備將從該UPS運行得很好。插入此UPS的設備從未出現任何問題。由於UPS是我的家庭網絡的核心組件,我想我會注意到他們是否重新啟動每個電源短信。

我之所以沒有給出品牌和型號名稱的原因之一是它不是一個非常好的電池輸出質量指南。我測試了以前UPS的近親並得到了一個非常不同的測試結果:

poor-quality mid-range UPS output

這基本上是fixer1234答案中顯示的理想波形的真實版本。然而,上面我的問題的答案是“是的,他們真的確實使UPS的輸出質量很差。”

是的,它在實踐中確實很重要。事實上,我選擇測試這個特定的UPS的輸出,特別是因為它在過去給我們帶來了麻煩。

我們有一個高端的名牌PC插入這個UPS,並在每個電源短片,PC - 和 只要 PC - 會自動重啟。連接到“電池”插座的其他所有東西都會保持不變。我真的寫了一篇文章真是太奇怪了 Arduino的 計劃在一個點上記錄幾週的“生活”,試圖檢測電力中斷。即使PC重新啟動,那個小板也一直在運行。我們最終將UPS轉移到一台大型舊服務器上,期望較重的負載也會導致相同的症狀,但是沒有:UPS已經讓服務器運行了幾個電源。

UPS的輸出質量不是桶的底部。你坐下了嗎?這是一家來自同一家公司的低端UPS,它生產了以上所有三款UPS:

low-end UPS output

噢!

現在你明白為什麼這款低端UPS的成本大約是中檔UPS的一半。

也就是說,我從未見過插入UPS的其中一個設備無法通過停電。

結論

許多設備根本不關心交流電源質量。一個極端的例子是白熾檯燈,但任何具有良好調節和良好過濾電源的設備都應該應對醜陋的AC輸入。

正如我們在上面和其他答案中看到的那樣,有些設備無法應對不良的輸入功率。對於這些情況,您需要一台真正的UPS。


題外話:

  1. 有些放大器設計很少 負面反饋。這在發燒友圈子裡是一個宗教問題,反動的極端分子認為最好的放大器幾乎沒有反饋。

  2. 放大器嗡嗡聲的另一個主要原因是 地面循環

  3. 這就是為什麼您經常看到標記為接受90-260 VAC或類似電源的電源。如果這樣的電源輸入為200 VAC,它將簡單地吸取一半的電流,就像它獲得100 VAC一樣,從而使其能夠為電源電路提供相同的功率。 P = VI

  4. 即使是那些不太關心清潔能源的設備也必須經常使用 電源入口過濾 為了滿足 EMC 法規。

  5. 為了與線性調節情況進行比較,典型的非穩壓電源可能會將交流側噪聲降低約20 dB。

    分貝 是一個 對數刻度 哪裡 每6 dB的差異 兩個電壓之間的加倍或減半。因此,線性穩壓器的80 dB噪聲降低並不比您從典型的非穩壓電源獲得的20倍好,比大約1,000倍更好!從a獲得20 dB到100 dB的下降 真的很好 線性穩壓器意味著輸出比輸入安靜10,000倍。

  6. 假設您可以以500美元的價格購買一台質量好的改裝正弦型UPS,並且價格為150美元。典型的UPS電池需要每3年左右更換一次,真正的正弦模型可能需要150-200美元。這需要50-66美元/年×12年和約600-800美元,這使得電池成本成為成本計算的主要因素。

    對於給定的VA級別,高端UPS往往具有體積更大的電池,因此UPS電池的更換電池成本部分取決於您最初支付的UPS費用。因此,如果給出上圖,您可能會選擇購買低端UPS,因為高端UPS的長期運營成本太高。


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2018-05-09 13:24



有趣的示波器。在我的回答中,來自Cyber​​Power的模擬正弦波可能只是用來說明原理的藝術品。我認為他們的觀點是簡化“權力差距”概念的描述。實際上,它可能包含跨越零的步驟但提供問題持續時間的一些亞閾值電壓。我很驚訝地看到科學在你的“桶底”波形中模仿藝術。並非所有的有源PFC電源都會出現所有非正弦波UPS的問題,但有些不能同時工作,這就是原因所在。 +1科學。 - fixer1234
順便說一句,我沒想到純正弦波UPS會如此優秀。我本以為你的中檔UPS足夠接近被稱為純正弦波。我無法想像任何設備沒有在該輸出上運行。 - fixer1234
底部波形是我15歲的cyberpower 1000 avr的輸出結果。這很難看,但它從來沒有給我帶來任何問題。雙8ah電池(24v系列)每3至3年需要花費20美元,我認為我支付了100美元或150美元。 - psusi
我觀察到的一件事是,當你通過廉價的改裝正弦波UPS運行時,PC電源,主板和CPU可以運行高達10攝氏度。直接從主電源運行它們。這當然在很大程度上取決於PSU的質量,但任何過多的過濾通常會轉化為更低的轉換效率和更多的熱量。 - Igor Levicki
@Warren:你說“馬達”。這還會擴展到用於旋轉機械硬盤的電機嗎?例如對於NAS。很多馬達里面:)謝謝! - JoeSlav


對純正弦波的要求主要涉及計算機中的有源功率因數校正(PFC)電源。對於這些,非正弦波形可能導致關機,從而無法實現UPS的整個目的。

我已經看到了該機制的兩種解釋:

  • 一,描述於 這個帖子,PFC PSU是否會導致UPS的初始負載過高,觸發過載保護,從而關閉UPS。

  • 在此描述了另一種解釋 數據表 來自UPS製造商Cyber​​Power:

Power Gap

模擬的正弦波輸出形式在相變週期期間產生零輸出狀態,從而產生功率“間隙”。從交流電源輸出切換到模擬正弦波輸出(電池模式)時,此間隙可能會導致具有有源PFC電源的設備斷電。

這兩種解釋不一定相互排斥;每種都適用於特定情況。但對於這兩種解釋,我們就三個重點達成了一致:

  • 設備和UPS的特定組合可能有問題,也可能沒有問題。不同的UPS型號產生不同的模擬波形形狀,不同的電源對波形形狀具有不同的靈敏度,不同的設備配置具有不同的功率負載與UPS容量等。

  • 如果計算機硬件不使用有源PFC電源,則使用修改後的正弦波UPS不是問題(並暗示,使用純正弦波UPS不是一個好處)。

  • 使用帶有PFC PSU的改進型正弦波UPS不會對UPS或PSU造成物理損壞,只是UPS可能會在應有的情況下使設備保持通電狀態。 **(見下面的警告)


警告:  這個答案主要關注計算機硬件,而不是其他可能由UPS供電的設備。我偶爾會看到有關非正弦波功率與某些其他設備不兼容的報導。例如,kinokijuf的回答提到液晶顯示器中的熒光背光,其中存在被認為是模擬正弦波UPS的問題。我關於設備安全的最後一點是針對其他連接設備的。 


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2018-05-09 17:35



+1:這是一個非常有趣的想法。辦公室裡有一台電腦,根本不會停電。我們有兩個不同的UPS,其中第一個被轉移到另一台計算機,並且這兩個UPS已經通過幾次停電。在我們更換第一台UPS之前,我寫了一個小的Arduino程序來監控電源狀態:如果電源斷開足夠長時間以重啟Arduino,我可以根據串行輸出判斷。它從來沒有重啟,即使在PC上也是如此。結論:那台PC不喜歡任何一台UPS。 - Warren Young
@WarrenYoung我看過一個評論網站偶爾會做有源PFC /修改正弦UPS測試。 IIRC正常的結果是PSU可以處理的最大負載小於PSU或UPS應該能夠做到的。我不記得是PSU,UPS還是兩者都被降級了;如果是UPS,您可以通過使用更強大的備份來中斷該PC。我可能只需更換PC的電源,而不是處理從非標準配置到線路的任何潛在的麻煩。 - Dan Neely


大多數計算機設備的開關模式電源對AC中的噪聲具有很大的容忍度,這意味著它應該從“修正的正弦”UPS運行正常,但它們可能會過熱。

但是,它 可能會造成傷害 在更複雜的設備中,直接關閉交流電源並依賴於線路電壓,例如:

  • 不受管制和線性穩壓的電源
  • 電動機等感應負載
  • 音響設備
  • 熒光燈  比如一個 這傢伙液晶顯示器。
  • ...(添加更多示例)

根據經驗,如果您的設備具有單獨的“100-240V”電源適配器,則使用經過修改的正弦UPS應該沒問題。


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2018-05-09 12:46



說到顯示器,我也不會為CRT供電。一般來說,最好小心一下顯示器。 - Random832


這有些軼事,但是 使用改進的方波電源供電時,某些服務器電源無法啟動..

我工作的地方有一些安裝在卡車上的服務器設備,並使用改進的方波逆變器。必須對服務器電源進行專門測試,以確保它們能夠 開始 關於改進的方波交流電源。從變頻器運行時,一些外殼系統(一些戴爾機箱)將無法啟動。

請注意,他們會  在改進的方波輸入上,但不會 開始。換句話說,如果服務器在運行時切換到變頻器輸出,那很好,但是你無法從變頻器/ UPS輸出啟動它。

這可能是也可能不是問題,具體取決於您期望的用例。


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2018-05-10 01:28





如果使用電源線在大房間內傳播UPS電源,那麼除了純正弦波之外的任何其他東西實際上都會因電纜沿阻抗效應而變形。我在一家工廠了解到這種效應,我們基本上在長電纜上使用純正弦波變頻電機控制器,因為長電纜上的過多失真會燒壞電機。我見過的所有洞室UPS看起來都是純正弦波。

內置於設備中的浪湧條或浪湧保護可能是UPS的問題,其至少不是純正弦波。由於我想在同一個房間內同時為計算機,電視,安全攝像機等提供備用電源,因此我更需要為純正弦波單元支付更多安全費用。如果有什麼東西可能過熱,我不必擔心。事實上,我有一個內置燈泡過熱的夜燈,當插入我所擁有的最便宜的UPS時融化。融化到UPS外殼中,在燃燒之前已經好多倍了。我相信它使用的是一個電容器來提供60 Hz的設定電阻,但UPS諧波導致的視在電阻較小,因此過多的功率通過電容器。


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2018-02-11 00:19



您可能希望為原始提問者提供建議,以便引導他們朝著正確的方向尋求解決方案,或者給他們一些問題以便他們回答,以便他們找到適合他們的方法。 - Abraxas