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UPS 的測試細節
經營之神「王永慶」16歲時經營米店時的故事,大家都耳祥能熟,王永慶注重細節的精神可以用一句話來形容 —「魔鬼藏在細節裡」,明明都是賣米,為什麼他能做得比較好?因為他會去注意每個小細節,做每件事都盡力做到最好,沒有「差不多就好了」的心態,也許開始時會比別人辛苦,但久而久之旁人自然能發 現這其中的差別。
不斷電系統(Uninterruptible Power Supply,UPS)主要的任務,就是在一般電力中斷時,持續提供電力給受保護的設備,讓該設備能夠持續運轉,好讓IT系統,家電等持續提供服務,或爭取更多的緩衝時間,使資料得以完成儲存程序後再關機。UPS 分為 ON-Line 在線式與 OFF-Line 離線式設計,ON-Line UPS內有一組濾波器與整流器結構最複雜,但提供的電力保護也最強,不只恢復供電的時間非常短(趨近於0),對於輸出電流的品質也是最佳的。
OFF-Line 這種類型UPS的構造是最單純的。它的運作方式是在電力中斷時,將原本的供電迴路快速切換至電池供電,提供備援電力給保護設備使用,相較於其他類型的UPS,它僅提供電池的電力續航,不具備穩定電流輸出,功能比較陽春。
UPS的供電類型可以區分為純正弦波與模擬正弦波兩種,而所謂的正弦波,指的是一般市電所送出的交流電,從圖譜上來看,是平順的正弦波;而另一種則是由方型階梯波模擬出來的電波,在圖譜上表現的,就像樓梯一般,是呈現鋸齒狀的。
市面上 1000 VA 以下機種大部分屬於與這種模擬正弦波。
一般資訊設備的電源供應器,是採用交流電的,但是UPS內的電池提供的電力是直流電,因此需要透過一組變流器,將電池產生的直流電轉換成一般設備能接受的正弦波。對於UPS來說,要將直流電轉換成如市電一般的純正弦波,需要很強的變流器,這樣會使UPS的成本提升,使售價增加。
這兩種波形對於資訊設備的影響,其實並不顯著,若以一般x86伺服器來說,模擬正弦波與純正弦波都能使主機運轉,且不會對用電設備產生重大危害。
正弦波:Sine wave,為正常市電(交流電)傳輸的波形,波形圓滑,感性(如馬達、電扇、吹風機...等)和阻性負載,如燈泡、電腦..等都可以使用。
模擬正弦波:(Simulated sine wave/ step wave):透過電路不斷修正後得到波形很像正弦波的方波,各家UPS的模擬正弦波模擬程度都不一樣,目前沒有一個標準。
方波: 方波很簡單就能透過電子訊號的處理產生,波型為規律的高波和低波,在高到低的過程中會造成能量耗損,一般家用小型設備可以接受,但大型設備或者帶有馬達類的感電負載就沒辦法使用方波了~
模擬正弦波與方波設計不斷電裝置設備的測試
一般交流電子負載設計的操作模式有定電流 (Constant Current),定電阻 (Constant Resistance)與定功率 (Constant Power),測試純正弦波設計的 UPS 完全足夠使用,至於模擬正弦波與方波設計的 UPS,一般很多使用者也會直接拿一般交流電子負載來做測試,測試的結果如下
拉載 1 A,CC mode 拉載,CR mode 拉載或者 CP mode 拉載,嗯 ! 測試數據都符合規格如下。
固緯電子AEL-5000 系列交直流電子負載,不僅擁有一般交直流電子負載的操作模式,定電流 (Constant Current),定電阻 (Constant Resistance)與定功率 (Constant Power) 更擁有獨家的線性定電流/定功率 (Linear CC/CP )與定電壓(Constant Voltage) 模式。
定電流 (CC) 與線性定電流/定功率 (LIN CC/CP) 有何不同
定電流 (CC) : 定電流 (CC) 依據設定值拉載一固定電流,其與電壓振幅,數值與形狀無關,亦即即使電壓變動或者非正弦波也不會影響電流值。
線性定電流 (LIN CC/CP) : 線性定電流 (LIN CC/CP) 依據設定值拉載一固定電流或功率
1. LIN CC其與電壓數值無關但與振幅與形狀有關,亦即,即使電壓變動尤其是非正弦波也不會影響電流值且電流波形會跟電壓相同。
2. LIN CP 其與電壓數值有關也與振幅與形狀有關,亦即即使電壓變動或者非正弦波也不會影響功率值且電流波形會跟電壓相同。
一般電子負載的測試波形在非正弦波,即模擬正弦波(階梯波),三角波甚至是失真波形時採用的都是CR模式拉載,當電壓變動時其拉載電流就會隨著電壓變動,P = VI = (I*R) * I = I2R,電壓變高電流即變高,電壓變低電流將隨著變低,這樣子是不符合 UPS 的測試要求。
在 UPS 可靠性測試中,通常使用 CP 模式(定功率模式),主要原因如下:
1.真實負載模擬
● 現實中,大多數設備(如伺服器、IT 設備、醫療設備)通常是以定功率 的方式消耗電能,而不是定電流或定電阻。
● CP 模式可以更準確地類比真實負載的工作狀態,確保測試環境更接近實際應用。
2.穩定的功率輸出測量
● 在定功率模式下,負載消耗的功率保持恒定,即使輸入電壓發生波動,功率需求仍然不變。
● 這有助於在不同輸入條件下,評估 UPS 的反應能力,確保測試條件的一致性。
3.更符合電池放電特性
● UPS 的 電池放電特性在定功率負載下與定電流負載不同。
● 採用 CP 模式可以更準確地評估電池的壽命、效率和執行時間,確保 UPS 在真實負載環境下的可靠性。
總結
在 UPS 可靠性測試中,使用 CP 模式 可以更好地模擬真實負載工況,準確評估電池放電特性、UPS 運行效率和逆變器性能。
細節就在這裡,固緯電子 AEL 交直流電子負載的線性定電流 (LIN CC/CP) 模式的拉載電流波形特別適用非正弦波的 UPS 不斷電設備的測試,測試波形如下。