UPS的组成与基本原理
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– 从电网提取电流的波形与电压波形不一致的负载; 从电网提取电流的波形与电压波形不一致的负载; – 阻抗随加在其两端的电压而变化的负载; 阻抗随加在其两端的电压而变化的负载; – 产生谐波电流的负载又称为畸变负载(Deforming Loads)或污染负载(Polluting Load);
> 一方面,这些非线性负载给电网带来了大量的谐波 谐波以及其它的干扰 干扰,使供 谐波 干扰 电的质量越来越坏; > 另一方面,一些重要的用电部门,如机场,医院,银行等和一些重要的用 电设备:如计算机,通讯设备等,对供电质量 供电质量的要求越来越高:不仅要求 供电质量 不停电,还要求电压,频率稳定,还要求波形准确完好.简而言之,需要 有一个干净或净化的电源; > 这就使得负荷 用电器 与电网供电质量之间的矛盾日趋加深,必须解决. 这就使得负荷(用电器 与电网供电质量之间的矛盾日趋加深,必须解决. 用电器)与电网供电质量之间的矛盾日趋加深 > 在诸多的解决电源的方案中,UPS是最好的解决方案. 在诸多的解决电源的方案中, 是最好的解决方案. 是最好的解决方案
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3.1.1 UPS的基础知识 的基础知识
UPS的主要作用 的主要作用
1.两路电源之间的无间断相互切换; 两路电源之间的无间断相互切换; 两路电源之间的无间断相互切换
第二路供电 第一路供电
一类供电 三类供电 UPS 输出
2.隔离作用:将瞬间间断,谐波,电压波动,频率波动以及电压噪声等电 隔离作用: 隔离作用 网干扰阻挡在负载之前,即使负载对电网不产生干扰,又使电网中的干 扰不影响负载;
根据GB 4824-1996 的标准词汇,选用 骚扰 一词. 的标准词汇,选用"骚扰 一词. 骚扰"一词 根据
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3.1.1 UPS的基础知识 的基础知识
UPS的主要作用 的主要作用——电网中的骚扰 的主要作用 > 停电:短时间的,长时间的...
骚扰 停电(Power outages) 停电
3.1.2.UPS的基本运行原理 的基本运行原理
> 正常运行方式 > 电池后备运行方式 > 旁路运行方式 > 维修运行方式
3.1.1 UPS的基础知识 的基础知识
UPS的定义 的定义 > UPS是英文 是英文Uninterruptable Power Supply的缩写,中文译 的缩写, 是英文 的缩写 不间断电源" 为"不间断电源"; > 它是能够实现两路电源之间不间断地相互切换的电气装置; 它是能够实现两路电源之间不间断地相互切换的电气装置; > 从严格意义上讲,UPS不是一种电源,它不是依靠能量形式 的转换来提供电能,它只是提供一种两路电源之间无间断 切换的机会,这才是UPS的主要设计思想; > UPS的价格之所以昂贵,就是贵在这种不间断切换的特点上
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3.1.1 UPS的基础知识 的基础知识
UPS的主要作用 的主要作用——电网中的骚扰 的主要作用 > 其它骚扰:高频瞬态冲击,谐波,电磁兼容性...
骚扰 特征 主要起因 主要后果
破坏设备,加速 老化,器件或绝 缘故障. 其它骚扰(Other disturbances) 其它骚扰 高频瞬态(HF transients) 突然,巨大和非常短暂的电 大气现象(雷击)和电网切换. 高频瞬态 压跳变. 类似于电压尖峰. 极短的持续时间 (Short duration) 稍长的持续时间 (Medium duration) 较长的持续时间 (Long duration) 谐波失真(Harmonic 谐波失真 distortion)
> 为了消除这些电网中的干扰,制定有关的供电标准:
–供电标准EN 50160 定义了欧洲配电系统中的如下一些正常波动:电压 +10% 电压 到 -15% (每10分钟间隔的平均有效值),其中每周95%的时间必须在±10%的 范围内; 频率 +4% 到 -6% ,一年中有99.5%的时间在±1%的范围内 – 国家标准《电子计算机场地通用规范》(GB/T-2887-2000)中关于机房供配电 电压: 相数: 要求如下: 频率:50Hz, 电压:380V/220V,相数:三相五线制或三相四 频率:
输入
整流器
直流
逆变器
输出
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3.1.1 UPS的基础知识 的基础知识
UPS的主要作用 的主要作用
3.电压变换作用:输入电压等于或不等于输出电压,如380V/380V, 电压变换作用:输入电压等于或不等于输出电压, 电压变换作用 , 380V/220V,包括稳压作用; ,包括稳压作用;
220Vac (稳压作用) 220Vac UPS 230Vac 240Vac
< 1 微秒 小型感性负载的起动,低压继电 幅值 < 1 到 2 kV 器和接触器的重复开,关. 频率为几十 MHz 1 微秒到 100 微秒 故障 (闪电)或高压开关的 峰值为额定电压的 8 到 10 倍, 切换通过电磁耦合传输到低压 频 率为几 MHz > 100 微秒 峰值为额定电压的 3 到 5 倍 频率为几百 KHz). 非线性负载吸收的谐波电流造成
4.频率变换作用:输入频率等于或不等于输出频率,如50Hz/50Hz, 频率变换作用: 频率变换作用 50Hz/60Hz,包括稳频作用;
50Hz(稳频作用) 50Hz UPS 60Hz(频率变换)
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3.1.1 UPS的基础知识 的基础知识
UPS的主要作用 的主要作用
5.提供一定的后备时间:UPS的电池贮存一定的能量,在电网停电或 提供一定的后备时间: 的电池贮存一定的能量, 提供一定的后备时间 的电池贮存一定的能量 间断时继续供电一段时间来保护负载;后备时间为10分钟 分钟, 分钟 分钟, 间断时继续供电一段时间来保护负载;后备时间为 分钟,30分钟, 60分钟或更长. 分钟或更长. 分钟或更长
电磁或静电的传导或辐射骚 电子部件(晶体管, 可控硅, 二极 敏感性电子装 扰.目标是保证低发射率和 管)的开关,静电释放. 置的功能失常. 高抗扰性.
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3.1.1 UPS的基础知识 的基础知识
UPS的主要作用 的主要作用——电网中骚扰的解决方案 电网中骚扰的解决方案 的主要作用 电网中骚扰的
骚扰
特征
主要起因
主要后果
频率变化 频率变化(Frequency variations) 变化 频率波动 波动(Frequency 频率的不稳定性. - 发电机组的调整; 这些变化超出了某些仪表 频率波动 fluctuations) 典型情况为+5%, 6% (10 - 发电机组的运行失调; 和计算机的容限范围(通常 秒钟时间间隔的平均值). - 频率不稳定的电源. 为 ± 1%) ,因此可能会导 致数据的错误或丢失. 由于电压和频率(< 35 Hz) 电焊机,电动机,电弧 闪烁(Flicker) 生理骚扰. 的下降造成照明系统的闪 炉,X-光机,激光,电 烁. 容组.
UPS的主要作用 的主要作用——电网中骚扰的解决方案 电网中骚扰的解决方案 的主要作用 电网中骚扰的
> 为了消除这些电网中的干扰,制定有关的法规,限制用电器对电网造成 的扰动,规定用电器给公共电网带来的干扰限值:
–国际电工委员会制定的标准IEC1000-3-2, –欧洲标准EN60555-2, –瑞士标准ASE3600, –美国标准IEEE519; –以及国家标准GB 12326-90(电能质量-电压允许波动和闪变),GB/T 14549
隔离变 电源净 调谐滤 动态机 铁磁共 稳压器 化器 压器 波器 组 振 UPS 噪声 电压变化 频率变化 瞬间间断 断电 谐波 后备时间 无 * * * * * * * 有 * * * * * * * * * 电力 UPS * * * * * *
在众多的解决方案中,只有UPS的抗电网干扰的功能 最全面,性能最好,因而得到各个领域的广泛应用.
间断(Micro-outages) 间断
特征
主要起因
主要后果
电压完全消失 ≤ 10 毫秒.
大气条件,切换,故 运行故障和数据丢失(计算 障,电网施工. 机系统)或生产中断(连续处 理过程).
停电(Outages) 停电
电压在一个周期以上的完全消失: 大气条件,切换,故 视停电持续时间而定, 机器 - 短时停电:≤ 3 分钟 障,意外事故,电网 停机并危及人身(如电梯), (70% 的停电都小于 1 秒钟) 施工. 数据丢失(如计算机系统)或 - 长时停电:> 3 分钟 生产中断(如连续处理过 程).
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3.1.1 UPS的基础知识 的基础知识
UPS的主要作用 的主要作用——为什么要使用 UPS? 的主要作用 为什么要使用 ?
> 随着电子技术的飞速发展,各种各样的用电器越来越多,而这其中的绝 随着电子技术的飞速发展,各种各样的用电器越来越多, 大部分都是非线性负载(Non-Linear Load): 大部分都是非线性负载 :
系统. 感性负载停机或高压故障通过 电磁耦合传输到低压系统.
带磁芯的电力机械(电动机, 空载 设备需增容,温度 电流和电压的波形失真.25 次以 变压器,等等),开关电源,电弧 升高,电容谐振, 毁坏变压器,电动 上的谐波往往可以忽略不计. 炉,变频调速器.
机噪声增大.
电磁兼容性(EMC) 电磁兼容性
线制/单相三线制: 线制/单相三线制:
计算机房供电允许变化的范围 级别 项目 电压变化(% 电压变化 % ) 频率变化(Hz) 频率变化
A级 -5～ +5 ～ -0.2～ +0.2 ～
B级 - 10～ +7 ～ -0.5～ +0.5 ～
C级 -15～ +10 ～ -l～ +l ～
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3.1.1 UPS的基础知识 的基础知识
-93 (电能质量-公用电网谐波)等.
> 人们用了多年的时间来寻找各种解决办法最后才创造出UPS这样的新型设 备, 使电网和用电器进行隔离, 既避免负载对电网产生干扰, 又避免电 网中的干扰进入和影响负载.
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3.1.1 UPS的基础知识 的基础知识
UPS的主要作用 的主要作用——电网中的骚扰,各种电气装置解决方案的比较 电网中的骚扰, 的主要作用 电网中的骚扰
– 从1956年第一只可控硅(SCR)诞生之日起,即进入了电 力电子技术的时代.70年代末期由微电子技术与电力晶体 管(GTR)技术相结合,进入了现代电力电子技术 现代电力电子技术的时代. 现代电力电子技术 – 现代电力电子技术应用于所有的电气工程领域,例如:发 电厂的储能设备,直流输电设备,动态无功补偿,电力机 不间断电源,开关电源,中高频 车牵引,变频调速电机,不间断电源 不间断电源 感应电炉,电视,办公自动化,通讯,汽车自动化,家用 电器等等 .
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3.1.1 UPS的基础知识 的基础知识
UPS的定义 的定义
> UPS是电力电子技术的产品: 是电力电子技术的产品: 是电力电子技术的产品
以电力为对象,以电子技术为手段实现控制的技术称为电力电子技术 电力电子技术. 电力电子技术 它的主要任务是利用电力和电子器件实现对电能的控制和转换.
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3.1.1 UPS的基础知识 的基础知识
UPS的主要作用 的主要作用——电网中的骚扰(定义) 电网中的骚扰(定义) 的主要作用 > 骚扰(disturbance):任何可能引起装置,设备或系统性能降 低或对有生命,无生命的物质产生损害作用的现象; > 干扰(interference):由骚扰引起的设备,传输通道或系统性 能下降的现象; 从严格意义上讲,"骚扰"和"干扰"是两个不同的概念: 从严格意义上讲, 骚扰" 干扰"是两个不同的概念: "骚扰 骚扰"是一种客观存在的现象; 骚扰 "干扰 干扰"是一种在"骚扰"作用下,使敏感设备受到影响时的现 干扰 象.
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3.1.1 UPS的基础知识 的基础知识
UPS的主要作用 的主要作用——电网中的骚扰 的主要作用 > 电压变化:电压跌落,过电压,欠电压,电压尖峰,三相不平衡...
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3.1.1 UPS的基础知识 的基础知识
UPS的主要作用 的主要作用——电网中的骚扰 的主要作用 > 频率变化:频率波动,过高,过低,闪烁...
第3章 冗余备份应急电源技术 章
www.mgeups.com
UPS电源的组成与 电源的组成与 基本原理
MGE UPS SYSTEMS
梅兰日兰电子(中国)有限公司
目录
3.1.1.UPS的基础知识 的基础知识
> UPS的定义 的定义 > UPS的主要作用 的主要作用 > UPS的基本组成 的基本组成
> 一方面,这些非线性负载给电网带来了大量的谐波 谐波以及其它的干扰 干扰,使供 谐波 干扰 电的质量越来越坏; > 另一方面,一些重要的用电部门,如机场,医院,银行等和一些重要的用 电设备:如计算机,通讯设备等,对供电质量 供电质量的要求越来越高:不仅要求 供电质量 不停电,还要求电压,频率稳定,还要求波形准确完好.简而言之,需要 有一个干净或净化的电源; > 这就使得负荷 用电器 与电网供电质量之间的矛盾日趋加深,必须解决. 这就使得负荷(用电器 与电网供电质量之间的矛盾日趋加深,必须解决. 用电器)与电网供电质量之间的矛盾日趋加深 > 在诸多的解决电源的方案中,UPS是最好的解决方案. 在诸多的解决电源的方案中, 是最好的解决方案. 是最好的解决方案
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3.1.1 UPS的基础知识 的基础知识
UPS的主要作用 的主要作用
1.两路电源之间的无间断相互切换; 两路电源之间的无间断相互切换; 两路电源之间的无间断相互切换
第二路供电 第一路供电
一类供电 三类供电 UPS 输出
2.隔离作用:将瞬间间断,谐波,电压波动,频率波动以及电压噪声等电 隔离作用: 隔离作用 网干扰阻挡在负载之前,即使负载对电网不产生干扰,又使电网中的干 扰不影响负载;
根据GB 4824-1996 的标准词汇,选用 骚扰 一词. 的标准词汇,选用"骚扰 一词. 骚扰"一词 根据
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3.1.1 UPS的基础知识 的基础知识
UPS的主要作用 的主要作用——电网中的骚扰 的主要作用 > 停电:短时间的,长时间的...
骚扰 停电(Power outages) 停电
3.1.2.UPS的基本运行原理 的基本运行原理
> 正常运行方式 > 电池后备运行方式 > 旁路运行方式 > 维修运行方式
3.1.1 UPS的基础知识 的基础知识
UPS的定义 的定义 > UPS是英文 是英文Uninterruptable Power Supply的缩写,中文译 的缩写, 是英文 的缩写 不间断电源" 为"不间断电源"; > 它是能够实现两路电源之间不间断地相互切换的电气装置; 它是能够实现两路电源之间不间断地相互切换的电气装置; > 从严格意义上讲,UPS不是一种电源,它不是依靠能量形式 的转换来提供电能,它只是提供一种两路电源之间无间断 切换的机会,这才是UPS的主要设计思想; > UPS的价格之所以昂贵,就是贵在这种不间断切换的特点上
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3.1.1 UPS的基础知识 的基础知识
UPS的主要作用 的主要作用——电网中的骚扰 的主要作用 > 其它骚扰:高频瞬态冲击,谐波,电磁兼容性...
骚扰 特征 主要起因 主要后果
破坏设备,加速 老化,器件或绝 缘故障. 其它骚扰(Other disturbances) 其它骚扰 高频瞬态(HF transients) 突然,巨大和非常短暂的电 大气现象(雷击)和电网切换. 高频瞬态 压跳变. 类似于电压尖峰. 极短的持续时间 (Short duration) 稍长的持续时间 (Medium duration) 较长的持续时间 (Long duration) 谐波失真(Harmonic 谐波失真 distortion)
> 为了消除这些电网中的干扰,制定有关的供电标准:
–供电标准EN 50160 定义了欧洲配电系统中的如下一些正常波动:电压 +10% 电压 到 -15% (每10分钟间隔的平均有效值),其中每周95%的时间必须在±10%的 范围内; 频率 +4% 到 -6% ,一年中有99.5%的时间在±1%的范围内 – 国家标准《电子计算机场地通用规范》(GB/T-2887-2000)中关于机房供配电 电压: 相数: 要求如下: 频率:50Hz, 电压:380V/220V,相数:三相五线制或三相四 频率:
输入
整流器
直流
逆变器
输出
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3.1.1 UPS的基础知识 的基础知识
UPS的主要作用 的主要作用
3.电压变换作用:输入电压等于或不等于输出电压,如380V/380V, 电压变换作用:输入电压等于或不等于输出电压, 电压变换作用 , 380V/220V,包括稳压作用; ,包括稳压作用;
220Vac (稳压作用) 220Vac UPS 230Vac 240Vac
< 1 微秒 小型感性负载的起动,低压继电 幅值 < 1 到 2 kV 器和接触器的重复开,关. 频率为几十 MHz 1 微秒到 100 微秒 故障 (闪电)或高压开关的 峰值为额定电压的 8 到 10 倍, 切换通过电磁耦合传输到低压 频 率为几 MHz > 100 微秒 峰值为额定电压的 3 到 5 倍 频率为几百 KHz). 非线性负载吸收的谐波电流造成
4.频率变换作用:输入频率等于或不等于输出频率,如50Hz/50Hz, 频率变换作用: 频率变换作用 50Hz/60Hz,包括稳频作用;
50Hz(稳频作用) 50Hz UPS 60Hz(频率变换)
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3.1.1 UPS的基础知识 的基础知识
UPS的主要作用 的主要作用
5.提供一定的后备时间:UPS的电池贮存一定的能量,在电网停电或 提供一定的后备时间: 的电池贮存一定的能量, 提供一定的后备时间 的电池贮存一定的能量 间断时继续供电一段时间来保护负载;后备时间为10分钟 分钟, 分钟 分钟, 间断时继续供电一段时间来保护负载;后备时间为 分钟,30分钟, 60分钟或更长. 分钟或更长. 分钟或更长
电磁或静电的传导或辐射骚 电子部件(晶体管, 可控硅, 二极 敏感性电子装 扰.目标是保证低发射率和 管)的开关,静电释放. 置的功能失常. 高抗扰性.
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3.1.1 UPS的基础知识 的基础知识
UPS的主要作用 的主要作用——电网中骚扰的解决方案 电网中骚扰的解决方案 的主要作用 电网中骚扰的
骚扰
特征
主要起因
主要后果
频率变化 频率变化(Frequency variations) 变化 频率波动 波动(Frequency 频率的不稳定性. - 发电机组的调整; 这些变化超出了某些仪表 频率波动 fluctuations) 典型情况为+5%, 6% (10 - 发电机组的运行失调; 和计算机的容限范围(通常 秒钟时间间隔的平均值). - 频率不稳定的电源. 为 ± 1%) ,因此可能会导 致数据的错误或丢失. 由于电压和频率(< 35 Hz) 电焊机,电动机,电弧 闪烁(Flicker) 生理骚扰. 的下降造成照明系统的闪 炉,X-光机,激光,电 烁. 容组.
UPS的主要作用 的主要作用——电网中骚扰的解决方案 电网中骚扰的解决方案 的主要作用 电网中骚扰的
> 为了消除这些电网中的干扰,制定有关的法规,限制用电器对电网造成 的扰动,规定用电器给公共电网带来的干扰限值:
–国际电工委员会制定的标准IEC1000-3-2, –欧洲标准EN60555-2, –瑞士标准ASE3600, –美国标准IEEE519; –以及国家标准GB 12326-90(电能质量-电压允许波动和闪变),GB/T 14549
隔离变 电源净 调谐滤 动态机 铁磁共 稳压器 化器 压器 波器 组 振 UPS 噪声 电压变化 频率变化 瞬间间断 断电 谐波 后备时间 无 * * * * * * * 有 * * * * * * * * * 电力 UPS * * * * * *
在众多的解决方案中,只有UPS的抗电网干扰的功能 最全面,性能最好,因而得到各个领域的广泛应用.
间断(Micro-outages) 间断
特征
主要起因
主要后果
电压完全消失 ≤ 10 毫秒.
大气条件,切换,故 运行故障和数据丢失(计算 障,电网施工. 机系统)或生产中断(连续处 理过程).
停电(Outages) 停电
电压在一个周期以上的完全消失: 大气条件,切换,故 视停电持续时间而定, 机器 - 短时停电:≤ 3 分钟 障,意外事故,电网 停机并危及人身(如电梯), (70% 的停电都小于 1 秒钟) 施工. 数据丢失(如计算机系统)或 - 长时停电:> 3 分钟 生产中断(如连续处理过 程).
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3.1.1 UPS的基础知识 的基础知识
UPS的主要作用 的主要作用——为什么要使用 UPS? 的主要作用 为什么要使用 ?
> 随着电子技术的飞速发展,各种各样的用电器越来越多,而这其中的绝 随着电子技术的飞速发展,各种各样的用电器越来越多, 大部分都是非线性负载(Non-Linear Load): 大部分都是非线性负载 :
系统. 感性负载停机或高压故障通过 电磁耦合传输到低压系统.
带磁芯的电力机械(电动机, 空载 设备需增容,温度 电流和电压的波形失真.25 次以 变压器,等等),开关电源,电弧 升高,电容谐振, 毁坏变压器,电动 上的谐波往往可以忽略不计. 炉,变频调速器.
机噪声增大.
电磁兼容性(EMC) 电磁兼容性
线制/单相三线制: 线制/单相三线制:
计算机房供电允许变化的范围 级别 项目 电压变化(% 电压变化 % ) 频率变化(Hz) 频率变化
A级 -5～ +5 ～ -0.2～ +0.2 ～
B级 - 10～ +7 ～ -0.5～ +0.5 ～
C级 -15～ +10 ～ -l～ +l ～
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3.1.1 UPS的基础知识 的基础知识
-93 (电能质量-公用电网谐波)等.
> 人们用了多年的时间来寻找各种解决办法最后才创造出UPS这样的新型设 备, 使电网和用电器进行隔离, 既避免负载对电网产生干扰, 又避免电 网中的干扰进入和影响负载.
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3.1.1 UPS的基础知识 的基础知识
UPS的主要作用 的主要作用——电网中的骚扰,各种电气装置解决方案的比较 电网中的骚扰, 的主要作用 电网中的骚扰
– 从1956年第一只可控硅(SCR)诞生之日起,即进入了电 力电子技术的时代.70年代末期由微电子技术与电力晶体 管(GTR)技术相结合,进入了现代电力电子技术 现代电力电子技术的时代. 现代电力电子技术 – 现代电力电子技术应用于所有的电气工程领域,例如:发 电厂的储能设备,直流输电设备,动态无功补偿,电力机 不间断电源,开关电源,中高频 车牵引,变频调速电机,不间断电源 不间断电源 感应电炉,电视,办公自动化,通讯,汽车自动化,家用 电器等等 .
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3.1.1 UPS的基础知识 的基础知识
UPS的定义 的定义
> UPS是电力电子技术的产品: 是电力电子技术的产品: 是电力电子技术的产品
以电力为对象,以电子技术为手段实现控制的技术称为电力电子技术 电力电子技术. 电力电子技术 它的主要任务是利用电力和电子器件实现对电能的控制和转换.
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3.1.1 UPS的基础知识 的基础知识
UPS的主要作用 的主要作用——电网中的骚扰(定义) 电网中的骚扰(定义) 的主要作用 > 骚扰(disturbance):任何可能引起装置,设备或系统性能降 低或对有生命,无生命的物质产生损害作用的现象; > 干扰(interference):由骚扰引起的设备,传输通道或系统性 能下降的现象; 从严格意义上讲,"骚扰"和"干扰"是两个不同的概念: 从严格意义上讲, 骚扰" 干扰"是两个不同的概念: "骚扰 骚扰"是一种客观存在的现象; 骚扰 "干扰 干扰"是一种在"骚扰"作用下,使敏感设备受到影响时的现 干扰 象.
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3.1.1 UPS的基础知识 的基础知识
UPS的主要作用 的主要作用——电网中的骚扰 的主要作用 > 电压变化:电压跌落,过电压,欠电压,电压尖峰,三相不平衡...
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3.1.1 UPS的基础知识 的基础知识
UPS的主要作用 的主要作用——电网中的骚扰 的主要作用 > 频率变化:频率波动,过高,过低,闪烁...
第3章 冗余备份应急电源技术 章
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UPS电源的组成与 电源的组成与 基本原理
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3.1.1.UPS的基础知识 的基础知识
> UPS的定义 的定义 > UPS的主要作用 的主要作用 > UPS的基本组成 的基本组成