工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 依賴于快速準(zhǔn)確的通信。關(guān)鍵控制系統(tǒng)無法承受瞬時(shí)電源中斷，因?yàn)檫@可能會導(dǎo)致工業(yè) PC 或控制器的崩潰。不間斷電源 (UPS) 可以防止此類事件的發(fā)生。了解 UPS 的基礎(chǔ)知識和下面的五方面注意事項(xiàng)，有助于為工業(yè)應(yīng)用選擇合適的 UPS 電源。
定義 UPS 的應(yīng)用需求
UPS 將為哪種負(fù)載供電——交流還是直流？傳統(tǒng)系統(tǒng)傾向于使用交流電源運(yùn)行，因此舊系統(tǒng)的改造也就需要交流電源。在過去的 20 年中，工業(yè) PC 市場的增長已轉(zhuǎn)向直流電源。應(yīng)當(dāng)充分考慮功率和運(yùn)行時(shí)間的要求，仔細(xì) UPS 的規(guī)格并建立切合實(shí)際的期望。
如果持續(xù)停電，UPS 可確?？刂破脚_安全有序地關(guān)閉，從而避免數(shù)據(jù)丟失、系統(tǒng)崩潰或故障。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，請選擇合適的電池容量，以便在關(guān)閉 PC 或主電源在合理時(shí)間內(nèi)恢復(fù)之前，允許系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間。超大規(guī)格的電池系統(tǒng)，充電的時(shí)間可能更長。
大多數(shù) UPS 制造商使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)類型。一些制造商只提供一種技術(shù)，例如閥控鉛酸 (VRLA)。而其它公司將提供多種產(chǎn)品，例如閥 控鉛酸、寬溫閥控鉛酸和磷酸鐵鋰等。不同的電池在性能和使用壽命上有所不同。
理想情況下，UPS 將提供電池系統(tǒng)的多個(gè)健康狀態(tài)監(jiān)測點(diǎn)，因此操作人員可以在電池發(fā)生故障前采取預(yù)防措施。大多數(shù) UPS 使用 LED，少數(shù)則提供具有固定閾值點(diǎn)的干結(jié)點(diǎn)輸出。較新的 UPS 系統(tǒng)提供上述方法，并將數(shù)據(jù)集成到通過工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行通信的控制平臺中。
分布式交流 UPS 技術(shù)
在以交流電壓運(yùn)行的控制系統(tǒng)中，交流 UPS 最合適。離線或待機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常簡單明了。這些產(chǎn)品價(jià)格低廉，所以是最常見的交流 UPS 類型。在正常情況下，離線 UPS 將主電源從輸入端傳遞到輸出端，除了為與主電源電路并聯(lián)的電池充電外，沒有其它交互作用。如果主電源出現(xiàn)故障，UPS 將從主電源電路切換到電池電路。從 UPS 失去主電源到電池供電的轉(zhuǎn)換時(shí)間，不能超過 10ms。10ms 的切換，通常不會影響下游設(shè)備，但可以保護(hù)對電壓波動敏感的系統(tǒng)。
交流 UPS 有兩個(gè)子集：改進(jìn)的（模擬）正弦波輸出設(shè)備和純正弦波輸出設(shè)備。每種的交流輸出都不相同。
改進(jìn)的正弦波設(shè)備從電池組獲取電壓，并以最簡單的形式創(chuàng)建與正弦波類似的波形輸出。雖然這種類型的 UPS 成本相對較低，但也有一些缺點(diǎn)。電壓的大幅階躍會損壞下游設(shè)備的輸入電路。這些巨大的階躍還會導(dǎo)致 UPS 輸出中產(chǎn)生大量的切換瞬變。這會導(dǎo)致小型 PC 和 PLC 電源模塊過早出現(xiàn)故障。
純正弦波 UPS 會產(chǎn)生與 120/230V 主電源饋送的波形相同的正弦波形輸出。純正弦波 UPS，是可編程邏輯控制器 (PLC)、分布式控制系統(tǒng) (DCS) 和工業(yè) PC（IPC）等敏感控制設(shè)備的更好選擇。盡管需要更多的電路，但由 UPS 供電的控制設(shè)備的使用壽命更長，從而降低了總擁有成本。
關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用需要更先進(jìn)的 UPS，即雙轉(zhuǎn)換或在線 UPS。這樣的 UPS 永遠(yuǎn)不會處于待機(jī)模式。電池電路主動連接到系統(tǒng)。如果主電源中斷，則輸出不會出現(xiàn)中斷或電壓驟降，從而實(shí)現(xiàn)電池的無縫運(yùn)行。在線系統(tǒng)具有內(nèi)置過濾和調(diào)節(jié)裝置。在正常運(yùn)行期間，它將輸入電源從交流轉(zhuǎn)換為直流，然后通過逆變器再轉(zhuǎn)換為交流電。隔離可防止電壓波動和輕微的輸入功率干擾。這類 UPS 的價(jià)格更高，體積也更大。
分布式直流 UPS 設(shè)計(jì)
交流 UPS 的缺點(diǎn)是所有下游設(shè)備都是交流供電的，并依賴于該 UPS?？刂乒駪?yīng)用可能需要一個(gè)非常大的交流 UPS 來為所有下游設(shè)備供電。如果交流 UPS 出現(xiàn)故障，下游設(shè)備相應(yīng)的也會出現(xiàn)故障。分布式直流 UPS 可以節(jié)省成本和空間。大多數(shù)控制柜都基于直流電壓。交流 UPS 在入口處實(shí)現(xiàn)備用。對于直流 UPS，后備電源則在交流 / 直流轉(zhuǎn)變之后實(shí)現(xiàn)。
負(fù)載可以分為緩沖負(fù)載和非緩沖負(fù)載。非緩沖負(fù)載是指可在主電源丟失期間斷電，而不會導(dǎo)致系統(tǒng)故障的設(shè)備。交流 / 直流電源可以直接為這些負(fù)載供電。直流 UPS 將為執(zhí)行重 要功能的設(shè)備或緩沖負(fù)載供電。這可以顯著降 低直流 UPS 的負(fù)載。安培數(shù)降低，也就意味著更小的 UPS 規(guī)格和電池容量。
直流 UPS 技術(shù)比交流 UPS 設(shè)計(jì)簡單。直流產(chǎn)品不需要交流 - 直流轉(zhuǎn)換器或直流 - 交流逆變器。UPS 中的所有電壓，都是 24Vdc，屬于安全超低電壓 (SELV)。這使電源和電池組更有效。將額外的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器用于其它 DC 電壓，會在轉(zhuǎn)換中消耗更多的電流，并會寄生在系統(tǒng)上。在功能更高級的 UPS 系統(tǒng)中， 唯一的直流轉(zhuǎn)換發(fā)生在電池充電電路中。直流 UPS 系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載優(yōu)先。優(yōu)先為連接到 UPS 的負(fù)載供電。
當(dāng) UPS 以主電源模式為負(fù)載供電并為電池組充電時(shí)，UPS 將監(jiān)控負(fù)載電流。如果負(fù)載電流和充電電流組合會使主交流 / 直流電源過載，UPS 將自動降 低充電電流，以防止過載。由于電路更簡單，直流 UPS 的體積通常比交流小。一些模塊化直流 UPS 系統(tǒng)帶 有內(nèi)置診斷功能。有了實(shí)時(shí)監(jiān)測信息，就可以在故障發(fā)生前更換電池，而不是靠猜測來更換電池。
工業(yè) UPS 電池
電池是 UPS 系統(tǒng)的支柱。當(dāng)停電時(shí)，電池會繼續(xù)工作。那么如何確保電池不是 UPS 的薄弱環(huán)節(jié)呢？在 工業(yè) UPS 應(yīng)用中，常見電池類型包括閥控鉛酸、寬溫閥控鉛酸和磷酸鐵鋰的電池。
最常見的類型是標(biāo)準(zhǔn)閥控式鉛酸蓄電池，具有成本低、兼顧成本和容量的優(yōu)點(diǎn)，但耐用性不佳。標(biāo)準(zhǔn)電池的標(biāo)稱工作溫度為 0 至 40℃。它 們在 27℃左右的恒溫房間內(nèi)表現(xiàn)最佳。雖然它們在受控環(huán)境中很常見，但許多工業(yè)應(yīng)用的溫度范圍為 -40 到 70℃，這會大大縮短閥控鉛酸電池的使用壽命。
寬溫閥控鉛酸電池可在 -25 至 60℃的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。它們的使用 壽命比標(biāo)準(zhǔn)閥控鉛酸稍長。它們通常 用于戶外應(yīng)用?；瘜W(xué)性能與標(biāo)準(zhǔn)閥控 鉛酸不同，寬溫閥控鉛酸通常更大且價(jià)格更高。在出現(xiàn)故障之前，閥控鉛酸和寬溫閥控鉛酸電池可以運(yùn)行大約 250 到 300 個(gè)充電周期，因此閥控鉛酸可持續(xù)六個(gè)月，而寬溫閥控鉛酸可持續(xù)一年半到兩年。鋰電池壽命和溫度范圍與寬溫閥控鉛酸電池相似。鋰電池最多可充電 7,000 次，從而延長使用壽命。鋰電池的成本可能是寬溫閥控鉛酸的 3 倍，但性能更好。
連接 UPS 數(shù)據(jù)
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶來了更多互聯(lián)性，設(shè)備也更智能。通過可靠的網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議，UPS 性能數(shù)據(jù)可連接到工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，從而可以訪問這些數(shù)據(jù)，使最終用戶能夠及時(shí)了解所安裝的 UPS 的電池性能。
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