不間斷電源

典型供PC使用的不斷電系統（深灰色物，臺達電子製造）
不間斷電源（或稱UPS，即 Uninterruptible Power Supply）是在電網異常（如停電、欠壓、干擾或浪湧（湧浪電流））的情況下不間斷的為電器負載設備提供後備交流電源，維持電器正常運作的設備。通常情況下不間斷電源被用於維持計算機（尤其是服務器）或交換機等關鍵性商用設備或精密儀器的不間斷運行，防止計算機數據丟失，電話通信網絡中斷或儀器失去控制。
在北美，數據中心所使用的大型UPS主要為三相480V，與市電三相208V不同。歐洲數據中心則採用與市電相同的三相400V。

**電網異常**
使用不間斷電源是為了應對電網可能出現的以下情況：
# 停電（電網停止工作，無電壓輸出）
# 壓降（亦稱下陷，電網電壓低於標稱電壓15%-20%，時間可能持續數秒）
# 電湧（亦稱浪湧、突波，電網電壓瞬間高於標稱電壓10%以上，時間持續數秒）
# 持續欠壓
# 持續過壓
# 線噪（因線路屏蔽差而引入的射頻或電磁干擾）
# 頻率漂移（發電機不穩定造成的電網頻率偏差）
# 開關瞬態（亦稱暫態，由電氣設備開關或放電造成的電壓偏差，有時可高達20000伏，但是持續時間極短，僅數納秒）
# 諧波（電網中由非線性特性的電氣設備產生的對交流電正弦波形的干擾）

**不間斷電源的發展**

**飛輪式不間斷電源**
在使用電池的時代之前，不間斷電源曾經使用飛輪和內燃機為負載提供電能供應，這種不間斷電源被稱為飛輪式或旋轉式不間斷電源。飛輪式不間斷電源由整流器、直流電動機、飛輪、柴油機（或汽油機）及發電機等組成。在電網供電的情況下，由整流器提供的直流電驅動電動機帶動飛輪旋轉，並且帶發電機為負載供電。由於飛輪的慣性作用，發電機轉速可以保持均衡，此時不間斷電源起過濾電網干擾的作用。當電網斷電後，飛輪繼續帶動發電機的轉子旋轉，同時啟動柴油機帶動發電機發電，替代原有電網為負載供電。
由於飛輪式不間斷電源使用內燃機提供電力，會產生較大的噪音同時體積也較大，因此目前一般僅被用於應急情況和一些自然狀況惡劣的場合，通常情況下不間斷電源會使用蓄電池來提供電力。

**蓄電池式不間斷電源**
自二十世紀六十年代美國通用電氣公司研究生產不間斷電源以來，不間斷電源一直在被改進，但是其基本原理沒有重大變化。
現代的不間斷電源由電池組、逆變器和控制電路組成，一端連接電網另一端連接電器負載。在電網電壓正常的情況下，不間斷電源利用電網電源為自身充電，在電網出現異常的時候，不間斷電源將存儲於電池中的電能釋放，供負載使用。它按工作方式通常分為在線式和後備式（亦稱為離線式）兩種；按輸出波形可分為正弦型、近似正弦型（用階梯方波來擬合正弦波）等。

**不間斷電源的工作原理**

**後備式**
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後備式又稱為離線式不斷電系統（Off-Line UPS），它只是“備援”性質的UPS，市電直接供電給用電設備也為電池充電（Normal Mode），一旦市電供電品質不穩或停電了，市電的迴路會自動切斷，電池的直流電會被轉換成交流電接手供電的任務（Battery Mode），直到市電恢復正常，“UPS只有在市電停電了才會介入供電”，不過從直流電轉換的交流電是方波，只限於供電給電容型負載，如電腦和監視器。若Inverter(「逆變器」)為正弦波逆變器，則可供電給電感性負載，如:馬達、電風扇。

**線上交錯式**
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線上交錯式又稱為線上互動式或在線互動式（Line-Interactive UPS），基本運作方式和離線式一樣，不同之處在於線上交錯式雖不像在線式全程介入供電，但隨時都在監視市電的供電狀況，本身具備升壓和減壓補償電路，在市電的供電狀況不理想時，即時校正，減少不必要的“Battery Mode”切換，延長電池壽命。

**在線式**
在線式不斷電系統（On-Line UPS）的運作模式為“市電和用電設備是隔離的，市電不會直接供電給用電設備”，而是到了UPS就被轉換成直流電，再兵分兩路，一路為電池充電，另一路則轉回交流電，供電給用電設備，市電供電品質不穩或停電時，電池從充電轉為供電，直到市電恢復正常才轉回充電，“UPS在用電的整個過程是全程介入的”。其優點是輸出的波型和市電一樣是正弦波，而且純淨無雜訊，不受市電不穩定的影響，可供電給“電感型負載”，例如電風扇，只要在UPS輸出功率足夠的前題下，可以供電給任何使用市電的設備。

**UPS 和 BBU 的關聯**

**UPS 的特色**
傳統 UPS 主要採用鉛酸電池，價格較低，使用壽命約 3 至 6 年。
UPS 供電模式為交流電（AC）轉直流電（DC），對於電力轉換的能量損耗較大。
體積方面，UPS 一般需要專門的機房來安置，對空間的要求較高。

**BBU 的特色**
BBU 改採鋰電池，價格較高，使用壽命則約有 10 年。
BBU 供電模式為直流電（DC）轉直流電（DC），在電力轉換時發生的耗損不大。
體積方面，BBU 體積縮小約一半，能夠直接放在機櫃中，而不用另闢空間專門放置。在特定型號的重量上甚至可以減少 40％ 或超過 30 公斤。
*UPS 的優勢：成本低、應用範圍廣，適合多場景和預算有限的用戶。
*BBU 的優勢：電池壽命長、效率高、體積小，但主要應用在伺服器和數據中心等特定場景。

**參考文獻**
 IEC 62040- EN 62040-1-1:2006 Uninterruptible power systems (UPS) — Part 1-1: General and safety requirements for UPS used in operator access areas- EN 62040-1-2:2003 Uninterruptible power systems (UPS) - Part 1-2: General and safety requirements for UPS used in restricted access locations- EN 62040-2:2006 Uninterruptible power systems (UPS)- Part 2: Electromagnetic compatibility (EMC) requirements- EN 62040-3:2001 Uninterruptible power systems (UPS) - Part 3: Method of specifying the performance and test requirements- EN 62040-3:2011 Uninterruptible power systems (UPS) - Part 3: Method of specifying the performance and test requirements
 中華人民共和國國家標準- GB 7260.1-2008 不間斷電源設備：1-1 操作人員觸及區使用的UPS的一般規定和安全要求- GB 7260.4-2008 不間斷電源設備：1-2 限制觸及區使用的UPS的一般規定和安全要求- GB 7260.2-2009 不間斷電源設備：2 電磁兼容性要求- GB/T 7260.3-2003 不間斷電源設備：3 確定性能的方法和試驗要求

**參見**
 電源切換開關

**外部鏈接**
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