Kapan saya perlu UPS gelombang sinus murni?

Saya ingin membeli rak UPS yang akan mendukung semua elektronik terkait TI di ruang SOHO. Ini termasuk sakelar, router, PC, server, NAS. Selama penelitian saya, saya menemukan bahwa ada berbagai jenis UPS dan yang menghasilkan gelombang sinus murni adalah yang terbaik. Namun mereka juga jauh lebih mahal daripada misalnya UPS gelombang sinus yang dimodifikasi.

Apa penerapan UPS gelombang sinus murni? Apakah ini akan memberikan keuntungan dalam kasus penggunaan saya atau itu berlebihan?

AC bersih ada di mana-mana, sehingga beberapa perangkat listrik dirancang dengan asumsi awal.

Perangkat Yang Peduli Tentang Kualitas Daya AC

Contoh klasik perangkat yang dimulai dengan asumsi seperti itu adalah penguat daya audio analog yang dirancang pada atau sebelum awal 1970-an, atau bagian yang lebih modern yang dirancang di sepanjang jalur yang sama. Regulasi linier membuang terlalu banyak panas untuk menjadi praktis dalam perangkat seperti itu, teknologi regulasi switching dengan noise rendah tidak benar-benar tersedia pada saat itu, dan karenanya amp pada waktu itu dirancang dengan daya yang pada dasarnya tidak diatur secara langsung mengarahkan tahap amplifikasi. Daya kotor muncul sebagai bagian dari sinyal keluaran, tergantung pada seberapa banyak umpan balik yang dimiliki amplifier. ¹ Ini adalah salah satu dari dua penyebab utama dengung saluran di ampli lama .²

Contoh lain dari sirkuit di mana kualitas daya dapat mempengaruhi operasi perangkat adalah sesuatu dengan motor AC, seperti bor listrik yang dijalin dgn tali , di mana kecepatan motor adalah fungsi langsung dari tegangan yang diletakkan di atasnya. Tegangan yang tidak naik dan turun dengan lancar akan menyebabkan variasi dalam kecepatan. Langkah-langkah pada output dari gelombang sinus yang dimodifikasi ada di ratusan wilayah Hz, sehingga UPS sinus yang dimodifikasi cenderung menyebabkan perubahan dalam cara motor berjalan yang sebenarnya dapat Anda dengar.

Meskipun saya tidak akan terlalu khawatir tentang apa yang akan dilakukan oleh kualitas daya yang buruk untuk bor listrik, ada perangkat yang digerakkan oleh motor yang saya tidak ingin jalankan dari UPS berkualitas rendah, seperti mesin CPAP .

Mengenai pertanyaan apakah ada peralatan di rak SOHO Anda yang peduli dengan kualitas output daya UPS, itu tergantung pada desain catu daya masing-masing komponen.

Jenis Catu Daya

Perangkat dengan penyaringan dan pengaturan catu daya yang kuat umumnya tidak peduli tentang ketidakidealan dalam gelombang sinus yang dimodifikasi. Yang penting bagi perangkat tersebut adalah mendapatkan daya RMS yang cukup dan daya berada dalam batas tegangan input perangkat. ³

Jenis catu daya yang paling umum digunakan untuk perangkat elektronik modern adalah catu daya mode sakelar . Switchers melakukan banyak hal yang lebih jahat pada daya daripada membenturkan beberapa gelombang sinus input, sehingga mereka harus memiliki banyak penyaringan jika sirkuit beban membutuhkan daya bersih.

Jenis utama lain dari peraturan catu daya adalah regulator linier , yang biasanya menekan kebisingan input frekuensi rendah dan riak sebesar 80-100 dB. Itu berarti sedikit kekasaran input akan keluar dari tahap penyaringan dan regulasi hanya sebagai sedikit fuzz. Saya sudah mencoba memberikan contoh perangkat yang akan berjalan buruk karena fuzz itu, tetapi tidak ada yang terlintas dalam pikiran. Ketika Anda mendorong kebisingan sejauh itu, itu menjadi tidak penting bagi sebagian besar sirkuit, itulah sebabnya regulator linier masih digunakan, meskipun tidak efisien.

Yang menyebabkan catu daya tidak diatur. Ini sangat mirip dengan kasus motor AC di atas kecuali bahwa transformator mengurangi tegangan AC, yang kemudian biasanya diperbaiki dan disaring untuk menghasilkan tegangan DC bergelombang. Proses tiga tahap ini mengurangi kebisingan sisi AC secara signifikan, ⁵ jadi ada kemungkinan bahwa ada perangkat yang dibangun dengan asumsi bahwa kebisingan yang dihasilkan dan riak pada output dari pasokan semacam itu cukup bersih, dan akan terganggu oleh hash ratusan-Hz keluar dari UPS modifikasi-sinus.

Osilogram

Setelah fixer1234 menambahkan gambar ke jawabannya , saya pikir, diubah sinus tidak bisa benar-benar menjadi yang buruk, benar? Maksud saya, mereka akan menggunakan lebih dari empat langkah per siklus, bukan? Baik?

Saya memutuskan untuk menangkap osil semua UPS yang saya miliki di sini untuk Sains! Semuanya dibuat oleh perusahaan yang sama, tetapi mereka berasal dari titik yang berbeda dalam lini produk perusahaan itu.

Untuk referensi, inilah yang terlihat seperti tegangan saluran AC tanpa filter di lokasi pengujian, dengan tegangan vs waktu di sebelah kiri dan plot spektrum dengan bentuk gelombang yang sama di sebelah kanan:

Puncak besar di tepi kiri plot spektrum adalah fundamental 60 Hz . Puncak harmonik besar yang Anda lihat menunjukkan bahwa kekuatan dinding saya di sini tidak super bersih. Yang terbesar adalah harmonik ke-2 pada 120 Hz di tengah plot, 30 dB turun dari fundamental, diikuti oleh harmonik ke-3 pada 180 Hz di tepi kanan plot. Lalu ada puncak misteri pada 85 Hz, yang saya tidak punya penjelasan.

Ini adalah distorsi yang cukup untuk muncul dalam osilogram di sebelah kiri: perhatikan puncak yang agak rata.

Saya menguji beberapa UPS true-sine yang berbeda, yang keduanya cukup mahal. Output mereka terlihat seperti ini:

Mata Anda tidak menipu Anda: output AC dengan baterai dari UPS khusus ini lebih bersih daripada daya dinding saya! UPS ini akan menjalankan perangkat elektronik apa pun dalam batas muatannya, karena output pada baterai sedekat mungkin dengan daya dinding yang ideal karena tidak ada perbedaan praktis.

Jika sebuah UPS berlangsung cukup lama, biaya baterai pengganti melebihi biaya awal. Jika Anda membeli UPS yang berkualitas, oleh karena itu, beri lebih banyak pertimbangan untuk biaya operasional UPS dibandingkan dengan harga pembelian awal.⁶

UPS kelas menengah dari pabrik yang sama harganya sekitar ⅓ dari UPS true-sine dengan spesifikasi judul yang sama. Mungkin akan lebih kecil dan lebih ringan juga. Tangkapan? Ini:

Meskipun itu jauh lebih baik daripada output yang kita harapkan dari posting fixer1234, itu tidak cantik. Tidak hanya terdapat banyak gangguan pita lebar dan distorsi pada output UPS ini, kedua halangan belakang yang Anda lihat pada setiap siklus dapat mengganggu sirkuit yang menganggap tegangan input AC selalu meningkat atau berkurang dengan mantap.

Namun demikian, catu daya yang disaring dan diatur dengan baik akan menghapus semua ini, sehingga perangkat seperti itu akan berjalan dari UPS dengan baik. Saya tidak pernah memiliki masalah dengan perangkat yang terhubung ke UPS ini. Karena UPS yang menjaga komponen inti jaringan rumah saya, saya pikir saya akan perhatikan jika mereka reboot pada setiap blip daya.

Salah satu alasan mengapa saya tidak memberikan nama merek dan model di sini adalah bahwa itu bukan panduan yang sangat baik untuk kualitas output pada baterai. Saya menguji kerabat dekat dari UPS sebelumnya dan mendapatkan hasil tes yang sangat berbeda:

Ini pada dasarnya adalah versi dunia nyata dari gelombang ideal yang ditunjukkan dalam jawaban fixer1234. Maka, jawaban untuk pertanyaan saya di atas adalah, "Ya, mereka benar-benar membuat UPS dengan kualitas output yang buruk."

Dan ya, itu sebenarnya penting dalam praktik. Bahkan, saya memilih untuk menguji output UPS khusus ini untuk jawaban ini secara khusus karena telah memberi kita masalah di masa lalu.

Kami memiliki PC merek-nama kelas atas yang dicolokkan ke UPS ini, dan pada setiap blip daya, PC - dan hanya PC - yang akan reboot secara spontan. Segala sesuatu yang terhubung ke outlet "baterai" akan tetap terjaga. Sangat aneh bahwa saya benar-benar menulis sebuah program Arduino pada satu titik untuk mencatat "live-ness" selama beberapa minggu untuk mencoba dan mendeteksi putus daya. Papan kecil itu tetap berjalan sepanjang waktu, bahkan ketika PC reboot. Kami akhirnya memindahkan UPS itu ke server lama yang besar, berharap bahwa beban yang lebih berat juga akan menyebabkan gejala yang sama, tetapi tidak: UPS telah membuat server itu berjalan melalui beberapa gangguan daya sekarang.

Kualitas output UPS itu bukan yang terendah. Apakah kamu duduk? Berikut ini UPS kelas atas dari perusahaan yang sama yang membuat ketiga UPS di atas:

Ow!

Sekarang Anda tahu mengapa garis low-end UPS ini berharga sekitar setengah dari UPS mid-range.

Yang mengatakan, saya belum pernah melihat salah satu perangkat dicolokkan ke UPS yang gagal melewati pemadaman listrik.

Kesimpulan

Banyak perangkat tidak peduli tentang kualitas daya AC. Contoh ekstrem adalah lampu meja pijar, tetapi perangkat apa pun dengan catu daya yang diatur dengan baik dan tersaring dengan baik harus mengatasi input AC yang buruk.

Seperti yang telah kita lihat di atas dan di jawaban lain, ada beberapa perangkat yang tidak dapat mengatasi daya input yang buruk. Untuk kasus-kasus ini, Anda memerlukan UPS yang benar-benar asli.

Digesti:

1. Beberapa desain penguat memiliki umpan balik negatif yang sangat sedikit . Ini adalah masalah agama di kalangan audiophile, dengan para ekstremis reaksioner yang meyakini amplifier terbaik hanya memiliki sedikit umpan balik.

2. Penyebab utama lain dari penguat hum adalah ground loop .

3. Inilah sebabnya mengapa Anda sering melihat catu daya bertanda menerima 90-260 VAC atau serupa. Jika catu daya seperti itu mendapat 200 VAC, itu hanya akan menarik setengah arus seolah-olah mendapat 100 VAC, yang memungkinkannya untuk memberikan watt yang sama ke rangkaian bertenaga. P = VI

4. Bahkan perangkat yang tidak terlalu peduli dengan daya bersih harus sering memiliki penyaringan inlet daya untuk memenuhi peraturan EMC .

5. Untuk perbandingan dengan kasus regulasi-linier, pasokan tipikal yang tidak diregulasi mungkin mengurangi kebisingan sisi AC sekitar 20 dB.

   Desibel adalah skala logaritmik di mana setiap perbedaan 6 dB antara dua tegangan adalah penggandaan atau separuh. Dengan demikian, pengurangan kebisingan 80 dB dari regulator linier tidak 4 × lebih baik dari 20-ish yang Anda dapatkan dari catu daya biasa yang tidak diregulasi, sekitar 1.000 × lebih baik! Penurunan 20 dB ke 100 dB yang Anda dapatkan dari regulator linier yang sangat baik berarti output 10.000 kali lebih tenang daripada input.

6. Katakanlah Anda memutuskan untuk membeli UPS true-sine seharga $ 500 terlepas dari kenyataan bahwa Anda bisa mendapatkan UPS sinus dimodifikasi berkualitas baik dengan spesifikasi judul yang sama seharga $ 150. Baterai UPS yang khas perlu diganti setiap 3 tahun atau lebih, yang mungkin berharga $ 150-200 untuk model true-sine. Itu berarti $ 50-66 / tahun × 12 tahun ≈ $ 600-800, menjadikan baterai sebagai elemen dominan dalam perhitungan biaya.

   UPS kelas atas cenderung memiliki baterai yang secara fisik lebih besar untuk level VA tertentu, sehingga biaya penggantian baterai untuk baterai UPS sebagian tergantung pada seberapa banyak Anda membayar UPS pada awalnya. Karena itu, Anda mungkin memilih untuk membeli UPS kelas bawah daripada yang mungkin Anda ingin berikan grafik di atas karena biaya operasi jangka panjang akan terlalu tinggi dengan UPS kelas atas.

Persyaratan untuk gelombang sinus murni terutama berkaitan dengan pasokan daya Active Power Factor Correction (PFC) di komputer. Untuk ini, bentuk gelombang non-sinus dapat menyebabkan shutdown, mengalahkan seluruh tujuan untuk memiliki UPS.

Saya telah melihat dua penjelasan untuk mekanisme ini:

• Satu, dijelaskan dalam posting ini , adalah bahwa PSU PFC dapat menyebabkan beban awal yang tinggi pada UPS, memicu perlindungan kelebihan beban yang mematikan UPS.

• Penjelasan lain dijelaskan dalam lembar data ini dari pabrikan UPS CyberPower:

Bentuk output gelombang sinus yang disimulasikan menghasilkan keadaan keluaran nol selama siklus perubahan fase yang menghasilkan "celah" daya. Kesenjangan ini dapat menyebabkan gangguan daya untuk peralatan dengan catu daya PFC Aktif saat beralih dari output daya AC ke output gelombang sinus yang disimulasikan (mode baterai).

Kedua penjelasan itu tidak harus saling eksklusif; masing-masing dapat diterapkan dalam keadaan tertentu. Namun untuk kedua penjelasan tersebut, ada kesepakatan pada tiga poin penting:

• Kombinasi peralatan dan UPS tertentu mungkin atau mungkin tidak memiliki masalah. Model UPS yang berbeda menghasilkan bentuk gelombang simulasi yang berbeda, catu daya yang berbeda memiliki sensitivitas yang berbeda terhadap bentuk gelombang, konfigurasi peralatan yang berbeda memiliki beban daya yang berbeda vs kapasitas UPS, dll.

• Jika perangkat keras komputer tidak menggunakan catu daya PFC Aktif, penggunaan UPS gelombang sinus yang dimodifikasi tidak menjadi masalah (dan tersirat, penggunaan UPS gelombang sinus murni tidak menguntungkan).

• Penggunaan UPS gelombang sinus yang dimodifikasi dengan PFC PSU tidak akan mengakibatkan kerusakan fisik baik pada UPS maupun PSU, hanya potensi kegagalan UPS untuk menjaga peralatan tetap hidup ketika seharusnya. ** (lihat peringatan di bawah)

Peringatan: Jawaban ini berfokus pada perangkat keras komputer, bukan pada perangkat lain yang mungkin juga didukung oleh UPS. Saya pernah melihat laporan sesekali tentang kekuatan gelombang non-sinus yang tidak kompatibel dengan perangkat lain tertentu. Sebagai contoh, jawaban kinokijuf menyebutkan lampu latar neon di monitor LCD mengalami masalah yang diduga karena UPS gelombang sinus yang disimulasikan. Poin terakhir saya, tentang keamanan peralatan, tidak dimaksudkan untuk mengatasi perangkat lain yang terhubung.

Catu daya switching-mode pada sebagian besar peralatan komputer memiliki banyak toleransi untuk kebisingan di AC, yang berarti harus menjalankan OK dari UPS "dimodifikasi sinus", tetapi mereka mungkin terlalu panas.

Namun, ini dapat menyebabkan kerusakan pada perangkat yang lebih kompleks yang beroperasi secara langsung dari daya AC dan bergantung pada voltase saluran, seperti:

• catu daya yang tidak diatur dan linier yang diatur
• beban induktif seperti motor
• peralatan audio
• lampu neon seperti yang di orang ini LCD monitor ‘s.
• peralatan medis, presisi tinggi
• ... _{(tambahkan lebih banyak contoh)}

Aturan praktisnya adalah bahwa jika perangkat Anda memiliki adaptor daya “100–240V” yang terpisah, itu harus baik-baik saja dengan UPS sinus yang dimodifikasi.

Ini agak anekdotal, tetapi beberapa catu daya server tidak akan mulai ketika didukung dengan catu daya gelombang persegi yang dimodifikasi ..

Tempat saya bekerja memiliki beberapa peralatan server yang dipasang di truk, dan menjalankan inverter gelombang persegi yang dimodifikasi. Catu daya server harus diuji secara khusus untuk memastikan mereka akan mulai menggunakan daya AC gelombang persegi yang dimodifikasi. Beberapa sistem shell (beberapa kotak Dell) tidak akan mulai ketika dijalankan dari inverter.

Perhatikan bahwa mereka akan berjalan pada input gelombang persegi yang dimodifikasi, tetapi tidak akan mulai . Dengan kata lain, jika server beralih ke output inverter saat berjalan, tidak apa-apa, tetapi Anda tidak bisa mem-boot-nya dari output inverter / UPS.

Ini mungkin atau mungkin bukan masalah, tergantung pada kasus penggunaan apa yang Anda harapkan.

Jika menggunakan kabel daya untuk menyebarkan daya UPS di ruangan yang besar, maka apa pun selain gelombang sinus murni sebenarnya dapat mendistorsi lebih buruk karena efek impedansi di sepanjang kabel listrik. Saya belajar tentang efek ini di sebuah pabrik di mana kami pada dasarnya menggunakan pengontrol motor frekuensi variabel sinus murni gelombang pada kabel panjang karena terlalu banyak distorsi pada kabel panjang dapat membakar motor. Semua lubang rumah UPS yang saya lihat tampak seperti gelombang sinus murni.

Strip gelombang atau pelindung lonjakan yang dibangun ke dalam peralatan mungkin menjadi masalah bagi UPS yang setidaknya tidak mendekati gelombang sinus murni. Karena saya ingin daya cadangan untuk komputer, TV, kamera keamanan, dll. Semua di ruangan yang sama itu lebih merupakan masalah keamanan yang saya bayar lebih untuk unit gelombang sinus murni. Saya tidak perlu khawatir jika ada sesuatu yang terlalu panas. Bahkan saya memiliki lampu malam dengan built in bulb overheat dan mencair ketika dicolokkan ke UPS termurah yang pernah saya dapatkan. Lelehkan ke dalam wadah UPS dan telah berkali-kali lebih cerah sebelum terbakar. Saya percaya itu menggunakan kapasitor untuk memberikan resistansi yang ditetapkan pada 60 Hz tetapi harmonik UPS menyebabkan resistansi yang kurang jelas sehingga terlalu banyak daya yang melewati kapasitor.