UPS基礎(chǔ)概念培訓(xùn)合集課件

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EnergyUPS基本概念什么是UPS？電能質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)摘要電網(wǎng)存在的質(zhì)量問題

UPS的分類UPS的基本組成部件功率因數(shù)UPS系統(tǒng)的組成GE數(shù)字能源-電源質(zhì)量劉天宇——南區(qū)1什么是UPS?中文是“不間斷電源”(uninterruptible

power

supply)它是能夠?qū)崿F(xiàn)兩路電源之間無間斷地相互切換的電氣裝置UPS=VFI+BAT有時(shí)人們叫它“不停電電源”，這種說法從專業(yè)上來說是不確切的。因?yàn)殡娫词悄軌蛱峁╇娔堋?shí)現(xiàn)其他能量轉(zhuǎn)換成電能的裝置。UPS不能依靠能量的轉(zhuǎn)換來提供電能，因此從嚴(yán)格意義上講，UPS不是一種電源。它只是提供一種兩路電源之間無間斷轉(zhuǎn)換的機(jī)會(huì)，

這才是UPS設(shè)計(jì)的主要思想。

UPS的價(jià)格之所以昂貴，就是貴在這種不間斷切換的特點(diǎn)上。2GE

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Information為什么要使用UPS？3GE

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Information理論上講，供電設(shè)備應(yīng)提供固定幅值和頻率的正弦波電壓（比如低壓配電系統(tǒng)中400V，50Hz）。但實(shí)際的情況是，市電在額定值附近波動(dòng)。電能質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)摘要標(biāo)準(zhǔn)編號標(biāo)準(zhǔn)名稱允許限值說

明GB12325—90供電電壓允許偏差35kV及以上為正負(fù)偏差絕對值之和不超過10％；10kV及以下三相供電為±7％；(3)220V單相供電為+7％，一10％衡量點(diǎn)為供用電產(chǎn)權(quán)分界處或電能計(jì)量點(diǎn)GB2326—2000電壓波動(dòng)和閃變電壓變動(dòng)d的限值和變動(dòng)頻度r(h-1)有關(guān)：當(dāng)r≤1000時(shí)，對于低壓(LV)和中壓(MV)，d=1.25％～4％；對于高壓(HV)，d=1．O％～3％；對于隨機(jī)不規(guī)則的變動(dòng)，d=2％(LV、MV)和d=1.5％(HV)，閃變限值如下表：此標(biāo)準(zhǔn)為GB12326—90修訂版(1)衡量點(diǎn)為電網(wǎng)公共連接點(diǎn)

(PCC)；(1)Pst每次測量周期10min，取實(shí)測95％概率值；幾每次測量周期2h，不得超標(biāo)；(3)規(guī)定限值分三級處理原則；提供預(yù)測計(jì)算方法，規(guī)定測量儀器并給出典型分析實(shí)例。系統(tǒng)電壓等級LVMVHVPst1.00.9(1.0)0.8P1tO．8O．7(O．8)O．6注 1．括號中的值僅適用于所有用戶為同電壓級場合。2．Pst為短時(shí)間閃變；P1t為長時(shí)間閃變。4GE

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Information電能質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)摘要標(biāo)準(zhǔn)編號標(biāo)準(zhǔn)名稱允許限值說

明GB／T14549—93公用電網(wǎng)諧波各級電網(wǎng)諧波電壓限值(%)(1)衡量點(diǎn)為PEC，取實(shí)測95％概率值；(1)對用戶允許產(chǎn)生的諧波電流，提供計(jì)算方法；(3)對測量方法和測量儀器作出基本規(guī)定；(4)對同次諧波隨機(jī)性合成提供算法電壓(kV)THD奇次偶次O．3854.02．O6、1043.21.635、6632.41.211021.6O．8注1.220kV電網(wǎng)參照110kV執(zhí)行。

2．表中THD為總諧波畸變率。GB／T15543—1995三相電壓允許不平衡度(1)正常允許2％，短時(shí)不超過4％；(2)每個(gè)用戶一般不得超過1.3％。(1)各級電壓要求一樣；

(2)衡量點(diǎn)為PCC，取實(shí)測95％概率值或日累計(jì)超過不超過72min，且每30min中超標(biāo)不超過

5min；(3)對測量方法和測量儀器作出基本規(guī)定；(4)提供不平衡度算法。GB／T15945—1995電力系統(tǒng)頻率允許偏差正常允許±0.2Hz，根據(jù)系統(tǒng)容量可以放寬到土0.5Hz；用戶沖擊引起的頻率變動(dòng)一般不得超過土0.2Hz對測量儀器提出了基本要求5GE

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Information

電能質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)摘要

電網(wǎng)存在的質(zhì)量問題：6GE

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Information電網(wǎng)存在的質(zhì)量問題：7GE

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Information電噪頻率波動(dòng)斷電諧波尖峰欠壓過壓電網(wǎng)中干擾的類別與比例8GE

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InformationUPS的作用9GE

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Information兩路電源之間的無間斷相互切換隔離作用電壓變換作用頻率變換作用提供一定的后備時(shí)間UPS的兩路電源無間斷相互切換功能UPS二路供電10GE

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Information一路供電M1M2輸出UPS的隔離作用整流器直流逆變器交流輸入交流輸出11GE

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Information將瞬間間斷、諧波、電壓波動(dòng)、頻率波動(dòng)以及電壓噪聲等電網(wǎng)干擾阻擋

在負(fù)載之前，既使負(fù)載對電網(wǎng)不產(chǎn)生干擾，又使電網(wǎng)中的干擾不影響載。UPS的電壓變換作用輸入電壓變換輸出380V220V380V400V415V（穩(wěn)壓作用）12GE

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Information220VUPS的頻率變換作用50Hz50Hz60Hz輸入頻率變換輸出（穩(wěn)頻作用）13GE

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Information60HzUPS的后備功能整流器逆變器交流輸入14GE

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Information負(fù)載電池UPS帶有電池，貯存一定的能量，一方面在電網(wǎng)停電或發(fā)生間斷時(shí)繼續(xù)供電一段時(shí)間來保護(hù)負(fù)載；另一方面在UPS的整流器發(fā)生故障時(shí)使用戶有時(shí)間來保護(hù)負(fù)載。按照用戶的要求，后備時(shí)間可以是15分鐘、30分鐘、1小時(shí)、2小時(shí)等，甚至更長。UPS的高質(zhì)量及高可靠性供電15GE

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InformationUPS的分類16GE

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Information動(dòng)態(tài)型（旋轉(zhuǎn)型）發(fā)電機(jī)+慣性飛輪+直流發(fā)電機(jī)靜態(tài)型后備式在線互動(dòng)式

雙變換在線式動(dòng)態(tài)UPS這一類UPS使用旋轉(zhuǎn)機(jī)械來實(shí)現(xiàn)UPS的功能，獲得“旋轉(zhuǎn)逆變器的功能”。這一類UPS實(shí)際上是將一臺(tái)高度簡化的靜態(tài)逆變器與一個(gè)電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)結(jié)合在一起。逆變器濾除市電的騷擾，同時(shí)只控制其輸出電壓的頻率(通常以方波的形式)，并為電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組供電。電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組有時(shí)還會(huì)與飛輪組合在一起。電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生以逆變器輸出頻率為參考的正弦波電壓輸出。17GE

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Information靜態(tài)UPS-后備式工作原理——大多數(shù)基本類型的備份電源采用離線式或后備式技術(shù)，如上圖表示。如果市電供給交流電源，它直接通過UPS傳輸?shù)剿B接的負(fù)載。電池充電器把輸入的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，維持電池充電。如果市電故障，逆變器將電池的直流電轉(zhuǎn)換成交流電供給負(fù)載。逆變器在大多數(shù)時(shí)間里運(yùn)行在后備方式，充電器僅保持電池充電狀態(tài)的功率。一旦市電出現(xiàn)超出規(guī)定范圍的變化，逆變器從空載到100%負(fù)載供電

時(shí)間在幾毫秒之內(nèi)

逆變器從電池獲得電能，直到電池耗盡。這種技術(shù)通常稱為“單重轉(zhuǎn)換”，因?yàn)樵谌魏蔚慕o出點(diǎn)，電源僅轉(zhuǎn)換一次。性能特點(diǎn)——市電利用率高，可達(dá)98%以上。輸入功率因數(shù)和輸入電流諧波取決于負(fù)載性質(zhì)。輸出能力強(qiáng)，對負(fù)載電流波峰因數(shù)，浪涌系數(shù)，輸出功率因數(shù)，過載等沒有嚴(yán)格限制。轉(zhuǎn)換時(shí)間一般為

4-10ms。由于它的低成本和高效率，這類UPS是保護(hù)家用計(jì)算機(jī)或備份的獨(dú)立工作站運(yùn)行非關(guān)鍵業(yè)務(wù)或文娛活動(dòng)設(shè)備應(yīng)用的理想產(chǎn)品。這類的許多產(chǎn)品還包括基本的浪涌保護(hù)，但并不提供任何真正的電源調(diào)節(jié)作用。18GE

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Information靜態(tài)UPS-在線互動(dòng)式工作原理——在線互動(dòng)式UPS技術(shù)提供相近水平的保護(hù)。同離線式技術(shù)有點(diǎn)相似，在線互動(dòng)式產(chǎn)品采用變壓器或電感器串聯(lián)在市電電源和負(fù)載之間。這種串聯(lián)式電感器提供一定程度的電壓調(diào)節(jié)，使UPS逆變器能夠同輸入電源“相互作用”（互動(dòng)式名稱的由來）。在多數(shù)情況下，這種“雙向的

”轉(zhuǎn)換器是恒定的電壓裝置，它用改變輸出相位角去調(diào)節(jié)負(fù)載的變化，由于相位角不能夠快速變化，需要電池提供功率差，這會(huì)導(dǎo)致電池壽命的減少。在線互動(dòng)式產(chǎn)品的另一個(gè)限制是如果不由電池供電運(yùn)行，它不能完全地使輸入電源隔離負(fù)載。公用電源的干擾、頻率上的干擾和其它電源的異常情況可能直接傳送到關(guān)鍵負(fù)載上，因?yàn)樗皇峭耆碾姎飧綦x。性能特點(diǎn)——當(dāng)市電存在時(shí)，市電利用率高，可達(dá)98%以上。輸入功率因數(shù)和輸入電流諧波取決于負(fù)載性質(zhì)。對負(fù)載電流波峰系數(shù)，浪涌系數(shù)，輸出功率因數(shù)，過載等沒有嚴(yán)格的限制。市電掉電時(shí)，輸出有轉(zhuǎn)換時(shí)間，但比后備式要小。由于它提供基本電壓調(diào)節(jié)和它的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)中包括更先進(jìn)的通信能力，在線互動(dòng)式UPS作為選擇考慮成本-效率因素來保護(hù)關(guān)鍵的工作站和中小型網(wǎng)絡(luò)配置時(shí)得以應(yīng)用。如果認(rèn)為采用一個(gè)更高級的集中式電源解決方案不值得的話，它也不失為一種好的解決方案。19GE

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Information靜態(tài)UPS-雙變換在線式工作原理——對于大規(guī)模集中式的應(yīng)用，真正在線式或稱雙轉(zhuǎn)換系統(tǒng)見上圖，提供最佳水準(zhǔn)

的保護(hù)。在這項(xiàng)技術(shù)中，整流器將交流輸入電源整流成直流電，逆變器將直流電轉(zhuǎn)

換成潔凈的交流供電給關(guān)鍵負(fù)載。連接到直流母線的電池在正常運(yùn)行時(shí)處于浮充電。如果輸入電源超出規(guī)定的范圍，電池提供電源給逆變器和關(guān)鍵負(fù)載。20GE

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Information性能特點(diǎn)——將關(guān)鍵負(fù)載和交流輸入完全隔離。逆變器總是在向負(fù)載供電：當(dāng)輸入電源中斷時(shí)，輸出電壓沒有瞬時(shí)的下降，因?yàn)槟孀兤骺偺幵谶\(yùn)行的狀態(tài)，并總是由直流輸入供電；共模噪聲防護(hù)：輸出逆變器通常包括一個(gè)隔離變壓器，這一隔離變壓器可以產(chǎn)生一個(gè)分離的中性線，這樣就使得UPS被電氣隔離，從而對負(fù)載提供共模噪聲保護(hù)；市電存在時(shí)，串連的兩個(gè)變換都承擔(dān)100%的負(fù)載功率，所以UPS整機(jī)的效率較低。21GE

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Information靜態(tài)UPS-雙變換在線式UPS用功率器件22GE

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Information可控硅（晶閘管）SCR普通型SCR電壓高達(dá)6000V，電流達(dá)數(shù)千安培，自身電壓降約為1.5V。開通時(shí)僅需在控制極上加一個(gè)小觸發(fā)脈沖，關(guān)斷電路復(fù)雜，工作頻率不大于500HZ，主要用做整流器和靜態(tài)開關(guān)。IGBT場效應(yīng)晶體管IGBT是新發(fā)展起來的復(fù)合型電力電子器件，既有單極型電壓驅(qū)動(dòng)的MOSFET的優(yōu)點(diǎn)，又有雙極型器件BJT耐壓高，電流大的優(yōu)點(diǎn)。IGBT的最高電壓為1200V，最大電流為1000A，工作頻率高達(dá)100KHZ。普遍用于逆變器和斬波器，有的也用于整流器。UPS的基本組成部件23GE

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Information整流器逆變器靜態(tài)開關(guān)電池SiteProLanProSG工頻高頻（PFC整流器）功率器件SCR轉(zhuǎn)換形式AC-DC功率器件SCR轉(zhuǎn)換形式AC-DC功率器件IGBT轉(zhuǎn)換形式AC-DC功率器件IGBT轉(zhuǎn)換形式AC-DCTrueProUPS整流器24GE

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InformationSCR

工頻整流器由三只或六只可控硅SCR組成的三相整流橋，分別稱為六脈沖和十二脈沖整流器。

這種類型的整流器吸收n=6

k

1(這里的k為整數(shù))次的諧波電流，主要是H5和H7，H11

和H13的幅值相對較小。利用濾波器可以控制這些諧波對上線的注入。IGBT “潔凈”PFC(功率因數(shù)校正)整流器這種類型的整流器由六只內(nèi)置的IGBT組成的三相整流橋和正弦波調(diào)整系統(tǒng)組成。這種技術(shù)確保了輸入電壓和輸入電流：同為完美的正弦波，即不含諧波；相位相同，即輸入功率因數(shù)接近于1。有了這種類型的整流器，就不再需要濾波器了。25GE

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InformationUPS整流器采用IGBT和空間矢量調(diào)制技術(shù)正弦脈寬調(diào)制（SPWM）逆變器正弦脈寬調(diào)制是根據(jù)能量等效原理發(fā)展起來的一種脈寬調(diào)制法，利用三角波和正弦波的共同作用而產(chǎn)生出正弦脈寬調(diào)制波。目前市場上UPS大多采用這種逆變器調(diào)制方式。UPS逆變器26GE

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Information空間矢量調(diào)制（SVM）逆變器空間矢量調(diào)制是新一代脈沖寬度調(diào)試（PWM）逆變器調(diào)制技術(shù)。SVM采用先進(jìn)的PWM轉(zhuǎn)換技術(shù)來驅(qū)動(dòng)絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）。SVM的目標(biāo)是使用較簡單的轉(zhuǎn)換形式組合來生成輸出電壓矢量。在傳統(tǒng)的PWM中，三角波還與基準(zhǔn)正弦波進(jìn)行比較，結(jié)果是經(jīng)過脈沖寬度調(diào)試的矩形波，用于為IGBT提供閘控信號。PWM信號必須進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，通常需要進(jìn)行三維計(jì)算（三個(gè)相角上各一次）以確定逆變器狀態(tài)。通過使用SVM，計(jì)算簡化為極坐標(biāo)平面中的二維“空間矢量”，提高了響應(yīng)速度，改善了系統(tǒng)性能。

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UPS采用這種逆變器調(diào)制技術(shù)。27GE

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InformationUPS逆變器用于將負(fù)載從逆變器切換到旁路，并且在切換時(shí)對負(fù)載的供電沒有任何間斷。容錯(cuò)功能使供電系統(tǒng)在各級供電發(fā)生故障的情況下以“低級”方式運(yùn)行。在維修所必須的時(shí)間內(nèi)，負(fù)載繼續(xù)得到供電并創(chuàng)造產(chǎn)值。28GE

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Information容錯(cuò)功能以下的任意一種原因都可能導(dǎo)致自動(dòng)切換：有意識的逆變器停機(jī)；過載超過了逆變器限定的能力；過溫；內(nèi)部故障。UPS靜態(tài)旁路The

rectifier

always

converts

AC

into

DC,

charges

the

batteryand

feeds

the

inverter.

The

inverter

continuously

suppliestheload

with

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voltage

and

frequency.

When

the

mains

fails,the

inverter

is

automatically

supplied

by

the

battery.RectifierBatteryInverter1)Real

On-line

Technology

(“Double

Conversion”)Static

BypassLoad29GE

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InformationMains

input容錯(cuò)功能使UPS具有高可用性The

rectifier

always

converts

AC

into

DC,

charges

the

batteryand

feeds

the

inverter.

The

inverter

continuously

suppliestheload

with

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voltage

and

frequency.

When

the

line

fails,the

inverter

is

automatically

supplied

by

the

battery.RectifierBatteryInverter2）Real

On-line

Technology

(“Double

Conversion”)Static

BypassLoad30GE

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InformationMains

input容錯(cuò)功能使UPS具有高可用性The

rectifier

always

converts

AC

into

DC,

charges

the

batteryand

feeds

the

inverter.

The

inverter

continuously

suppliestheload

with

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voltage

and

frequency.

When

the

line

fails,the

inverter

is

automatically

supplied

by

the

battery.RectifierBatteryInverter3）Real

On-line

Technology

(“Double

Conversion”)Static

BypassLoad31GE

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InformationMains

input容錯(cuò)功能使UPS具有高可用性The

rectifier

always

converts

AC

into

DC,

charges

the

batteryand

feeds

the

inverter.

The

inverter

continuously

suppliestheload

with

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voltage

and

frequency.

When

the

line

fails,the

inverter

is

automatically

supplied

by

the

battery.RectifierBatteryInverter4）Real

On-line

Technology

(“Double

Conversion”)Static

BypassLoad32GE

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InformationMains

input容錯(cuò)功能使UPS具有高可用性UPS的儲(chǔ)能技術(shù)可以使用的儲(chǔ)能技術(shù)33GE

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InformationUPS需要一個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)在市電故障或超限的情況下給逆變器供電。存儲(chǔ)的能量必須具有如下的特性：它能立即用來提供過渡市電的間斷、短期的電壓下降或停電時(shí)的電力；具有足夠的功率來為所有負(fù)載供電，即其額定容量等同于UPS系統(tǒng)本身的額定容量；后備時(shí)間能適合負(fù)載的需要，并且能持續(xù)到獲得其它的能源；(例如由一臺(tái)發(fā)電機(jī)組提供長時(shí)間的后備)。電池：密封鉛酸電池，膠體電池，鎳鎘電池。超級電容；飛輪：-傳統(tǒng)飛輪，以低速旋轉(zhuǎn)(每分鐘1500

轉(zhuǎn))并結(jié)合發(fā)電機(jī)組；-中速(每分鐘7,000轉(zhuǎn))或高速(每分鐘30,000到100,000轉(zhuǎn))飛輪。輸入功率因數(shù)和輸出功率因數(shù)輸入功率因數(shù)低時(shí)的危害視在功率的損失電纜中的溫度升高中線電流增大自污染負(fù)載損壞電容變壓器降容(Derating)越高越好UPS的供電質(zhì)量34GE

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Information線性負(fù)載非線性負(fù)載對各種電氣裝置，諧波電流既不會(huì)產(chǎn)生有功功率也不會(huì)產(chǎn)生無功功率，只是通過焦耳效應(yīng)產(chǎn)生損耗，即轉(zhuǎn)變?yōu)榻苟鸁?ri2)。35GE

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Information諧波諧波會(huì)造成電網(wǎng)的功率損耗增加、設(shè)備壽命縮短、保護(hù)功能失常、通訊系統(tǒng)紊亂，還會(huì)引起變電站局部并聯(lián)或串聯(lián)諧振，造成電壓互感器等設(shè)備損壞；特別是可能導(dǎo)致計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無法正常工作，從而造成巨大損失。諧波36GE

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Information電壓失真度反