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雙變換UPS技術的現狀及發展趨勢

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  雙變換UPS技術的現狀和發展前景

 

    UPS電源維修雙變換UPS技術的現狀及發展趨勢,交流UPS不間斷電源是一種恒頻、穩壓、純淨、不間斷的高品質電源。隨著現代信息技術的高速發展,UPS維修雙變換UPS技術的現狀及發展趨勢,交流不間斷電源(UPS)是一種恒頻、穩壓、純淨、不間斷的高品質電源。隨著現代信息技術的高速發展,它的重要性越來越明顯,尤其是在電信、銀行、金融以及國防等對電網的可靠性要求極高的行業更為突出!按照UPS的係統性能,標準IEC62040-3和歐洲等效標準ENV50091-3定義了三種UPS:備用UPS;線路交互UPS;雙變換UPS。備用UPS僅在市電供電發生故障時才為負載提供電源,平時一直處於待輸出狀態。該種機型一般容量很小,各項性能指標都很不理想,但是成本很低,可以滿足一般對電源性能要求不是很高的客戶需要。

 

  線路交互UPS也稱為在線互動式UPS。在市電的各項性能指標均能滿足要求時,優先市電供電,一旦市電出現異常,立即轉為UPS供電,以此達到確保供電質量的目的。線路交互UPS成本較低,性能上較後備機優越,為部分對電源性能有一定要求的客戶所歡迎。

 

  但是,對於多數對電源質量要求極高的客戶,雙變換UPS(也叫在線式UPS)可以提供比前兩種UPS更高的性能。傳統的雙變換UPS已有30多年的曆史,其技術成熟、性能完善,主要的技術指標已經達到了很高的水平。但是由於係統采用UPS與市電串連的結構,因此存在一些固有的缺點。由於傳統的雙變換UPS輸入端一般采用晶閘管相控整流器,輸入諧波電流較大,對市電電源汙染嚴重。近年來,隨著大功率UPS和其他非線性負載設備的增加,諧波問題日益突出,已經成為人們非常關注的問題之一。為此,本文將重點闡述采用雙變換結構、容量在30kVA以上的大容量UPS,分析其市場上的主流機型、該機型的發展方向以及其將采用的部分熱點技術。

 

  雙變換UPS

 

  雙變換UPS輸入采用晶閘管相控整流,輸出配備隔離變壓器。該類UPS是當前市場的主流機型,目前市場上各大型通訊局站均配備該種機型。該係統由整流器/充電器、逆變器、蓄電池和靜態開關等組成。正常的情況下,市電電源經整流器/充電器變換為直流電,供給逆變器同時給蓄電池充電。逆變器將直流電變換為交流電給負載供電。當市電出現故障時,逆變器由蓄電池供電繼續運行,為負載提供電源。當整流器/充電器、逆變器、蓄電池中任何部件故障、負載故障或過載時,由靜態開關將負載轉換至市電,由市電應急供電,這稱為旁路方式。

 

  UPS維修該種機型UPS采用晶閘管相控整流,具有成本低、效率高的特點。另外,輸出采用隔離變壓器隔離輸出,保證了係統的安全可靠。在這種UPS中,市電電源經過了整流/逆變兩次電力變換,使負載設備與市電電源完全隔離。實際上,UPS接收市電電源進行變換和調節,再生了全新的連續的高質量交流電源,其輸出指標如電壓和頻率穩定度(靜態和動態)、波形失真度等都達到了很高的水平。由於逆變器在市電正常和故障時均連續為負載供電,從市電供電向蓄電池供電的轉換過程中不產生中斷。

 

  雙變換UPS中的靜態開關是非常重要的部件,因為許多逆變器特別是PWN逆變器的過載能力較差,一般不能承受較大的負載設備的啟動電流和負載短路電流。在這種情況下,逆變器將進入限流狀態,故一般不能啟動較大的負載設備或在輸出短路時不能熔斷輸出熔斷器以排除故障。當UPS輸出電流大於一定值時,靜態開關將負載轉換市電電源,利用市電啟動負載或排除故障。

 

  雙變換UPS中的整流器/充電器、逆變器均為連續工作,其內部的半導體元件長期處於滿負載狀態,負載浪湧電流的衝擊也會使半導體元件承受較大的應力,造成潛在的故障。因此,雙變換UPS的靜態開關和整流器/充電器、逆變器都是非常關鍵的部件,其半導體元件一般都降額使用或按照冗餘方式設計,以提高係統的可靠性。

 

  雙變換UPS係統的不足

 

  a.輸入紋波電流大

 

  雙變換UPS的輸入端一般采用6脈衝晶閘管相控整流器,有些大功率UPS采用12脈衝晶閘管相控整流器。這些整流器內部的晶閘管整流元件在每個電源周期內輪流導通,因為換相時連接在交流電源不同相線上的兩個晶閘管在短暫的時間內同時導通,造成瞬時電源相間短路,因而在電源電壓波形上形成了所謂換相凹口,實際上就是電壓波形失真。

 

  當某個整流元件被觸發導通時,市電電源相應的相電壓就突然加到直流側的濾波電感上,使該相電流突然上升,由於濾波電感足夠大,電流基本上保持恒定,直到下一個整流元件被觸發導通。結果形成了脈衝型的輸入電流波形。因此該種電流波形不是平滑的正弦波,這種非正弦波是由基波和諧波分量組成的。輸入端為6脈衝整流器的雙變換UPS的輸入電流中含有5、7、11和13次等諧波分量,總諧波失真(THD)可達30%以上。采用12脈衝整流器時,含有11,13次等諧波分量,總諧波失真為10%左右。

 

  諧波電流在配電係統中流動時,由於集膚效應導致電路阻抗增加,引起附加的損耗,使電纜、配電設備、熔絲、變壓器和備用發電機發熱,從而導致了係統的可靠性降低。

 

  b.電源電壓波形失真較大

 

  在電源係統中,非線性負載可以等效為一線性負載和一係列的諧波電流源(多個不同頻率的諧波電流源)的疊加。因此可以認為,連接到50Hz市電電源上的非線性負載從電源吸收基波電流並向電源反饋諧波電流,諧波電流沿著阻抗最小的通道流向電源。

 

  諧波電流流過電源的內阻Zsn(對諧波電流的阻抗)時,將產生諧波電壓。第n次諧波電流產生的諧波電壓為:

 

  Vn=In*Zn

 

  電源輸出電壓Vn等於基波電壓與諧波電壓的向量和,諧波電壓疊加在基波電壓V1上,必然引起較大的電源電壓失真。

 

  由於電源電壓失真,還會產生更大的諧波電流。因為失真電源電壓本身包含各種頻次的諧波電壓,加在線性負載上也會產生相同頻次的諧波電流。電源電壓失真會使電源係統的電容器、變壓器等產生附加的發熱,並能引起某些靈敏負載設備的工作異常。

 

  c.功率因數較低

 

  在線性電路中,功率因數等於電壓和電流之間的相角的餘弦(cos↓),通常稱為相移功率因數。在非線性電路中,相移功率因數僅適用於基波功率,對於諧波功率需采用失真功率因數。因為非線性負載的電流是由基波和各次諧波電流組成的,非線性負載功率等於基波和諧波電流產生的功率之和。由於電源電壓本質上是基波電壓(無諧波電壓),故隻有基波電流能夠產生有功功率。而諧波電流隻能產生無功功率,使視在功率增加。諧波電流越大,視在功率越大。而基波電流是由負載功率要求決定的,在一定的負載條件下,基波電流是固定的,因此有功功率是固定的。

 

  非線性電路的總功率因數由相移功率因數與失真功率因數兩部分組成。因此,諧波電流越大,總功率因數越低。低功率因數將使輸入電流增大,不但產生了附加的配電損耗,而且可能引起斷路非正常跳閘、熔斷器非正常熔斷。

 

  值得指出的是,由諧波電流產生的無功率不可能用常規的功率因數校正電容器加以補償。而且諧波電流還有可能引發係統諧振,因為電容器與係統電感的組合可能在某諧波頻率上發生諧振,諧振電流會引起電壓失真,使電容器發熱。

 

  此外,由於雙變換UPS控製方式采用模擬控製,因此容易產生器件參數飄移。

 

  UPS維修|雙變換UPS的優點

 

  該種機型最大的優點就是效率較高,單機成本較低。由於輸入采用晶閘管相控整流,在成本和功耗上相對現在海瑞思t推出的iTrust係列大容量UPS具有一定的優勢,但是後者有良好的輸入特性。

 

  UPS新技術

 

  針對上述傳統雙變換UPS的缺點,世界上各大型UPS廠家均著力開發新一代性能更優越的UPS,如海瑞思t公司最近推向市場的iTrust係列大容量UPS充分考慮了現有客戶需求,在於輸入采用高頻整流技術,輸入功率因素高達0.99以上,輸入諧波電流<3%。另外,整流器與逆變器均采用全數字的控製方案,適應了現代通訊技術的發展要求。輸出依然采用傳統的輸出隔離變壓器,增強了係統的抗*能力,同時大大降低了控製失敗導致的輸出直流電壓對用戶負載的損壞幾率,有效提高了係統的可靠性。

 

  另外,低成本高性能的高頻機也將在一段時間之後成為市場的主流機型。該種機型UPS是在上述未來主流機型基礎上省去了輸出隔離變壓器,大大節省了成本,大約為上述機型的60%,極具市場競爭力。缺點是目前該種技術不夠成熟,可靠性較低。但是,隨著技術水平的提高,可靠性將會大大增強,相信不久的將來,該種機型將成為未來UPS的新型主流機型。

 

  在散熱技術方麵,目前大部分的UPS都采用散熱器風冷散熱,成本較高,而且噪音很大,特別是大功率UPS(容量在60kVA以上),噪音問題尤其突出。為了在散熱問題上有所突破,各大型UPS廠家均投入大量的財力、人力進行研究。目前,MGE推出的新型高頻機所采用的水冷散熱技術具有新的突破,盡管該種散熱技術還不是完全意義上的水冷,但是其成本低、散熱均勻,需要的風扇功率小,有效降低了係統噪聲。

 

本文關鍵字: UPS電源  UPS不間斷電源 
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