蘇州市APCUPS電源質(zhì)保期
北京鑫源宏宇科技有限公司24小時(shí)UPS蓄電池免費(fèi)咨詢電話:
13716679560 微信:13716679560 QQ:1009314387 張潔
第四代大功率APCUPS電源的技術(shù)——無(wú)變壓器設(shè)計(jì)
1 無(wú)變壓器APCUPS電源的技術(shù)發(fā)展史
自從小功率APC UPS電源問(wèn)世以來(lái),無(wú)變壓器UPS設(shè)計(jì)經(jīng)歷了20余年的發(fā)展。如今30kVA以下的APC UPS電源絕大多數(shù)都是無(wú)變壓器的,這意味著UPS并不一定需要市電頻率(工頻)的磁性部件(變壓器或電感)。這種無(wú)變壓器設(shè)計(jì)的趨勢(shì)在向著大功率段發(fā)展,因?yàn)楣ゎl磁性部件是原材料和勞動(dòng)力密集型工業(yè)產(chǎn)品,而高頻電力電子設(shè)備是技術(shù)密集型產(chǎn)品。一般來(lái)說(shuō),技術(shù)發(fā)展成熟時(shí)可以提高用戶價(jià)值而不必以犧牲可靠性為代價(jià)。一旦實(shí)現(xiàn),技術(shù)密集型的設(shè)計(jì)就成為首選的領(lǐng)先方案,開(kāi)關(guān)電源和個(gè)人電腦的發(fā)展已經(jīng)證明了這一點(diǎn)。
對(duì)于30~200kVA的大功率APC UPS電源,目前廠商已經(jīng)有無(wú)變壓器設(shè)計(jì)的成熟產(chǎn)品。在過(guò)去十年間,大功率的絕緣柵型雙極晶體管(IGBT)已經(jīng)發(fā)展得非常成熟,在大功率段采用10kHz以上的頻率變換而不會(huì)影響效率。另外,一些新的控制技術(shù)使得采用無(wú)變壓器設(shè)計(jì)的UPS進(jìn)一步降低了開(kāi)關(guān)損耗,因而比傳統(tǒng)UPS整體效率更高。功率范圍200~1100kVA的UPS,最大的挑戰(zhàn)是在高電壓下快速通斷大電流,而沒(méi)有過(guò)多的損耗或過(guò)高的峰值電壓。
圖1 傳統(tǒng)UPS與無(wú)變壓器UPS結(jié)構(gòu)示意圖
2 傳統(tǒng)UPS的設(shè)計(jì)原理
傳統(tǒng)UPS與無(wú)變壓器設(shè)計(jì)UPS的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。傳統(tǒng)UPS采用的晶閘管整流器,考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍,三相整流輸出的直流電壓(充電電壓)一般為500Vdc以下。UPS電池組中的電池?cái)?shù)一般為32~35只。當(dāng)電池放電時(shí),直流電壓更低。再通過(guò)IGBT逆變器經(jīng)過(guò)SPWM波形變換后,輸出三相交流電壓只有二百多V。所以需要輸出變壓器進(jìn)行升壓以達(dá)到輸出380V交流電源。
圖2 UPS的典型輸入特性
為了提高效率和性價(jià)比,傳統(tǒng)UPS一般采用6脈波晶閘管整流,這會(huì)產(chǎn)生很大的輸入諧波電流并降低輸入功率因數(shù),這在許多場(chǎng)合是不可接受的,并且與一些發(fā)電機(jī)不兼容。要使諧波THDi低于5%~10%以及功率因數(shù)高于0.99,就需要很大的輸入電感和諧波濾波器。采用這些元件將增加成本、重量和尺寸。另外,它們不能在較寬的負(fù)載范圍內(nèi)降低諧波和提高功率因數(shù),它們通常在60%以上負(fù)載率時(shí)才有效,如圖2所示。在負(fù)載率低于40%時(shí),輸入功率因數(shù)將變?yōu)槌?使得與發(fā)電機(jī)不兼容。輸入功率因數(shù)還隨市電電壓變化,參數(shù)表只是標(biāo)稱值。
為了提高輸入指標(biāo),還可以采用12脈波整流器和輸入濾波器。但這些將增加尺寸、重量和成本,并降低整體效率。在滿載時(shí)輸入指標(biāo)可以達(dá)到THD<5%,PF>0.95,但在半載或更低負(fù)載時(shí)輸入指標(biāo)將嚴(yán)重惡化。各種UPS在不同負(fù)載時(shí)的輸入諧波含量如表1所示。
對(duì)于輸入諧波,其影響的嚴(yán)重程度取決于特殊的應(yīng)用和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。例如,一個(gè)10%失真的設(shè)備在低頻時(shí)引起的電壓失真比高頻時(shí)要小。沒(méi)有合適的輸入濾波器,晶閘管(SCR)關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的快速di/dt(電流尖峰)將引起嚴(yán)重的線路電壓凹陷,進(jìn)而影響電網(wǎng)上的鄰近設(shè)備。
圖3 6脈波晶閘管整流器輸入電流波形
典型的6脈波晶閘管整流器的輸入電流波形如圖3所示(示波器實(shí)拍)。通過(guò)輸入電感限制di/dt,輸入諧波THD>30%。
3 無(wú)變壓器UPS的設(shè)計(jì)特點(diǎn)
無(wú)變壓器UPS設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn),是因?yàn)椴捎昧薎GBT整流器。由于采用了PWM控制技術(shù),可以使整流器產(chǎn)生升壓輸出(Boost),不同的PWM控制方法將獲得不同的輸出直流電壓。目前常用的控制算法有正弦波PWM和空間矢量PWM。適當(dāng)?shù)闹绷鞲邏和ㄟ^(guò)逆變器可以直接輸出380V交流電壓,而不再需要變壓器升壓。
圖4 無(wú)變壓器UPS的典型輸入特性
圖5 無(wú)變壓器UPS典型輸入和輸出波形
無(wú)變壓器設(shè)計(jì)的IGBT整流器在10%~100%的負(fù)載范圍內(nèi)保持了高功率因數(shù)和低輸入諧波,如圖4所示。它與發(fā)電機(jī)高度兼容,從而避免了發(fā)電機(jī)選擇的超容量要求。IGBT整流器的優(yōu)秀輸入特性在整個(gè)輸入電壓工作范圍內(nèi)都保持不變,如圖5所示。
無(wú)變壓器設(shè)計(jì)的UPS中IGBT的開(kāi)關(guān)頻率越高,所使用的濾波器電感越小,響應(yīng)時(shí)間越快,波形越好。目前IGBT的開(kāi)關(guān)頻率已經(jīng)達(dá)到10kHz以上。
圖6 無(wú)變壓器UPS電力傳輸電路
圖6所示為無(wú)變壓器UPS的電力傳輸電路。無(wú)需輸出變壓器,通過(guò)新型的4橋臂逆變器而產(chǎn)生輸出中線和三相電壓。UPS在線工作時(shí)整流輸入只需要三個(gè)相線,但旁路工作時(shí)中線必須連接。在傳統(tǒng)的UPS結(jié)構(gòu)中,通常用△/Y變壓器來(lái)產(chǎn)生輸出中線。
4 無(wú)變壓器UPS的電池管理特點(diǎn)
可以使用半橋轉(zhuǎn)換器使電池電壓與直流母線電壓獨(dú)立,并適應(yīng)更廣的電池電壓范圍(例如192~240個(gè)單體)。此轉(zhuǎn)換器還能使電池置于開(kāi)路狀態(tài)以避免長(zhǎng)期浮充電壓的直流脈動(dòng)電流和加速老化(特別是在高溫場(chǎng)合)。由于具有這一特點(diǎn),ABM技術(shù)和其他充電技術(shù)被用來(lái)有效地延長(zhǎng)電池壽命。ABM技術(shù)是多數(shù)大功率UPS所采用的電池充電設(shè)計(jì)。
圖7 傳統(tǒng)UPS與無(wú)變壓器UPS結(jié)構(gòu)對(duì)比 圖8 無(wú)變壓器UPS電感示意圖
IGBT整流器從電網(wǎng)吸取能量,輸入功率因數(shù)PF>0.99,逆變器提供輸出電流,可以支持90%額定容量的負(fù)載功率,同時(shí)給電池充電。當(dāng)電網(wǎng)電壓降低時(shí),電池充電將暫停以保證負(fù)載輸出。當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)時(shí),電池也恢復(fù)快速充電。
在輸入端采用較小的電感電容(LC)低通濾波器,即能濾除明顯的di/dt變化而不會(huì)*電網(wǎng)電壓,這與逆變器輸出端的LC濾波器相同。
5 傳統(tǒng)UPS的元件和無(wú)變壓器UPS的元件對(duì)比
無(wú)變壓器UPS可以取消的元件,如圖7所示,稱為傳統(tǒng)UPS的“磁性套件”。它包括輸出變壓器、輸入電感、DC母線電抗器、輸出濾波器電感和輸入諧波濾波器電感。它們不但十分沉重,而且體積巨大,和旁邊的無(wú)變壓器UPS的部件相比差別十分明顯。
無(wú)變壓器UPS中的電感焊接在印刷電路板(PCB)上或者安裝在鋁質(zhì)U形支架上,其體積、重量和成本都比原來(lái)小得多,使用鐵氧體磁芯以及雙層的線包繞組即可滿足要求,散熱也方便,如圖8所示。
產(chǎn)品詳細(xì)介紹
|
SYBT9-B4(物理指標(biāo))
|
運(yùn)輸長(zhǎng)度 810.00毫米
|
|
|
電池型號(hào)
|
|
電池安裝
|
--
|
安放電池
|
內(nèi)部電池
|
每條中的電池塊數(shù)
|
4
|
工作相對(duì)濕度
|
0 - 95%
|
作業(yè)高程
|
0-999.9米
|
存儲(chǔ)溫度
|
-15 - 45℃
|
存儲(chǔ)相對(duì)濕度
|
0 - 95%
|
貯藏高程
|
0-15000米
|
熱插拔電池
|
在更換電池的整個(gè)過(guò)程中,確保干凈、不間斷電源以保護(hù)設(shè)備
|
并聯(lián)電池模塊
|
通過(guò)冗余電池提供更高的可用性
|
智能電池管理
|
通過(guò)智能、精確的充電技術(shù)獲得最佳的電池性能、壽命和可靠性。
|
不用工具更換電池
|
可迅速便捷地更換電池
|
|
蘇州市APCUPS電源質(zhì)保期
企業(yè)機(jī)房電源就選APC UPS電源
企業(yè)機(jī)房數(shù)據(jù)庫(kù);是基于高穩(wěn)定、高帶寬的電信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),主要向企業(yè)用戶提供服務(wù)器托管為主的綜合服務(wù)業(yè)務(wù)。由于IDC和多媒體(MDC)數(shù)據(jù)中心是高速互聯(lián)網(wǎng)調(diào)控中心,因此對(duì)用戶在進(jìn)行信息資源的遠(yuǎn)程處理、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)送的時(shí)效性要求極高,僅是幾秒鐘的停機(jī)也會(huì)給整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的安全運(yùn)行和用戶的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)帶來(lái)無(wú)法估量的損失。
IDC的電源應(yīng)用對(duì)UPS電源的需求具有以下特點(diǎn):
1.負(fù)載數(shù)量龐大,功率需求巨大,往往在單個(gè)層面的功率需求達(dá)到數(shù)百kVA甚至上千kVA。
2.對(duì)電源的可靠性要求高,在任何情況下都必須保證連續(xù)供電。
3.UPS的配置方式多采用冗余方式。
4.負(fù)載以機(jī)柜進(jìn)行劃分,UPS輸出的配電分配復(fù)雜。
5.UPS供電系統(tǒng)應(yīng)易于管理,需要完善的監(jiān)控能力。
需求分析:
根據(jù)整體IDC機(jī)房的要求,滿足穩(wěn)定可靠的供電要求,需要解決如下問(wèn)題:
1. 空間布局及環(huán)境要求
根據(jù)機(jī)房的空間來(lái)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的布局及環(huán)境提出總體要求。
2. 系統(tǒng)配電要求
提供穩(wěn)定可靠的供電方案。
3. 如何解決散熱問(wèn)題
根據(jù)整個(gè)機(jī)房負(fù)載的總功率及電源的總功率計(jì)算出負(fù)載的機(jī)房所需的制冷量及制冷方式。
4. 油機(jī)與UPS電源的搭配
油機(jī)如何與UPS搭配,確保市電故障時(shí),能夠正常轉(zhuǎn)由油機(jī)供電。
5. UPS冗余系統(tǒng)設(shè)計(jì)
UPS具有多種解決方案,采用哪種方案更加可靠。
6. 集中監(jiān)控
為了滿足對(duì)IDC機(jī)房實(shí)現(xiàn)無(wú)人或少人值守管理和遠(yuǎn)程集中監(jiān)控的需求,提高機(jī)房整體解決方案的可靠性,需增加集中監(jiān)控系統(tǒng)。

3 種保護(hù)模式(L-N: L-G: N-G)
當(dāng)一種保護(hù)模式因浪涌而受到損壞時(shí),其他保護(hù)模式可繼續(xù)發(fā)揮保護(hù)作用。
LED狀態(tài)指示燈
當(dāng)浪涌抑制電路被嚴(yán)重的尖峰或浪涌損壞時(shí)每一相的LED狀態(tài)指示燈以及聲音報(bào)警能夠提供即時(shí)的故障通知。
可復(fù)位線路開(kāi)關(guān)
不用更換保險(xiǎn)絲即可簡(jiǎn)便的從過(guò)載中恢復(fù)過(guò)來(lái)。
變壓器間距
連接大體積變壓器插頭時(shí)不必掩蓋其它輸出端口。
直角插頭
插頭上的角度使設(shè)備和家具擺放時(shí)比使用標(biāo)準(zhǔn)電源線時(shí)更加靠近墻壁。也減小了線路所承受的壓力。
SurgeArrest Home/Office 性能與優(yōu)勢(shì)
雷擊及浪涌保護(hù)
為了防止由于電力浪涌和尖峰而使設(shè)備遭受損壞。
IEEE允許的等級(jí)和監(jiān)管機(jī)構(gòu)的規(guī)定
APC 的浪涌保護(hù)器經(jīng)過(guò)了 IEEE 的嚴(yán)格測(cè)試,獲得“通過(guò)額定值”,表示在浪涌和電壓尖峰脈沖通過(guò)浪涌保護(hù)器后可以到達(dá)設(shè)備的最高電壓電平。IEEE 的通過(guò)額定值越低,表明保護(hù)能力和性能越好。APC 的 Essential SurgeArrest 系列產(chǎn)品可提供最佳性能,對(duì)于在北美地區(qū)使用的產(chǎn)品,允許通過(guò)額定值低于 330 伏,對(duì)于在世界其他地區(qū)銷售的產(chǎn)品,允許通過(guò)額定值低于 15%。所有 APC 產(chǎn)品都符合本地代理商的安全要求,包括在北美地區(qū)使用的 UL 以及在他們各自所在地區(qū)使用的 CE/Kema/Gost/C-tick/A-Tick/Telepermit。
數(shù)據(jù)線保護(hù)
對(duì)于數(shù)據(jù)線(包括以太網(wǎng)、同軸電纜和電話線)的保護(hù)確保了全面保護(hù)您的設(shè)備免受浪涌的影響。保護(hù)您的設(shè)備免于遭受通過(guò)數(shù)據(jù)線傳入的后門(mén)電涌的影響是非常重要的,這是因?yàn)樗鼈兛梢韵裢ㄟ^(guò)電力線傳入的浪涌一樣對(duì)您的設(shè)備產(chǎn)生破壞性。
噪音濾除
電涌保護(hù)器削弱了 EMI/RFI 線路的噪聲,這種噪聲能夠引起數(shù)據(jù)錯(cuò)誤和鍵盤(pán)死鎖,因此確保能夠更好的完成對(duì)設(shè)備的保護(hù)。
災(zāi)難性事故保護(hù)
浪涌保護(hù)插座的元件,像 MOVs 和熱熔斷保險(xiǎn)絲確保了負(fù)載不受損害。即使某個(gè)元件因功率尖峰或過(guò)電壓而損壞,剩余功率也不會(huì)到達(dá)您的設(shè)備。與 APC 浪涌保護(hù)插座不同,絕大多數(shù)其他品牌的浪涌抑制器在電路被損壞的情況下仍然允許功率通過(guò),使您的設(shè)備受到浪涌的損害。。
失效安全模式
其它的絕大多數(shù)涌浪抑制器在電路被損壞的情況下仍然允許功率通過(guò),使得您的設(shè)備暴露于其它的電涌之下。APC SurgeArrest (電涌捕獲器)故障安全,指的是一旦因 APC SurgeArrest 的電路危害到設(shè)備而被從供電中斷開(kāi)連接時(shí),不會(huì)讓有危害的電涌進(jìn)入您的設(shè)備。
過(guò)載指示
當(dāng)連接設(shè)備輸入功率高于保護(hù)器的限量,指示燈會(huì)亮起。補(bǔ)救辦法是拔出不太重要的設(shè)備。
插座沖擊防火檔板
快門(mén)保護(hù)用戶免于因同電源插座的意外接觸而造成的傷害。
電話線分離器
允許同時(shí)使用兩件設(shè)備,比如調(diào)制解調(diào)器 (modem) 和電話線。
180 繞軸線固定器
可旋轉(zhuǎn) 180 度且可消除應(yīng)變的電線使 SurgeArrest 的定位和電源線的布線具有很好的靈活性。
變壓器間距
連接大體積變壓器插頭時(shí)不必掩蓋其它輸出端口。
建筑配線故障指示器
此 LED 將墻壁電路中潛在的危險(xiǎn)線路問(wèn)題通知給用戶。
保護(hù)操作指示器
如果電路已被嚴(yán)重雷擊或浪涌損壞,該產(chǎn)品不能提供 100% 的保護(hù),它會(huì)向您發(fā)出警報(bào)。如果還在保修期內(nèi),APC 將為您免費(fèi)更換損壞的產(chǎn)品。