APC UPS不間斷電源BK650電腦后備電源
APC UPS電源在線式的電路結(jié)構(gòu)以及特點
目前，在線式APC UPS使用得較為普遍。無論市電正常與否，在線式APC UPS的逆變器始終處于工作狀態(tài)。逆變器具有穩(wěn)壓和調(diào)壓作用，因此在線式APC UPS能對電網(wǎng)供電起到"凈化"作用，同時具有過載保護(hù)功能和較強(qiáng)的抗干擾能力，供電質(zhì)量穩(wěn)定可靠，但其價格較貴。
所謂在線式是指不管電網(wǎng)電壓是否正常，負(fù)載所用的交流電壓都要經(jīng)過逆變電路，即逆變電路始終處于工作狀態(tài)，APC在線式UPS一般為雙變換結(jié)構(gòu)。所謂雙變換是指UPS正常工作時，電能經(jīng)過了AC/DC、DC/AC兩次變換后再供給負(fù)載。
當(dāng)然為了提高系統(tǒng)的可靠性，在線式雙變換APCUPS一般增加了自動旁路電路。小功率采用繼電器轉(zhuǎn)換便能滿足要求，而大功率一般為采用晶閘管(SCR)方式的靜態(tài)開關(guān)，在過載或雙變換電路部分故障時負(fù)載由旁路供電，這是非正常工作狀態(tài)，這種情況出現(xiàn)的概率比電網(wǎng)不正常概率要小得多。功率較大的APC UPS在此基礎(chǔ)上還增加了手動旁路(維 修開關(guān))，用于維修時保證負(fù)載繼續(xù)運行。 目前，在線式UPS使用得較為普遍。無論市電正常與否，在線式UPS的逆變器始終處于工作狀態(tài)。逆變器具有穩(wěn)壓和調(diào)壓作用，因此在線式APC UPS能對電網(wǎng)供電起到"凈化"作用，同時具有過載保護(hù)功能和較強(qiáng)的抗干擾能力，供電質(zhì)量穩(wěn)定可靠，但其價格較貴。在線式APC UPS從根本上完全消除了來自市電的任何電壓波動和干擾對負(fù)載工作的影響，真正實現(xiàn)了對負(fù)載的無干擾、穩(wěn)壓、穩(wěn)頻供電。在線式APC UPS輸出的正弦波的波形失真系數(shù)小。目前，一般市售產(chǎn)品的波形失真系數(shù)均在3%以內(nèi)。
當(dāng)市電供電中斷時，APC UPS的輸出不需要一個開關(guān)轉(zhuǎn)換時間，因此其負(fù)載電能的供應(yīng)是平滑穩(wěn)定的。在線式APC UPS能實現(xiàn)對負(fù)載的真正的不間斷供電，因此從市電供電到市電中斷的過程中，APC UPS對負(fù)載供電的轉(zhuǎn)換時間為零。
APCups電源技術(shù)特點介紹 APC UPS電源大功率的三大新技術(shù)有什么特點！
APC UPS不間斷電源BK650電腦后備電源 APC UPS三相大功率UPS的五大新技術(shù)
三相大功率APC UPS電源主要運行在數(shù)據(jù)中心與關(guān)鍵電源兩種場景,目前在IDC、Colo、金融、電信、醫(yī)療、半導(dǎo)體、石油石化、機(jī)場、軌道交通、電力等各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。經(jīng)過近三十年的市場推廣與實際使用,用戶對工頻機(jī)、高頻機(jī)、固定功率一體機(jī)、模塊化UPS等概念已經(jīng)有了深刻的理解。
近十年來,在大型及超大型數(shù)據(jù)中心、半導(dǎo)體等行業(yè)需求的推動下,三相大功率UPS電源出現(xiàn)了很多新的理念與創(chuàng)新。本文對其中重要的五大新技術(shù)做簡單介紹。 
三種運行模式
一、逆變器優(yōu)先運行模式(雙變換)
工頻機(jī)高頻機(jī)從電氣變換技術(shù)角度來看,都是采用的雙變換在線式技術(shù),即能量經(jīng)過整流器逆變器兩次能量變換后,由逆變器提供電壓精度為1%、諧波含量小于5%的正弦波交流電給負(fù)載供電。這種運行模式也可以稱為:逆變器優(yōu)先運行模式(雙變換)。
逆變器優(yōu)先模式的優(yōu)勢是輸出電壓精度高達(dá)1%。劣勢是由于能量的兩次全轉(zhuǎn)換,在正常15%～60%負(fù)荷下,UPS整機(jī)效率較低僅88%～95%。同時電流每秒鐘都流經(jīng)整流器逆變器的功率器件,元器件疲勞老化嚴(yán)重,壽命降低,導(dǎo)致UPS可用性降低。而可用性才是用戶對UPS的 重要需求。
逆變器優(yōu)先模式(雙變換)本身就是一種低可用性的運行模式。這是這么多年以來才痛苦認(rèn)識到的一個事實。有沒有新的思路?小功率的后備式UPS和在線互動式UPS正常情況下是旁路市電輸出供電,不是也保護(hù)了IT負(fù)荷嗎?
仔細(xì)研究我們會發(fā)現(xiàn)兩點:
1、IT負(fù)荷其實對交流電的要求不高,允許電壓-20%/+10%,頻率40～70Hz,允許中斷時間10～20ms。逆變器優(yōu)先模式最為驕傲的1%輸出精度其實沒有意義。
2、今天市電電網(wǎng)的可用性得到了很大提高,城市10kV電網(wǎng)可用性達(dá)到99.94%。這兩個因素促使我們認(rèn)識到三相中大功率APC UPS其實也可以和小功率APC UPS一樣選擇旁路優(yōu)先運行模式。事實上早在2010年,各廠家三相APC UPS就允許用戶選擇工作在旁路優(yōu)先模式,即ECO模式(經(jīng)濟(jì)模式)。
二、旁路優(yōu)先運行模式(ECO模式)
在正常情況下,APC UPS優(yōu)先運行在靜態(tài)旁路,由市電直接給負(fù)載供電。當(dāng)旁路電壓超出設(shè)定窗口范圍時,會切換到逆變器輸出模式。該模式的優(yōu)勢是效率高達(dá)99%。劣勢是由于市電直供,會產(chǎn)生雙向*,輸入功率因數(shù)輸入諧波電流指標(biāo)較差。更重要的是,當(dāng)旁路故障需要切換回逆變器模式時,會出現(xiàn)4～20ms的切換時間,某些情況下會造成負(fù)載運行中斷,極大地降低了UPS的可用性。
在這種情況下,能否找到一種運行模式,既有高可用性,還能提高運行效率,同時性能指標(biāo)參數(shù)也能滿足負(fù)載要求,就成為各廠家研發(fā)的重要目標(biāo)。
三、 旁路優(yōu)先運行模式(E變換模式)
正常情況下,逆變器與旁路市電并聯(lián)工作,相當(dāng)于有源濾波器,逆變器提供諧波電流和無功功率,旁路市電回路提供基波電流和有功功率。輸出電壓由旁路決定。這種模式的優(yōu)勢是整流器和逆變器的功率器件流過的電流較小,元器件疲勞老化輕微,壽命延長,APC UPS可用性提高。由于逆變器一直在并聯(lián)運行,當(dāng)旁路市電超出窗口范圍時,系統(tǒng)會0ms切換回逆變器工作,不存在切換失敗切換時間長的問題。該種模式效率高達(dá)98.8%,僅次于ECO模式。另外,由于可控制旁路回路只提供基波電流和有功功率,因此輸入功率因數(shù)0.99,輸入諧波電流<5%。 目前主流一線品牌廠家在三相大功率UPS系列上均與E變換技術(shù)類似的運行模式,供用戶選擇使用。 多電平逆變器技術(shù) 工頻機(jī)采用變壓器交流升壓技術(shù)。工頻機(jī)一般配置32只12V電池,浮充狀態(tài)下直流母線電壓432V,較低,只能逆變出160V交流電,只好在逆變器后端采用升壓工頻變壓器,輸出220/380V交流電。逆變器功率器件的承壓為432V,較低,選用800V耐壓值的IGBT即可滿足要求。 高頻機(jī)采用DC/DC直流升壓技術(shù)。高頻機(jī)一般配置40～64只電池,為取消變壓器,保證逆變器可以直接逆變出220V/380V交流電,高頻機(jī)在整流器后增加了一個IGBT的DC/DC升壓環(huán)節(jié),使得兩電平逆變器前端的直流母線電壓達(dá)到800V,這樣逆變器功率器件的承壓為800V,需要選用1500V耐壓值的IGBT才能滿足要求。 通過研究場效應(yīng)管和IGBT等功率器件的失效率曲線,發(fā)現(xiàn)1500V耐壓值的功率器件其失效率數(shù)倍于800V耐壓值的功率器件。這樣,研發(fā)人員意到降低功率器件的承壓從而選擇低耐壓值的功率器件理論上可以提高逆變器的可用性。用戶體驗實踐也證明工頻機(jī)逆變器比兩電平高頻機(jī)的逆變器可用性高。為改善高頻機(jī)的可用性,業(yè)內(nèi)研發(fā)了三電平四電平逆變器。 新型物理架構(gòu)的大功率并機(jī)系統(tǒng) 大型及超大型數(shù)據(jù)中心及半導(dǎo)體行業(yè)的用戶,經(jīng)常會搭建功率為1500kW及以上的APC UPS系統(tǒng),這就需要采用多臺APC UPS并聯(lián)的系統(tǒng)架構(gòu)。并機(jī)電氣架構(gòu)大家都知道有兩種,多臺UPS直接并機(jī),和公用靜態(tài)旁路的多臺APC UPS并機(jī)。
APC UPS不間斷電源BK650電腦后備電源 采用嵌入式網(wǎng)絡(luò)型 控設(shè)備，輕松實現(xiàn)遠(yuǎn)程 控、功能模塊管理；可通過多種傳感器、采集器，實現(xiàn)對機(jī)房內(nèi)各功能模塊的不間斷實時 控；動力環(huán)境智能 控系統(tǒng)能夠適應(yīng)機(jī)房管理人員多途徑管理需求，實時發(fā)出故障信息；提供PPT報表輸出，為機(jī)房管理者提供真實的運維數(shù)據(jù)，減輕工作量；真實3D界面，準(zhǔn)確定位各設(shè)備和傳感器，實現(xiàn)快速響應(yīng)能力。
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蓄電池在APC UPS供電系統(tǒng)中的作用和意義
在APC UPS供電系統(tǒng)中，蓄電池大多采用免維護(hù)蓄電池。蓄電池在APC UPS供電系統(tǒng)中的主要作用就是儲存電能，一旦市電中斷，由電池放電供給逆變器，由逆變器將電池釋放出的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)檎医涣麟姡S持APC UPS電源輸出，確保負(fù)載在一定的時間內(nèi)正常用電。
在市電正常供電時，電池在整流-充電電路中儲存電能，同時對直流電路起到平滑濾波的作用，并在逆變器發(fā)生過載時，起到緩沖器的作用。而在日常工作中，人們往往片面地認(rèn)為蓄電池是免維護(hù)的而不加重視。然而由于對蓄電池的不合理使用，產(chǎn)生了蓄電池的電解液干涸、熱失控、早期容量損失、內(nèi)部短路等問題，進(jìn)而嚴(yán)重影響到供電系統(tǒng)的可靠性。
有資料表明，蓄電池故障而引起APC UPS主機(jī)故障或工作不正常的比例大約為60%。由此可見，加強(qiáng)對APC UPS電池的正確使用與維護(hù)，對延長蓄電池的使用壽命，降低APC UPS供電系統(tǒng)故障率，有著越來越重要的意義。
蓄電池的種類
蓄電池在APC UPS中已得到廣泛的應(yīng)用，其品種繁多，型號齊全，規(guī)格各異，但按其基本性質(zhì)可以分為酸性電池和堿性電池兩大類：
酸性電池：酸性電池的電解液一般是由稀硫酸(H2SO4)或者膠體硫酸構(gòu)成，極板由鉛Pb和過氧化鋁PbO2構(gòu)成，通過化學(xué)反應(yīng)貯存電荷，起到電池儲能的作用。
堿性電池：堿性電池的電解液一般是由氫氧化鉀KOH或者氫氧化鈉NaOH(燒堿)組成。極板由于電池的結(jié)構(gòu)不同而各異。如鎘鎳電池正極板是氫氧化鎳Ni(OH)3，負(fù)極板是鎘Cd;鐵鎳電池的正極板是氫氧化鎳Ni(OH)3，負(fù)極板是鐵Fe;銀鋅電池的正極板是過氧化銀Ag2O3，負(fù)極板是鋅Zn。
鉛酸蓄電池的工作原理
APC UPS、直流電源設(shè)備常用的蓄電池是鉛酸蓄電池。傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池是開口式結(jié)構(gòu)，電池在使用過程中，有氫氣和氧氣以及酸霧逸出，不僅污染環(huán)境還具有危險性，維護(hù)時需要加水、加酸，已逐漸被市場淘汰。現(xiàn)在UPS供電系統(tǒng)中蓄電池大多采用閥控式密封鉛酸(VRLA)蓄電池。閥控式鉛酸蓄電池的主要優(yōu)點是在充電時正極板上產(chǎn)生的氧氣，通過再化合反應(yīng)在負(fù)極板上還原成水，使用時在規(guī)定浮充壽命期內(nèi)不必加水維護(hù)，所以又稱為免維護(hù)鉛酸蓄電池。可見，免維護(hù)只是與普通蓄電池相比，運行中免去了添加純水或蒸餾水，調(diào)整電解液液面的項目，并非免去一切維護(hù)工作。
閥控式密封鉛酸蓄電池的工作原理，基本上沿襲于傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池，其正極活性物質(zhì)是二氧化鉛(PbO2)，負(fù)極活性物質(zhì)是海綿狀鉛(Pb)，電解液是稀硫酸(H2SO4)，其電極反應(yīng)方程式如下：
PbO22H2SO4Pb≒2PbSO42H2O
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