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工业型UPS与高频UPS.doc

工业型UPS与高频UPS

我的-745
2017-11-15 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《工业型UPS与高频UPSdoc》,可适用于工程科技领域

工业型UPS与高频UPSUPSUPS()一、工频UPS工作原理存在的优越性工频UPS用数字信号处理技术确保测量数据快速、灵活从而产生快速的控制变量确保对充电器及逆变的实时控制。工频UPS比高频UPS具有更强大的短路保护能力及更强大的过载能力。由于中国市电环境的极不稳定和易受到一些外部情况的干扰所以对短路保护能力及过载能力的要求也更高。采用工频UPS将极大地提高负载设备的安全性与稳定性。二、工频UPS硬件配置存在的优越性.从技术上工频UPS比高频UPS多增加了输入和输出变压器()工频UPS独有标配的输入输出变压器使电流隔离免受输入干扰。在工业环境中有些外部设备存在大的干扰输入如泵、发动机等等。这些干扰容易造成电流波动影响负载的安全因此电流隔离对于这些领域尤为重要。()高频UPS为了降低产品成本则不含这些组件相应的电流稳定性就不如工频UPS。.工频UPS设备零部件设计的优越性()工频UPS的零部件可根据客户的规格和需要设计每个零部件都能承受较高的额定功率且具有较长的寿命旨在确保用户设备操作过程的安全与持久。()高频UPS在设计上旨在降低成本所以其零部件仅符合最低的额定功率要求。.对工业的苛刻环境有极强的适应性工频UPS主要设计在苛刻的工业环境下使用防护等级达到了IP而高频UPS不具备这种适应能力。()工频UPS设计的定位就是在工业环境中工作如石化、电力、交通运输行业等等。应用于各种苛刻的工业环境防止外部环境干扰如高温、高湿、粉尘、震动、腐蚀、爆炸危险型气体及一些无法预测的环境。()工频UPS可适应高温环境~相对湿度~防尘、防雨水。诸如中国海洋石油公司中国石化公司这样规模的大公司选择使用的工频UPS产品就是因为它具备高可靠的苛刻工业室外环境适应能力。()高频UPS不是专为工业环境设计所以只能安装在清洁的、较安全的、可预测的环境中。如安装于空调房、低温、无尘等环境。.工频UPS设备寿命的优越性工频UPS设计寿命超过年而高频UPS设计寿命为~年。()根据工频UPS销售经验许多设备都能正常工作年以上的时间。()工频UPS的设计方向就是延长系统持续工作的寿命以符合需要长寿命保障的一些应用领域如石化厂或电站。所以即便是工频UPS早期的投入较高频UPS大但在年以上的时间内其产品都无需要更换设备而且备品备件在停产后的后备储存期也相对的比高频UPS长很多。()高频UPS设计寿命仅为~年年后设备就需要更换。而且备品备件的储备也极其有限。.方便的前端维护工频UPS系统自行维护时间很长而高频UPS系统自行维护时间较短。()工频UPS设计有方便的前端维护并可在系统停产后长时间的提供备品备件方便维护。且工频UPS使用和维护服务期都超过年。()高频UPS的购买、使用及更换时间相对较短。三、工频UPS输出的电源质量存在的优越性.工频UPS独有的输入输出变压器。使电流隔离免受输入干扰的同时也将提高最终电源输出的质量。在像石化领域一类的恶劣工业环境中输出电源质量的优劣将直接影响整个工厂设备、人员的安全性及生产能力。.商务型的UPS并不具备上述组件所以也不具备如此强大的功能。四、工频UPS过载切换存在的优越性.强大的过载能力工频UPS设计有强大的过载能力。当设备过载时由于其具有的过载能力强所以UPS切换至旁路运行的可能性很小。这将大大增加系统的安全性。因为当切换至旁路运行时同则意味着负载不再由逆变器或蓄电池供电。高频UPS的过载能力相对工频UPS较低当发生意外过载时容易由UPS切换至旁路运行这将会把系统置于一个极不稳定的状态增加了旁路开关因瞬时过载而跳闸的可能性影响了系统的安全性。UPS按设计电路工作频率来分可分为工频机和高频机。工频机是以传统的模拟电路原理来设计机器内部电力器件(如变压器、电感、电容器等)都较大一般在带载较大运行时存在较小噪声但该机型在恶劣的电网环境条件中耐抗性能较强可靠性及稳定性均比高频机强。而高频机是以微处理器(CPU蕊片)作为处理控制中心是将繁杂的硬件模拟电路烧录于微处理器中以软件程序的方式来控制UPS的运行。因此体积大大缩小重量大大降低制造成本低售价相对低。高频机逆变频率一般在KHZ以上。但高频机在恶劣的电网及环境条件下耐受能力差较适用于电网比较稳定及灰尘较少、温湿度合适的环境。高频机与工频机比较而言:尺寸小、重量轻、运行效率高(运行成本低)、噪音低适合于办公场所性价比高(同等功率下价格低)对空间、环境影响小相对而言高频UPS对复印机、激光打印机和电动机引起的冲击(SPIKE)和暂态响应(TRANSIENT)易受影响由于工频机的变压器把市电与负载隔离对市电恶劣的环境下工频机比高频机能提供更安全和可靠的保护在某些场合如医疗等要求UPS有隔离装置因此对工业、医疗、交通等应用工频机是较好的选择。两者的选择要根据客户的不同、安装环境、负载情况等条件权衡考虑。)输入输出变压器尺寸大)用于消除高次谐波的输出滤波器尺寸大)变压器和电感产生音频噪声)对负载和市电变化的动态响应性能较差。)效率低)输入无功率因数矫正对电网污染较严重)成本高特别对于小容量机型无法与高频机相比。高频机不可靠是站不住脚的世界知名UPS厂商在技术选型和将来发展趋势上都是以高频为绝对主力方向KVA及以下的机器都以高频机为主这与高频机负载动态响应速度快能量密度高体积小噪声小价格低(特别是小机)有很大关系特别是高频机可以作到输入有源功率因数矫正真正代表将来绿色电源的发展趋势。凡是对高频机可靠性提出质疑的可以肯定是国内的杂牌小UPS厂商。他们本身技术力量有限测试设备不足。因此在开发高频机的过程中受开发水平的限制无法完善机身性能从而只能在引进年代末台湾厂商的技术的基础上完善工频机。工频机向高频机的发展很重要的一点是高频开关控制的抗干扰问题而这个问题已随着AvansysHuawei安圣/山特华为使用DSP全数字控制技术而得到解决。随着UPS技术的不断发展很多计算机、电力电子领域的新技术、新理念引入到UPS行业。与IT行业的其他产品类似现在的UPS与从前的产品相比较无论在主要性能上、外观尺寸上、对现场环境的适应性及可靠性方面都有了显著的进步有些指标甚至是质的飞跃对于大中型UPS来说更是如此。IGBT逆变器升压变压器新型全IGBTUPS结构(高频机)如下基本结构:不控整流DCDC倍压环节独立充电器逆变器从图中可以看出工频机与高频机的概念主要是对整流部分而言工频机是可控整流传统技术最好可做到拍整流而高频机的整流是二极管不控整流IGBT的高频直流升压环节。对逆变器而言都是IGBT的SPWM高频逆变工作方式(除早期的可控硅逆变工作模式UPS目前已经淘汰)。另外工频机的输出变压器必不可少由于其整流逆变等环节均为降压环节因此在输出侧必须有升压变压器作为电压的调整。而高频机由于具有DCDC升压环节其输出侧不必要加升压环节(升压变压器)对于需要加装隔离变压器的现场高频机也可按照要求加装隔离变压器选件其作用也由原来的必要配置转变为可选配置。UPS的电气结构所以发生了更新变化主要是由于元器件的发展IGBT作为UPS的主要功率元件技术更加成熟无论从容量、结构、或是可靠性都大大地提高了加之UPS数字化程度地不断深入促成了新一代大中型UPS的主流结构由原来的工频机转向高频机(正如当年可控硅逆变器被大功率晶体管GTR取代之后又被IGBT逆变器取代一样)。UPS电气结构的更新最直接的效果就是UPS主机体积的缩小重量的下降而更重要的是电气性能的提高。下面具体分析两种结构UPS的电气原理及电气性能:早期大中型UPS主回路结构采用可控硅整流将输入的交流电整为直流电池直接挂在直流母线上当输入市电正常时靠整流可控硅的调节对电池充电同时为GTR或IGBT结构的桥式逆变器供电逆变器将直流逆变为交流最后经过输出变压器的升压及滤波提供纯正的交流输出。从其结构中可以看出从整流(从交流变为直流)到逆变(在从直流变为交流)的过程中每个环节都是将压环节:可控硅整流是为了提供恒定的直流电压而采取的一种整流方式(可通过可控整流的导通角调整来适应输入电压变化确保输入交流电压变化时整流输出直流电压的恒定)由于可控硅整流只能斩掉一部分输入电所以其恒定输出电压的代价是将输出电压恒定在底于全波整流输出电压的某个数值上。而逆变环节同样是一个降压环节从可控整流输入来的直流电在通过逆变器逆变出交流的过程中同样采用的是斩波的做法其结果同样是输出电压等级的再次降低。正是由于上述的原因在此种结构的UPS中必须在输出测加入升压变压器将逆变输出的较低恒定电压升致合理的输出范围最终提供了恒定的V输出。目前较为先进的UPS主回路结构采用不控整流加升压环节将交流输入通过整流桥全波整流为直流后采用IGBT元件组成的DCDC电路直流升压到一个较高的恒定直流电压(与可控硅整流的效果相反通过这种IGBT整流可以得到一个高于全波整流输出电压的恒定直流电。并将其作为直流母线为电池充电电路(充电电路也采用IGBT充电技术可实现电池直接挂母线方式所无法作到的充电效果)及逆变输出部分提供电能。由于直流母线电压足够高经过IGBT高频逆变调整后可直接得到恒定的逆变输出电压。此时无须在加一个升压环节完全可以省掉输出升压变压器。在上述的两种UPS结构中后者在所有功率环节均采用了IGBT技术因此此种结构的UPS又为全IGBTUPS。由于数字技术的引入大大提高了IGBT元件的开关频率与前者相比在很多方面具有显著的优势:可控硅整流的最大缺点就是对电网的干扰问题由于输入斩波产生的回溃污染通常只能采用附加的输入功率因数补偿环节如有源滤波器等。不但增加了购买UPS的费用同时效果也不理想无形中又增加了一个故障点。而新型的全IGBT整流可轻易地将功率因数提高到接近。从根本上解决了对电网回溃干扰的问题。由于从前的UPS采用GTR作为逆变输出功率元件因此其开关特性较差即使采用了IGBT元件由于控制上没有相应的改善其开关频率也较低因此输出波形不很平滑或需要变压器等大电感元件平波。而目前的UPS数字化控制逆变输出的开关频率非常高因此输出波形平滑无须较大的电感元件更可省掉变压器。在充电环节上全IGBTUPS具有更明显的优势。早期UPS采用电池直接挂直流母线的做法电池的充电电压只能通过可控硅整流控制只能作到恒压限流的传统充电方式而且充电参数几乎不可改变。而实际上UPS电池的配置是灵活多样的对不同容量的电池采取同样的充电参数显然会对电池延寿不利。而采用全IGBT技术的UPS在直流母线上引出的直流电经过IGBT斩波控制可实现对电池的精确充电并可通过数字化控制细化参数设置作到为每种配置的电池指定最适合的充电方案达到延长寿命的目的。四通的ABM电池管理技术就是在全IGBT结构的硬件基础上通过合理的程序控制实现的。变压器在全IGBT技术UPS中作为可选配置为一些有特殊要求的用户配置。其功能也主要是适应现场特殊电力状况例如现场输入电为三相角形输入时采用输入角星变压器可使UPS在角型输入的现场得以应用再如现场要求UPS必须为单相输出且功率数较高时(一般容量大于KVA时UPS很少有单相输出的标准形式都采用三相输出形式)可采用输出的三相单相变压器提供供电形式转换满足用电要求。还有一些用电场合要求输入电与输出电的全隔离可在UPS输出一测配置隔离变压器可有效抑制共模躁声。但需要注意的是采用可控整流的UPS虽然标准配置具有变压器但其隔离效果不一定完善主要是隔离变压器的位置应加在UPS旁路输出与逆变输出的公共输出测才可完全作到输入与输出的电气隔离而可控硅整流UPS的输出升压变压器只是提升逆变输出的电压而对旁路输出不起作用(除非具有双隔离变压器将逆变输出与旁路输入同UPS输出隔离开来)。

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