UPS高频机与工频机技术与性能之争中的若干概念问题
|
副标题[/!--empirenews.page--]
UPS设备IGBT整流技术的成熟和无输出变压器产品(高频机)推向市场,已经历了20多年,在与传统双变换可控整流技术UPS(工频机)争夺市场的漫长过程中,始终存在着技术和性能的概念之争。本文总结了在争论中出现的,并长期影响市场走向的14个概念,及其产生和存在的原因。为有力地推动性能更优越的高频机UPS在数据中心中的推广和应用,认真地分析并对错误概念做科学的探讨是非常必要的。 UPS去掉输出变压器是技术的进步 UPS技术和产品产生于60年前,60年来,随着功率半导体器件和电力电子技术的进步,UPS设备经历了由带多个输出工频变压器到单个输出工频变压器再到去掉输出变压器的演变过程,如图1所示。
性能更好的大功率IGBT器件和更先进的控制技术的出现,为UPS设备从根本去掉输出隔离变压器创造了物质条件,使其在高频化、小型化、节能化和绿色环保化方面取得了长足的进展,这就是人们所说的“高频机”。这种机型集中体现了UPS电路技术的进步,代表着UPS技术的发展方向。 高频机UPS的性能优势可概括为以下五个方面: 1、高输入功率因数,低输入电流失真度,输入功率因数高达99%,输入谐波含量小于3%; 2、工作效率提高3%,可达到95%; 3、重量轻、体积小,功率密度(kW/m2)比工频机提高40%左右;占地面积(m2)比工频机减少25%左右,重量比工频机减少50%～80%； 4、成本低,整机去掉输出隔离变压器、输入12脉冲移相变压器、5次或11次无源滤波器; 5、对电性能指标的改进,输入电压范围更宽,三相负载不平衡的适应能力强,输出动态性能好。 工频机UPS输出变压器的功能 了解传统UPS输出隔离变压器的功能是非常重要的,因为只有当用电路措施能够完全实现它的功能时,才有可能在新一代设备中替代并取消它。 应该说,这个变压器是工频机全桥逆变器不可分离的构成部分。 1、输出变压器的功能:升压和产生三相四线输出的零线。 (1)为单相负载/三相负载提供所需的零线 带输出变压器的UPS的DC/AC逆变器通常是由全桥电路组成,如图2所示。输出端必须加变压器,否则就完不成输出单相或三相四线交流电压的功能。所以此变压器应视为产生输出零线的变压器。
(2)对输出电压的匹配作用 传统大中型UPS主回路结构采用可控硅整流将输入的交流电整流为直流电,电池直接(或经过DC/DC变换)挂在直流母线上。当输入市电正常时,靠可控硅整流电路的调节为桥式逆变器供电。从系统结构可以看出,从整流输入到逆变输出的过程中,每个环节都是降压环节:可控硅整流要“斩掉”一部分输入电压,其输出电压恒定的代价是输出电压恒定在低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,逆变器采用脉宽调制(PWM)方法逆变出正弦交流电,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逆变器中,输出变压器起着电压匹配和提升的作用,将逆变器输出的电压升到合理的范围。工频机输出变压器设计参数如图3所示。
根据参考文献[1]的分析,输出变压器的实际升压比应该是1∶1.8左右。 2、在系统中,工频机UPS输出变压器没有隔离功能 在UPS供电系统中,UPS设备的一个至关重要的功能是当输出过载或者UPS逆变器故障时,自动转静态旁路供电。另外,在系统中还设置了维护旁路,当UPS需要维护时可手动转维护旁路向负载供电。执行这两个操作时,都是由旁路输入三相四线电压直接向负载供电,所以系统的零线要与负载端的零线必须短接在一起。这就决定了带输出变压器的UPS的变压器次级新产生的零线也必须连接到输入电源系统的零线上,如图4所示。也就是说,UPS机内的变压器没有系统隔离的功能。
如果一定赋予输出变压器具备系统隔离功能,就需要把变压器输出零线(也是UPS三线输出零线)直接接系统地,如图5所示。其后果是,系统正常工作时,单相IT负载工作电流通过系统零线到系统接地极,然后通过系统地线回到输出变压器零线,结果是地线中有100%的工作电流流过,系统地电位浮动,造成的地线压差比零线二次接地(零线地线并联)还要大4倍(零线地线串联),严重影响IT系统运行的稳定性和安全性。
（编辑：辽源站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
