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      1. 新聞動態

        高頻UPS電源的可靠性

        作者:admin發布::2014-04-07

        高頻UPS電源的可靠性;目前已進入高頻UPS電源逐步代替工頻UPS電源的年代,圖片對于220V轉電壓直流電源,絕大多數情況下,高頻電源就有更多的優勢(高效率,小體積),是完全可以替代的。只有在對電源紋波要求非??量痰囊恍┚軠y量儀器,原有的工頻電源是不能隨意用工頻電源取代的,所以替代的過程并不是一帆風順。人們使用了幾十年的工頻UPS電源,已經熟悉了這種電源形式,突然要換機型還不能一下子適應,所以對那些為工頻UPS電源的贊歌聽著比較順耳,同時對高頻UPS電源的一些指責也容易接受,就這樣一拍即合。豈不知在一定程度上損害了用戶的利益,也有勃于當今的國策。

              常常會聽到這樣的說法:高頻UPS電源是好東西,但由于我們的系統非常重要,要求供電圖片的可靠性非常高,所以還是用工頻UPS電源可靠。言下之意,高頻UPS電源不可靠。豈不知可靠性是設計出來的,即一臺機器的可靠性如何取決于采用了哪一級可靠性標準。舉一個簡單的例子,一個UPS中常用的120?120的軸流風機,有十幾元一只的,也有上百元一只的,價格差了近10倍,哪一個可靠性高呢?不言而喻,當然是上百元一只的可靠性高。

              當然用戶對高頻UPS電源的這種擔心不是沒根據,其根據就是來自某些方面的誤導宣傳。甚至有的將這些宣傳材料上升為“高頻機結構UPS的致命弱點”。雖然問題的提出者只是少數,但影響頗大,在網上粘來粘去,就好像寫此文章的人很多,確實影響了不少用戶,甚至有些技術人員也受了傳染?! ∧壳按蠊β蔝PS的調制頻率大都在15 kHz 以下,比如10kHz 就是每半周100個脈沖,每個脈沖的寬度0?s ? T?100?s  出現過流或短路時IGBT可在任何一點隨時關斷。既然可以隨時關斷又何必將過載時間做的那么長。據說:由于高頻UPS電源機構至今還沒找到大磁通量的材料,以致使其“升壓電感”溫度過高,使可靠性降低。甚至還斷言:正因為如此(指沒找到大磁通量的材料),導致UPS產業遲遲未能制造出可靠性足夠高的大功率高頻UPS電源。

          他的原意說的是“升壓電感”的質量問題,為了提高該電感的可靠性所提出的材料指標卻又是變壓器的。這個基本概念問題把人們搞糊涂了:到底說的是電感還是變壓器?因為這二者所選材料的主要參數是完全不一樣的,變壓器需要大磁通量的材料,這從變壓器繞組計算公式可以看出:

        圖片
        全IGBT結構UPS的一種電原理圖

          料就是無的放矢了??磥泶颂幋_實指的是電感L1、L2和L3,如圖2所示。但電感的計算公式和變壓器就不一樣了,如式(2)所示

        圖片

          從該式可以看出,這里就沒有磁通量B這個參數,和電感鐵心有關的是相對導磁率?r。相對導磁率越大,電感量就越大。目前大相對導磁率的材料很多,不過用得最多的還是鐵氧體,俗稱鐵凎氧。

          另一個基本概念就是電感溫度高的問題,做過電路設計的人都知道,電感的溫度高低在設計和試驗中是可以控制的,而且解決這個問題也輕而易舉,一般說只要將繞組的線徑取大一些,鐵心取大一些就可以了,對經常搞電路的人是一個基本常識,是不言而喻的。它怎么能影響作出大功率的UPS整機呢。

          再說,目前已有好多廠家做出了500kVA的高頻UPS電源,甚至還有的廠家做出了1200kVA的高頻UPS電源,難道還不算大功率!有些制造商一時還做不出可靠性足夠高的大功率高頻UPS電源絕不是因為“至今還沒找到大磁通量的材料”緣故,這里有好多個技術問題。而且不能說一兩個廠家暫且還做不到這一點就說是整個“UPS產業”,這樣說就太武斷了。自己做不出來,要努力,或收購具有這種能力的公司,后來者居上嘛,站在那里抱怨和無中生有的指責又有何用。

          如果將以上這些似是而非且由于自身概念不清的問題也說成是“致命弱點”并硬扣在高頻機型UPS頭上,好像不太合適。主要是由于認識上的誤區,使以上這兩個“論點”都沒選合適。

         有的認為:高頻UPS電源存在“零偏故障隱患”這個問題就是所謂的另一個“致命弱點”。意思是說高頻UPS電源會產生一種“在其它UPS機型上不會出現”的這種現象。這個觀點是說:在上游交流電源(比如“輸入1”到后備發電機“輸入2”)經ATS切換時,UPS輸出就會形成8ms以上的輸出電壓閃斷,如圖3(b)所示。據說這可導致數據中心機房長達幾十分鐘到幾小時的癱瘓事故。原因是雙電

        圖片
        圖3  高頻UPS電源逆變器原理電路圖(一)

          源?400V的中點電位在“UPS運行中一旦遇到輸入電源N線上出現瞬態的、單極性的直流偏置電壓時,就會導致輸入到逆變器輸入端上”,就會導致逆變器“瞬間DC過壓”和“瞬間DC欠壓”,就會產生這種“瞬態直流偏置”故障。

          在交流電路中會出現“單極性的直流偏置電壓”,所謂單極性,顧名思義,不是正極性就是負極性。這個直流偏置電壓是什么?是如何形成的?問題提出者沒有說清楚。這里的意思就是說:在上游ATS切換時,由于輸入整流升壓環節瞬間斷電,則這段零線N上的電流也中斷,如圖3(a)所示,從互投柜到UPS之間的零線(虛線N)線段,就會在這段線中激起反電勢 e,即:

        圖片

          即在ATS切換時零線上被激起的反電勢為0.15V。當然這個計算不一定很準確,但從數量級上看不會差多少,就是大上10倍也才1.5V,因此在這里可看出一些端倪。某處的這種分析懸乎其懸,用想象的“隱患”來嚇唬人。換言之,上游ATS切換時在零線上激起的單極性電壓微乎其微,既不能造成輸出閃斷,也不會導致逆變器過壓或欠壓,更不能造成數據中心機房停電數小時。再說零地電壓也根本加不到這些地方去。而且輸出電壓閃斷也不并是這個原因造成的。有關這個問題在后面還要討論。

          某處斷言說這種單極性零線電壓“在其它UPS機型不會出現”,難道工頻UPS電源就沒有零線?在ATS切換時,互投柜到UPS機柜這段距離零線上的電流也會由滿載(假設)到零的一個突變過程,在零線上也會產生同樣的這種反電勢,因為它的零線不是超導體。怎么能說“在其它UPS機型不會出現”呢!

          這里還有一個對電路尤其是對UPS工作原理基本知識的了解問題。零線上的單極性電壓(即N線直流偏置)是如何形成的?輸出電壓的閃斷是不是所謂的零線電壓造成的?如何導致逆變器過壓或欠壓?出現的這些問題是不是只有高頻UPS電源才有,等等。為了搞個明白,現在就這些問題一一討論。

          1. 零線電壓指的是什么?眾所周知一根導線上只能談電流,不能談電壓,因為電壓就是電位差。而這里就獨獨提出了一個N線電壓的概念,姑且理解成是零地電壓,是圖3(c)A點對地GE的電壓呢還是B點對地GE的電壓?因為在有負載的情況下這兩點對地的電壓是不同的,A點對地GE的電壓最高,這就是UPS中整個零線上的電壓降,為了符合某處的意愿,暫且取這個最高值,這樣就可能導致逆變器“過壓”或“欠壓”嗎?什么值可以讓逆變器過壓呢?一般說至少要超過額定電壓值10%以上,某處給出了?400V的額定工作電壓,即使10%算作過壓,那麼零線上的電壓至少也得40V!

          問題是零線上能有這么高單極性電壓的可能嗎?一般說多數UPS內的零線不會超過2m,而且截面積也不小,在任何正常情況下莫說40V,就連4V也不會有。就算有4V,不會說404V就算過壓,就可以損壞功率管吧。這樣看來所謂單極性電壓導致過壓之說法實際上是不存在的!也僅僅是“潛在”的“危險”。再說這個零地電壓也加不到管子上。

          2. 那么單極性零線電壓不會構成隱患,輸出電壓的8ms閃斷又是如何形成的?真地就可以導致數據中心斷電很長時間嗎?

          這也是搞電源的人都應該具有的基本知識。眾所周知,蓄電池的內阻是比較大的,比如上游ATS切換時,就出現電源內部負載突變現象,再加之電池的動態性能不太好,就更不能很快響應這種突變電流。一般UPS在正常工作時是由輸入整流器向逆變器供電,電池組不但空載而且還處于浮充狀態。如果輸入端突然斷電,電池組就必須及時地將全部負載接替過來,但強大的電流突變是一般電池無法響應的。這必然會導致瞬時缺電流狀態,也就是所謂的輸出電壓瞬時“閃斷”。

          為了彌補這個缺欠,設計者就都在電池組或整流器后并入了足夠容量的電容器,由于電容器的動態性能比電池好得多,所以瞬變的前沿電流先由電容器補償,而后由電池來接續以后長時間的功率電流。但如果和電池并聯電容器的容量不足或質量不好,不能適應前沿電流突變的要求,就會使輸出電壓出現所謂“閃斷”的缺口,電容器的電容量越小,輸出電壓的缺口就越深越寬。所以這個輸出電壓缺口和所謂的單極性N線電壓沒有任何關系。

          而且這個輸出電壓缺口問題在任何UPS上都可能存在,而且是不合格產品才會有。不論是高頻UPS電源還是工頻UPS電源,只要是合格產品(不是偷工減料的),都不會出現這種輸出有閃斷的現象。某處為了某種原因將這種誰都可能有的現象硬套在了高頻UPS電源零線電壓上,這又是對UPS工作原理上的誤解。

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        圖片? ? ?電感線圈? ? ??? ??

        圖片? 帶外殼變壓器

        圖片??大功率變壓器

        圖片? ??高頻變壓器????

        圖片? ? ? ? ?磁環電感

          ? ? ? ? ?聯系電話:18826533596? 0755-81766421 ? ?

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