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                  高頻機結構UPS將是今后的發展方向

                  來源:中國綠色數據中心 作者:王其英 更新時間:2009-9-9 11:01:37

                  摘要:文中介紹了工頻機UPS與高頻機UPS的區別,高頻機UPS的優點及其代替工頻機UPS的理由。并重申了工頻機UPS輸出變壓器的基本作用。

                      1 工頻UPS和高頻UPS的一般概念

                      靜止變換式工頻機結構UPS技術出現在上個世紀70年代,毫無疑問在當時屬于尖端技術,幾十年間也為電力電子技術領域作出了不朽的貢獻,有口皆碑。一般說任何技術的先進性是相對而言,任何先進的產品也有其一定的適用期。隨著IT技術的出現與發展,工頻機UPS組件暴露出它的缺點,比如體積大、重量大、功耗大和輸入功率因數低等不利因素大大影響了數據中心的可靠性。在歷史發展中總是遵循這樣一個規律:每當一種技術阻礙生產力發展時,就會有一種新的技術將其代替。

                      2 高頻UPS與工頻UPS相比所具有的優點

                      (1) 輸入功率因數高

                      工頻機UPS一般在200kVA以下的輸入電路都采用了晶閘管6脈沖整流,輸入功率因數不超過0.8,諧波電流有30%之大。如果前面接發電機,發電機的容量至少要3倍于UPS的容量;如果是單相小功率UPS,發電機的容量至少要5倍于UPS的容量。

                      任何容量的高頻機UPS的輸入功率因數都可做到0.99以上,諧波電流小于5%,前置發電機的容量理論上和UPS功率相同,大大減少了投資和占地面積等。尤其是對市電的充分利用具有良好的經濟意義和社會意義。

                      (2) 本身功耗小

                      若要求工頻機輸入功率因數為0.95以上時,必須外加諧波濾波器或改為12脈沖整流,如圖1所示。使得工頻機UPS的效率比高頻機UPS低5%。同為100kVA的容量時,工頻機UPS每年要比高頻機UPS多消耗5萬度電!

                  圖1 高輸入功率因數下的工頻機UPS和高頻機UPS結構方框圖


                      (3) 對外干擾小

                      工頻機UPS產生電噪聲和機械噪聲。電噪聲影響機器的穩定度,機械噪聲影響人的身心健康,降低工作效率。而高頻機UPS工作在20kHz以上,20kHz是人耳聽不到的頻率,使工作環境安靜下來。又由于高頻機UPS的輸入功率因數高達0.99以上,對外干擾幾乎為零。

                      (4) 體積小、重量輕

                      工頻機UPS由于有了輸出變壓器和適應50Hz的電感電容等低頻器件使得體積、重量都很大。比如某品牌200kVA工頻機UPS重1?380kg,而同一廠家的250kVA高頻機UPS重量只有830kg。

                      (5) 全數字技術

                      工頻機UPS當初采用的是模擬技術,現在一般發展為數字與模擬相結合的技術。模擬技術的可靠性要比數字技術低。而高頻機UPS技術是一種全數字化技術,可靠性是很高的。

                      (6) 對電網的適應能力強

                      工頻機UPS對于適應輸入電壓±15%的變化已很不易;而高頻機UPS甚至適應輸入電壓±30%以上的變化,這又大大延長了電池的壽命。

                      (7) 能將并機環流衰減到幾乎為零

                      工頻機UPS的并聯是變壓器的直接并聯,而變壓器的直接并聯最容易產生環流,而且這個環流的路徑暢通無阻,如圖2(a)所示;高頻機UPS由于沒有輸出變壓器,其并聯如圖2(b)所示,可以看出這里的環流路徑上處處是障礙,小于2V的電壓差根本形不成環流,而工頻機UPS在此情況下就會形成很大的環流。

                      總之,高頻機UPS在性能上不但能完全替代工頻機UPS,而且還具備后者沒有的優點。



                  圖2 兩種UPS并聯方框圖


                      工頻機UPS的推銷者為了延緩銷售壽命,在其他性能指標上無法與高頻機UPS抗衡,就把希望寄托在輸出變壓器上,因為高頻機UPS沒有這個變壓器,再加之一些用戶缺乏技術概念,于是就賦予了變壓器很多功能。比如這個變壓器可以抗干擾、可以緩沖負載浪涌電流、可以隔直流、可以適應電網電壓的沖擊和變化等等。

                      工頻機UPS輸出變壓器的基本功能就是變壓和產生隔離接地點,其他功能只是想像中的一種美好愿望。

                      3 高頻UPS與工頻UPS的現狀

                      因為高頻機UPS對技術與工藝以及生產手段的要求非常嚴格,一般也不容易仿制,20kHz以上的高頻機UPS容量都小于100kVA,只有少數制造廠的技術真正過關,并且已顯示出強大的生命力。在大功率范圍雖然不能做到20kHz,但可以采用高頻機結構,比如用IGBT高頻整流(相對于50Hz而言),頻率一般在15kHz以下,多數廠家已可做到200kVA,但也有佼佼者,比如秀康10年前就可做到8kHz/480kVA,伊頓9395也可做到15kHz/1200kVA,并已成為美國的軍方指定產品。這說明高頻機結構UPS技術早已成熟。在我國軍方和金融等重要部門也紛紛采用,并收到了良好的效果。

                      當然工頻機結構UPS在這種情況下的日子會越來越艱難,好在是還有那么一批廠家的高頻機結構UPS沒有過關,還得主推工頻機UPS,作為市場手段多說一些當前用工頻機UPS更合適之類的語言,多說一些工頻機的好處和多找一些高頻機的缺點均屬正常現象,這可以理解,也可能是認識問題。但不要認為工頻機UPS技術永遠不落后。從科學發展觀來說,以后一段時間內無疑是高頻機UPS的市場。不可否認,高頻機UPS同樣也有退出歷史舞臺的一天,當然那是后話。

                      4 結束語

                      現在有一種說法:高頻機UPS和工頻機UPS是兩個發展方向。這就使人糊涂了:難道效率低的產品也是發展方向?難道節能減排還允許其產品反向發展?難道耗費資源和笨重的產品也是發展方向?

                      總之,這種觀點不外乎說:高頻機UPS與工頻機UPS并存;節能減排與浪費能量和資源并存;先進與落后并存…所謂技術上的并存應該是不可替代的,比如自行車雖然比汽車跑得慢,但它們在一定程度上是互相不可替代的;而這里的UPS技術卻是可以完全替代的啊。這就像汽車2型可以替代1型,3型可以替代2型一樣順理成章。

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