数据中心如何构建节能的UPS供电系统
间断电源就是它的孪生兄弟。几十年来大半部分时间就是就是这种工频机UPS为计算机保驾护航,才使得IT技术稳步发展。可以说工频机UPS为IT技术的发展立下了汗马功劳。但工频机UPS机不是文物也不是古董,而是一种技术设备,技术是要发展的。历史的规律就是新的代替旧的,因为旧的一旦妨碍了生产力的发展就会被新的淘汰。那么工频机UPS的哪些方面阻碍了生产力的发展呢?如前所述,首先是耗材,如图2(a)所示,工频机输出端庞大的变压器是一个典型的耗材耗能的装置。而图2(b)所示的高频机UPS就取消了这个变压器。有人说这个变压器抗干扰,这是一种误解。这个变压器的作用只有两点:产生隔离接地点和变压,在三相中必须是D-Y(角星或角星)接法
图2 两种UPS逆变器后面的结构
时才可消除三次谐波。可惜逆变器输出波形中没有干扰可抗。
从工频机UPS输入电路上看,如图3所示,一般容量的标准配置是“6脉冲”输入整流器,如图所示的虚线框内部分。这种结构效率可达90%以上,但此时的输入功率因数只
图3 12脉冲整流器输入的UPS主电路原理图
有0.8左右,换言之器输入谐波电流达30%以上。这个数值标志着破坏了电网电压的正弦波波形,对外干扰大和增加了无功功率对线路的占空比,限制了供电局对外输出的有效功率。因此供电局一般都对用户提出了输入功率因数必须大于0.9的要求,否则就罚款。如果增加整流脉冲的个数就可提高输入功率因数。因此就出现了12脉冲整流器输入的UPS.如图3所示。这种电路的结构特点就是在原有电路的基础上再加一套6脉冲整流器,另外再加一个移相变压器。这样做了以后可将输入功率因数提高到0.9,如果再加11次谐波滤波器,又可将输入功率因数提高到0.95以上。这样做的代价有多大呢?某典型300kVA的UPS在6脉冲整流器时是1600kg,变成12脉冲整流器后重量是2200kg,增加了600kg.400kVA的UPS变成12脉冲整流器后则加了650kg!而某品牌300kVA的UPS才重830kg!相差何其悬殊!
为了将输入功率因数进一步提高,有的专家提出了24相整流方案,整流脉冲可达24个之多,输入功率因数可达0.99以上。图4(a)和(b)分别为采用谐波诸如型的自耦变压
(c) 24相整流自耦变压器结构原理图
图4 24相输入整流方案
器式24相整流工频机UPS输入整流器和采用平衡电感的自耦变压器式24相整流工频机UPS输入整流器,图4(c)所示为24相整流自耦变压器结构原理图。图4电路和变压器的有效结合无疑可以实现0.99以上的输入功率因数指标,但其结构复杂程度使制造的困难加大,并且仍未脱离耗电耗材的弊病。所以这种方案直至现在牙只能在实验室内“金屋藏娇”。
而高频机UPS完全克服了这些缺点
图5 三相高频机UPS主电路结构原理图
3. 几种高频机UPS的结构的种类
(1)在线互动式
图5.3(a)和(b)所示的两个电路就是在线互动式电原理图,从图中可以看出它们是后备式的工作方式在线的效果。
图5.3(a)所示的电路所以是在线的效果,其标志就是在任何时候它的输出电压波形都是正弦波,其继电器的切换时间也很短,只有2ms.尽管其输出电压稳定度只有±12%,这对一般电子负载已足够了。
图5.3(b)所示的是通过两个原始电压的交叉供电使输出电压达到一定稳定度的电源。这里的两个“原始电压”一个是输入电压,一个是由双向变换器产生的输出变压器电压。其结构是带数个抽头的输出变压器,其交叉工作原理是:当输入或输出电压范围超出规定要求时,为了稳压抽头继电器就会自动切换抽头位置,当即电器触点离开原来抽头但还没有接触到下一个抽头时,双向变换器启动产生一个输出电压以填补抽头换接过程的断电时间。抽头换接过程完毕后双向变换器自动关闭,重新回到市电供电模式。
(a) 两个原始电压加减互动方式原理图
(b) 两个原始电压交叉互动方式原理图
图5.3 互动式UPS原理电路图
(2)串并联调整式
串并联调整式也称Delta变换式,这是一种由电流源(Delta变换器)与电压源(主变换器)构成并联连续补偿向负载供电的一种在线式UPS,属高频机范畴。其输出电压稳定度是1%,如图5.4所示。在市电正常范围供电时作为电流源的Delta变换器主要向负载提供有功功率,而与其并联供电的主变换器只提供无功功率和负载突变式的补偿功率。当市电异常时,Delta变换器关闭而改由主变换
责任编辑:何健
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