UPS电源整流器的工作原理

　　输入功率因数低的原因是输入谐波电流成分含量大，谐波电流经过输入电缆时，使电缆产生附加发热量，导致电缆外皮材料长期发热、变软、变脆、变酥、变碎;谐波电流经过输入断路器(开关)时，开关出点由于长期发热而导致接触不良，一个正反馈的效应是开关过早时效;谐波电流经过输入保险丝时，由于长期的附加发热而导致熔丝变软、下垂(使整个保险丝粗细变得不均与)、自然断裂而引起断电。

　　(2)不能充分利用输入功率

　　由于输入功率中含有大量的无功分量，有功功率被吸收，无功功率在电缆中往复流动，使正常的有效电流通道变窄，由于线路的“拥挤”而使单位截面积伤的电流密度加大，功耗加大。根据欧姆定律。导线上的功耗P为

　　P=I2R

　　由上式可以看出，线路上的功耗和电流I的平方值成正比，与导线的电阻R成正比，而发热量又是功耗P和时间T的函数，即

　　Q=0.24Pt

　　这样一个长期效应造成了电力的浪费。

　　(3)对供电电网产生*

　　输入电路是可控硅(闸流管)整流器时，由于可控硅的开启往往伴随着高压电和大电流，不但破坏了输入电压波形，而且还形成很强的传到*和辐射*，应系那个了同一线路上其他用电设备的正常运行。

　　(4)使前置发电机的装机功率成几倍增大

　　输入功率因数低(一般未经补偿的值为功率用单相二极管整流器的0.6，较大功率用三相可控硅全波整流——6脉冲整流的0.8)，可导致前置发电机的装机功率至少3倍于UPS的额定功率。

　　二、工频整流器与高频整流器

　　由前面的讨论可以看出，UPS输入功率因数低的主要原因在于输入部分的电路结构和工作方式。现代的整流充电器分降压型和升压型两种，降压型主要用于UPS电池组电压低于输入交流峰值电压一定值的情况，而升压型主要用于UPS电池组电压高于输入交流峰值电压的情况。

　　1.工频降压整流器

　　降压整流器有工频和高频之分，而工频又有稳压和不稳压之分。下面以UPS中应用最广的稳压工频电路为例进行讨论。一般采用三相整流，是因为三相整流的脉动系数和纹波系数都低。一个三相可控硅全桥整流电路中用了6只可控硅整流器，需要6个脉冲进行分别控制，也俗称其为6脉冲整流。三相全桥整流电路是按线电压工作的，在市电为额定值380V/220V时的最高整数流出电压可达到

　　UDC=380V×√2=537V

　　一般电池组额定电压为12V×32只=384V的浮充电压(约438V)已足够了。由于这种电路是按照市电的频率(所谓工频)节奏而工作的，成为工频整流器。由于可控硅的电流容量和耐压都可以做的很高，因此它在中大功率传统双变换UPS中得到了广泛的应用。又由于这种电路整流器件的开启(相位)是可控的，因此它就具有了输出稳压的功能。但这个输出稳压的功能不能作为输入市电大范围变化的根据，原因是可控硅存在着在一定条件下失控的隐患。

　　例如，一个电池组额定电压为384V，在正常情况下的浮充电压低于440V，如果认为及时是电线电压额定值Un上升到135%Un时也可保证整流电压低于450V，就可把这时的输入电压(135%Un)作为改UPS的优点提供给用户，就会给用户的使用埋下隐患。当然，按照相控原理，即使输入市电电压上升到150%Un，在正常情况下也可使电池浮充电压稳定在440V以下，但万一在135%Un时可控硅失控，这时可控硅整流器就变成了普通二极管整流器，此时的输出整流电压UDC就变成了

　　UDC=380V×1.35×√2=725V

　　这时就出现了两个危险情况：一种情况是，整流器后面的滤波电容是否可耐此高压，否则必炸无疑;另一种情况是，原来12V一节的电池，现在变为每节电压UB=725/32=2.6V，这就意味着电池也因此而报废!甚至还会带来其他的危险，如因电池炸裂而喷出的硫酸伤人和伤物。

　　另一方面，由于6脉冲整流电路的工作是脉冲式的，对市电输入电压博兴的破坏作用非常显著，使输入电流谐波成分达到30%以上，输入功率因数仅为0.8左右，为了实现“绿色”电源的目标，还必须进行功率因数校正。

　　采用普通二极管的整流器就不具备稳压功能，它一般用于小功率UPS电路中，充电器另外设置。

　　2.高频降压整流器

　　在一般小功率UPS电源中，为了简化电路的复杂程度而采用了二极管整流器，但二极管整流器无稳压功能，为了滤波电容和逆变器的安全，有的采用了BUCK型高频降压整流器。

　　BUCK(降压)型高频降压整流器工作原理：

　　控制信号以高频脉冲(一般式20kHz的固定脉冲宽度)

　　加到开关功率管的控制极，当一个控制脉冲到来时，VT打开，电流由整流器二极管经VT流向负载和滤波电容，这是电感L储能;控制信号结束后，VT截至，电感L产生的反电势继续维持原来的电流流向将村能释放，其路径是：Lb→C、R→VD→La，使输入形成连续的电流。电感上的能量释放完或达到一定程度后，功率管又被下一个触发脉冲打开，再重复上面的过程。这个电路的有点是简单，送到负载的电流是连续的，但输入电流仍然是脉动的。数据中心的正常运作需要一个标准的温度，然而在数据中心机房中有很多因素会导致机房温度过高从而影响到机房的正常使用和工作。那么数据中心的热负荷到底是从哪里来呢?我们又改如何去计算数据中心的热负荷呢?今天我们就从数据中心系统设备发热量的组成来分析其来源及热负荷的计算方法。

　　1、数据中心热负荷的组成

　　建筑围护结构的传热

　　从玻璃投入的太阳辐射热

　　人体散热、散湿

　　照明装置的散热

　　机房加湿产生的热负荷

　　新风负荷

　　2、IT设备热负荷

　　IT设备机箱可以分成三种类型：塔式、机架式和刀片式。其中机架式和刀片式可以直接安装到标准19英寸的机架中。目前数据中心的IT设备都采用这种方式。

　　所以在计算IT设备热负荷时要考虑以下因素：

　　IT设备的总功耗，就是将IT设备中的各个部件的功耗叠加，设备资料提供的是该设备的额定功率，额定功率功耗通常大于实际功耗。在实际运行中，设备功耗会根据工作状况发生一定的变化，但一般变动幅度不大。

　　除了IT设备热负荷外，还有在工作中使用的测试仪器、线缆等其他组成了其他的热负荷，由于这些发热量较小，一般可以忽略不计;UPS和配电系统的发热量由固定损耗和与运行功率成正比例的损耗三部分组成。这些损耗在不同品牌和类型的设备间通常都是相差无几的，因此可轻松估算出来，且不会发生太大的偏差。

　　空调压缩机和室外机的风扇会产生大量热量，这些热量被排到外部环境，从而不会在数据中心内部造成热负载。但是空调室内机的风机功耗是室内的热负荷，因此在确定空调总负荷大小时需要考虑这些因素。

　　我们已经找到发热的根源在哪里，那么我们怎么去对数据中心总热负荷进行估算呢?

　　1、IT设备

　　发热量=总体IT负载功率

　　2、UPS设备

　　发热量=空载耗损+运行耗损

　　空载耗损=0.04×电源系统额定功率

　　运行耗损=0.06×总体IT负载功率

　　3、配电设备

　　发热量=空载耗损+运行耗损

　　空载耗损=0.02×电源系统额定功率

　　运行耗损=0.02×总体IT负载功率

　　4、照明设备

　　发热量=0.03×照明面积

　　5、人员

　　发热量=0.1×最多人员数量

　　如果知道了这些数据，我们怎么来计算总热负荷量呢?

　　那么我们就来举个例子：数据中心占地500m，功率250KW，拥有150个机架，员工数量最多时20名。假定数据中心的容量达到30%，IT设备负载总体发热为250KE的30%，大约80KW.在这种情况下，数据中心总体发热量为116KW，是IT负载的1.45倍。在现代IDC机房中，随着UPS电源的大量的使用，使得用户安装的某些负载，如服务器等会对UPS输出零地电压有较高的要求。一般情况下的要求，在我们实际应用时会发现UPS没开机时测量输出零地电压会上升，有可能出现零地电压超出了要求的范围。导致设备无法正常工作甚至损坏，为了有效降低领地输出电压，保证机房负载的正常运行，我们通常会使用隔离变压器，来隔断输出和输出之间的电器连接，在变压器副边零地短接，达到降低零地电压的作用。当遇到隔离变压器短路时，我们通常可以采用以下解决方法：

　　1、改变隔离变压器的常规设计：

　　降低正常工作状态下铁心磁感应强度Bm;

　　一般取Bm=(65%-75%)Bs值，通常Bs=18000~20000高斯;

　　则Bm=14000~15000高斯;

　　如果Bm<50%Bs则可取消短路现象。

　　这样设计的结果是，变压器成本提高20%-30%

　　2、增大变压器输入端系统配电开关脱扣保护容量，不要对此电流保护。

　　3、隔离变压器的位置也在考虑之列：

　　如果把变压器配置在UPS、交流稳压器等设备的后面，系统启动时，可由UPS、交流稳压器等设备的限流功能进行保护。但冲击*总是存在的，并且会对UPS、交流稳压器等设备造成输出短路冲击。如果在UPS静态旁路中加隔离变压器，变压器的启动冲击电流同样会影响到输入配电进入保护状态，便系统启动失败。

　　4、重新启动一次。

　　以上就是简单实用的解决隔离变压器短路问题的方法。

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