设备的可靠性与多种因素有关,包括电路研制定型水平、技术人员技术水平和经验、器件选用差别、生产工艺水平、质量管理流程等。电路结构变化有个技术成熟的过程,当然还包括所选用的器件性能和可靠性对新电路结构的适应能力。
设备的可靠性与多种因素有关,包括电路研制定型水平、技术人员技术水平和经验、器件选用差别、生产工艺水平、质量管理流程等。电路结构变化有个技术成熟的过程,当然还包括所选用的器件性能和可靠性对新电路结构的适应能力。所以说电路结构的变化对设备可靠性是有影响的,影响大小最终取决于电路技术成熟程度和器件水平这两个因素。
1、技术成熟是毋庸置疑
无变压器UPS采用的新技术主要有两点:一是AC/DC高频整流(PFC)技术;二是输出半桥逆变技术。这两项技术产生由来已久,已成为电力电子设备的经典技术,应用也非常广泛,所以技术成熟程度是毋庸置疑的。虽然把这两项技术集成起来用于无变压器UPS中仅是最近十年的事情,因电路定型水平和参数选择的差异也可能存在设备可靠性问题,但出现可靠性的根本原因却不是电路结构和新技术的应用造成的。
2、当前器件性能水平完全能够满足新电路结构提出的更高要求
在无变压器UPS中,对器件性能要求高的环节主要是半桥式逆变器,而关键的参数又是功率开关器件IGBT的耐压(UCES)和输出电流(有效值和峰值)能力,IGBT的输出能力完全可以满足400~500kVA的大功率无输出变压器UPS。
值得注意的是,在无变压器UPS的半桥逆变电路中,输出电压是由±400V直流母线电压直接形成的,输入电流有效值等于输出电流有效值。而传统的带变压器UPS是通过输出变压器升压形成的,在升压比为1:1.9或1:1.78时,同时考虑三角形/星形接法输出电流有效值是输入有效值的1.73倍,所以全桥逆变器输入电流有效值是输出电流有效值的1.9/1.73=1.1(或1.78/1.73=1.03)倍。数据说明,对同样输出功率的UPS,无输出变压器UPS对IGBT的电流输出能力的要求并不比传统的带输出变压器UPS高。也就是说,从IGBT地电流输出能力来看,能做多大功率的带输出变压器UPS,就可以做多大输出功率的无输出变压器UPS。
与带输出变压器UPS相比,无输出变压器UPS的逆变器对IGBT的耐压提出了更高的要求。在带输出变压器UPS的全桥逆变器中,IGBT的耐压就是直流母线电压,一般为400多伏,而在无输出变压器UPS地输出半桥逆变器中,直流母线电压是±400V,要求IGBT的耐压要大于800V。虽然当前的器件耐压1200V已不成问题,但此要求不仅仅是静态耐压问题,更严重的是IGBT地开关电压变化率(du/dt)和开关损耗问题,因而这是电路设计和器件选择时必须重视和解决的问题。
3、输出隔直流问题
由于控制环节故障使一个IGBT连续导通时,或在一个IGBT或二极管短路的情况下,400V直流母线电压会直接输出到负载端(此时电感变成阻抗很小地导线)。单相负载输入整流后地直流母线额定电压是311V,考虑负载允许输入地+15%地上限,直流母线额定电压是357V,并联在整流电路输出端地滤波电容耐压通常是400V。当UPS发生这种故障时输出直流电压会接近400V,滤波电容和DC/DC变换器都会因输入电压过高而受到影响。
出现这种情况在理论上是有可能的。然而,如果出现这一危险情况,即使缺少了专门的直流分量检测电路(例如,检测电路故障或参数漂移等),也可以根据从另一个IGBT收到的驱动信号得知,直流电压可能发生短路,从而立即终止逆变器的工作,同时断开逆变器与后面负载的连接。通常逆变器的输出端配备有一个静态旁路开关,它可在逆变器停止工作时迅速将负载切换到旁路市电供电,以保证负载供电的持续进行。逆变器保护和转旁路供电地动作时间很短,可在输出电压上升过程中完成,因而不会对负载安全造成影响。在大量设备的实际运行中,这种故障几乎没有出现过。
4、无输出变压器UPS的可靠性指标
如果不知道平均故障间隔时间MTBF,或者厂商提供的MTBF数据不可信的话,那么可用UPS的效率和输出能力各项指标来衡量其可靠性,这些指标包括整机工作效率、输出过载能力、输出电流峰值系数、启动负载时输出电流浪涌系数和负载功率因数等。
无输出变压器UPS的输出能力和可靠性指标与传统带输出变压器UPS一样,都达到了很高的水平。可靠性已不再是无输出变压器UPS设备的关键问题。
锂电池电压高,重量轻。一个单体电池平均电压就能达到3.7V或者3.2V.相对等于2-4个镍氢电池或镍隔电池的串联电压。如果客户要求使用电池的电压过关,那么选用锂电池也容易方便组成锂电池组,方便快捷把锂电池电压提升。
1、锂电池电压高,重量轻。一个单体电池平均电压就能达到3.7V或者3.2V.相对等于2-4个镍氢电池或镍隔电池的串联电压。如果客户要求使用电池的电压过关,那么选用锂电池也容易方便组成锂电池组,方便快捷把锂电池电压提升。
2、锂电池的能量和密度针对其它电池也很高。锂电池具有高储能量密度,目前常用的锂电池密度可达到450-620Wh/kg,是铅酸蓄电池的5-7倍。如果人们选用蓄电池还会考虑到一个非常重要的问题,那就是污染。
3、针对电池重量来对比。一只锂电池的重量约为铅酸蓄电池的5-6倍。虽然锂电池的重量和聚合物锂电池的重量差不了多少。但是看容量与寿命,人们都是会选择锂电池的。
4、锂电池的使用时间寿命很长,一只锂电池使用寿命如果不发生意外的情况下可以使用6年以上,长达9年。正常的使用次数在1000次以上。如果不发生意外使用次数可以达到1500次以上。
5、自放电低,且无记忆效应。生产锂电池中往锂电池身上加保护板能使锂电池有一个过充过放的效果。锂电池自身具备高功率承受力,电动汽车选用的锂电池可以达到15-30C充放电的高效应能力,以便汽车上的高强度启动加速。
6、锂电池绿色环保,锂电池中不含有铅、汞、镉有毒害物质。 |