鉅大LARGE | 點擊量:1589次 | 2019年11月20日
UPS電源輸入輸出如何進行UPS選型
通常人們在談到UpS的選型時,大都首先談到UpS容量的選擇,即:用戶可以根據(jù)所用設(shè)備的負荷量統(tǒng)計值來選擇所需的UpS輸出功率(KVA值),如果以KW值計算,就要乘輸出功率因數(shù)0.8,考慮到用戶今后擴容以及負載啟動時的沖擊,通常推薦設(shè)計參數(shù)是:用戶的負載量僅占UpS輸出功率的60%~70%為宜。即XKVA×60%~70%或XKVA×0.8×60%~70%。
但是,在現(xiàn)今的行業(yè)運用中,UpS的選型工作,遠沒有這么簡單。它要考慮到UpS的輸入和輸出介面兩方面的影響。即UpS對電網(wǎng)(或備份發(fā)電機)的影響,所帶負載對UpS的影響。
如下圖,是UpS的典型方框圖。
一、UpS輸入端
對電網(wǎng)而言,UpS的輸入端根據(jù)GB/Z17625.6-2003IEC6100-3-4∶1998的標準要求:大于16A的電氣設(shè)備,輸入功率因數(shù)大于0.92,輸入THDI小于8%,這是綠色電源的基本要求。
如果,UpS輸入端達不到以上標準,電網(wǎng)或備份發(fā)電機,尤其是發(fā)電機的容量必須在兩倍以上或更高。這是由于諧波電流大量存在,比如三相六脈沖整流器輸入諧波電流總含量高達30%--35%。如果是電網(wǎng),則因電網(wǎng)容量大輸出內(nèi)阻很低,不會對輸出電壓造成影響。但對于備份發(fā)電機組,其容量相對小內(nèi)阻遠比電網(wǎng)大得多,因此,UpS的輸入諧波電流就會引起發(fā)電機輸出的電壓畸變,而不能帶動UpS工作,使UpS常工作在電池放電狀態(tài)。
所謂諧波含量,就是各次諧波的平方和開方。
諧波電流總畸變率
第h次諧波電流含有率
設(shè)備的輸入功率因數(shù)和諧波電流的關(guān)系如下式:
另外,電網(wǎng)或備份發(fā)電機所帶的其它設(shè)備,如果沒有作電磁兼容性(EMC)的要求,可能由于UpS輸入端THDI太大,而受到影響。
所以,在UpS的選型時,200KVA及以下的UpS,應首選采用IGBT整流,其輸入功率因數(shù)大于0.92,輸入THDI小于3%的UpS,200KVA及以上也要選用采用十二脈沖整流器,并加了相應諧波處理技術(shù)的UpS。
順便提一下,200KVA及以上UpS的IGBT整流器,目前的歐洲UpS生產(chǎn)廠家,還對1200V,IGBT大電流的并聯(lián)問題持謹慎態(tài)度,如已能批量生產(chǎn)一單元、二單元、四單元、六單元和七單元的IGBT標準型模塊,其最高水平已達到1800A/4500V。但是,300A/1700VIGBT模塊,它是由4個160A/1700VIGBT芯片和8個100A/1700V快恢復二極管組成。其它技術(shù)已經(jīng)成熟。
二、UpS輸出端
UpS的輸出特征一般有如下表述:
三相(380/415V可選)±1%,
負載變換響應時間(100%+/-2%<5ms)
過載能力:125%for10分鐘,150%for60秒
峰值因數(shù):3:1
電壓畸變:小于1%線性負載,小于3%非線性負載
1.三相(380/415V可選)±1%
是指UpS輸出的電壓精度,條件是所帶負載在一定的穩(wěn)定范圍內(nèi)。UpS一般都能達標。
2、負載變換響應時間(100%+/-2%<5ms)
是指負載由0%--100%,100%--0%的突變中,輸出的電壓精度,穩(wěn)定在+/-2%所需要的時間。只有采用SVpWM(空間矢量調(diào)制技術(shù))的UpS才能達到,一般采用SpWM的UpS負載變換響應時間為(100%+/-2%<20ms),有時會使所帶負載工作受到影響。
空間電壓矢量控制pWM(SVpWM)也叫磁通正弦pWM法.它以三相波形整體生成效果為前提,以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的,用逆變器不同的開關(guān)模式所產(chǎn)生的實際磁通去逼近基準圓磁通,由它們的比較結(jié)果決定逆變器的開關(guān),形成pWM波形.此法從電動機的角度出發(fā),把逆變器和電機看作一個整體,以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進行控制,使電機獲得幅值恒定的圓形磁場(正弦磁通).。
空間矢量pWM技術(shù)既可以用在開環(huán)控制也可以用在閉環(huán)系統(tǒng)中,空間矢量控制可以獲得100%的直流母線電壓利用率。空間矢量方法把三相逆變橋所有開關(guān)狀態(tài)分為8種,2種狀態(tài)為0。這8種矢量的合成就產(chǎn)生了空間矢量波形。每一時刻給定的電壓矢量都可以由2個非零矢量合成產(chǎn)生,這個二維空間被6個非零矢量分為相等的6個區(qū)域,首先計算給定的電壓矢量處于哪個區(qū)域,然后用該區(qū)域相鄰的兩個矢量合成出所需的電壓矢量,為了保證每一個開關(guān)器件在一個開關(guān)周期中最多只開通關(guān)斷一次,所以,要根據(jù)一定的開關(guān)順序?qū)?個電壓矢量發(fā)出,中間按一定的原則插入零矢量。
3、過載能力:125%for10分鐘,150%for60秒
是指過載125%和150%時,逆變器所能工作的時間,如果在此時間后還是過載將轉(zhuǎn)向旁路供電。
4、峰值因數(shù):3:1
峰值因數(shù)(CF),所謂的CF是指電流瞬時值的峰值與其有效值的比值。由于負載接受正弦波電壓會產(chǎn)生CF(如計算機性負載介于2.4-2.6倍的電流),如果供電設(shè)備的峰值因數(shù)越高,表明設(shè)備抗沖擊能力越強。UpS設(shè)計時常需能提供CF值為3:1。因此在選擇UpS容量時需要考慮負載波動及沖擊余量,如果啟動性負載多,比如國家奧運會射擊館金鹵燈照明燈具。
燈具啟動時有較大的沖擊電流,最大可達正常工作電流的九倍。結(jié)果采用了燈組分時啟動,先啟動大功率燈具,后啟動小功率燈具等方法。UpS總?cè)萘坎怀?.2倍的情況下,解決了原用應急電源EpS供金鹵燈照明燈具有中斷熄滅,改用UpS供電的問題。
5、電壓畸變:小于1%線性負載,小于3%非線性負載
是指UpS帶線性負載和非線性負載時,電壓畸變率THDV的數(shù)值。對負載來說,負載的線性或非線性,是負載本身固有的,UpS作為它的供電方,并不能改變其特征。只能保持輸出電壓的正弦波形不嚴重畸變,如逆變器采用空間電壓矢量控制SVpWM,就能更好的時刻減小電壓畸變率。注意,如果負載的THDI過大,UpS的容量也要相應增加。比如,工廠的一些泵,加裝了低壓變頻器,啟動電流減少了,諧波THDI確達到了70%,造成UpS過載。把低壓變頻器旁路掉后,UpS工作正常,這都說明結(jié)合實際負載,選擇UpS的重要性和細致性。
所以,在UpS的選型時,最好選用逆變器采用空間電壓矢量控制SVpWM的UpS。