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    山特UPS電源為感性負載設計

    發布時間:2017-11-28 15:22:35來源:http://www.pesantrenglobal.com2017-11-28 15:22:35點擊:0

    本文熱詞:山特UPS電源,UPS電源

    山特UPS電源是目前市場上應用最廣泛的UPS電源品牌,山特UPS在需要保證不間斷負載的應用場合下,有時候客戶會發現UPS頻繁使用DC BUS高壓保護,或者負功能保護等多功率問題,從而造成UPS電力質量問題。在大多數情況下,UPS電源的負載部分,例如電機,激光打印機,空調等,都存在感性負載。在工業應用中,必須充分掌握匹配的關鍵環節,以便有較高的功率保護水平。匹配發生器是一個重要的考慮因素。

    UPS通常是為保護關鍵IT設備而設計的,電路的結構主要是根據IT設備設計的特點。例如,目前的IT設備主要是使用開關電源,而歐盟的規定要求超過75W,所以UPS主要是面臨功率因數校正的負載,一般情況下其特性是功率因數接近1恒功率加載。在大功率電氣設備中,有一些舊設備在使用,這些設備通常是基于6脈沖整流器或12脈沖整流器技術,其特點是恒功率非線性整流負載。

    無論是采用PFC開關電源還是脈沖整流電源,電源的實際部分都只能是正的,能量不會回到主電源上,所以要注意UPS設計在恒功率負載下的可靠性,以及具有非線性整流負載的諧波控制能力,以及電壓穩態精度和動態恢復速度,而不需要能量反饋的特殊要求。特別是在UPS具有大量智能設計之后,從負載向UPS反饋能量的DC總線經常被視為故障狀態。

    另一方面,電路架構中常用的UPS結構是整流+電池升壓+逆變器結構,大部分UPS整流器和電池升壓都是采用升壓或變形的電路,能量只能來自城市電力和電池流向直流母線,但不是逆向流動。這樣,即使軟件允許能量反饋,當能量反饋發生時,能量也會儲存在直流母線中,造成直流母線上升,最終導致UPS跳閘保護。

    電機負載和IT設備常見的開關電源的特點完全不一樣,與啟動/制動等顯示了很多工作,而且與電機后面的負載會有很大的不同,完全不像IT開關電源供應這只是加載/卸載。因此,具體的解決方案還需要分別考慮電機背后的情況與負載進行處理。

    電機在啟動時具有非常高的瞬態沖擊,如果沒有額外的幫助,則需要Hills UPS電源能夠瞬間提供大量的電力。對于IT設備的UPS設計,一般是短時間設計的功率僅為2倍,而有些UPS只有1.5倍。對于大功率負載,軟件限流算法或硬件限流電路會產生影響,從而影響電機啟動。具有LineSupport功能,當負載功率大時,可以通過旁路供電。但是,在電池模式下,不能通過旁路共享電源,這可能會導致電機異常啟動。在供電能力至關重要的時刻,您需要選擇更強大的Hills UPS。

    電機在制動過程中具有再生能量。此時的反饋能量不僅是電機本身存儲的能量,還有與電機連接的負載的慣性和勢能存儲的能量。以電梯為例,當電梯上升時,需要電機提供能量。

    當電梯下行時,如果電梯的重量在下降過程中超過電阻值,則將成為發電裝置,驅動發電機發電。再生的電力可能被逆轉回到UPS。另外,在電機的應用中還有一個需要考慮的因素,即變頻調速裝置。不同的UPS系統的頻率控制裝置是不一樣的。

    在輸入端是一個帶有附加直流或交流側濾波器的六脈沖整流器,以及一個直流母線制動電阻。當電機產生能量反饋時,逆變器直流母線將被充滿。當直流母線達到預設的電壓點時,再生制動電阻控制消耗反饋能量。這種方式是目前業界最常見的方式,優點是簡單可靠,而且對于UPS轉換器來說是一種標準的非線性整流器負載,與IT負載非常接近。當然,缺點是電機反饋的能量轉化為熱量消耗而不被重復使用。

    為了節約能源,一些高端變頻器采用背靠背結構,而普通變頻器還可以通過增加能量回饋模塊來回饋電機反饋的能量。見下文。

    對于這種類型的變頻器,由電機再生的電能仍會反饋到UPS電源中,使得UPS電源面臨類似于直接連接電機的問題。

    有一類特殊的逆變器使用矩陣轉換器的結構,如下圖所示。由于沒有儲能元件,所有能量直接在輸入和輸出端傳輸,UPS和直接連接電機沒有區別。

    當然,如果UPS電源直流母線有足夠的容量,直流母線由電機反饋的能量足夠高到可以接受的程度,那么提供給電機的平均功率仍然是正的,UPS電源仍然可以使用置信度。但是,UPS電源通常沒有這么大的直流母線電容,所以必須考慮其他方式來解決電機負載能量反饋問題。為了簡單起見,這里僅討論UPS電源單機的解決方案。并聯系統中的負功率保護問題涉及許多其他并聯系統模塊設計,而不僅僅是電機再生能量。

    一些UPS在電路架構上使用完全雙向的結構,如下圖所示。哪個PFC,逆變器甚至電池的DC / DC都能保證雙向的能量流動。

    原則上,只要軟件減輕PFC階段和逆變器中的復雜功率限制,UPS就完全能夠在雙向模式下工作:在市電模式下,通過PFC的能量反饋返回到電源;在電池模式下,能量通過雙向DC / DC反饋到電池。但是還有一些因素需要考慮,比如:

    電網是否允許能量反饋?

    能量反饋網格需要滿足這些規范?

    電池允許的充電功率是多少?

    主要問題是電網是否允許再生能量反饋。電網在不同地方的要求可能不盡相同。對于一些功率密集型負載,出于穩定性原因,電網可能不需要能量反饋。如果輸入是使用典型的柴油發電機,則不會返回能量。

    在允許能量反饋到電網的前提下,太陽能發電系統已經面臨的安全問題必須得到考慮。當能量回饋給電網并且此時電網斷電時,會出現所謂的孤島問題。如果反饋過程中的電網出現短時低壓等異常情況,UPS能量反饋也應該能正常工作一段時間。為此,適用于可再生能源發電技術,如孤島檢測,低電壓穿越等技術性工作需要配備UPS。

    在電池模式下,常用的鉛酸電池在允許電流不同時充放電,最大電流充電量要小得多。這意味著如果負載反饋能量高,充電電流也會很大。為此,電池模式下的兼容電池負載需要使用足夠的電池組來分配充電電流。另一方面,一般的UPS的充電功率是根據所配備的普通電池組的容量來計算的,如果要提高充電功率,這部分電路還需要特殊的設計。

    UPS電源適用于其他電路架構,如下面的常見結構,電池升壓和PFC都是單向工作的,也就是說電機的再生能量不是灌注到電源或電池上,還必須想辦法。

    在市電模式下,最簡單的方法是使用旁路解決方案。只要發現負載反饋能量太大,將UPS電源置于旁路模式,通過旁路吸收電機再生能量。但是,這種方法僅限于旁路真的是市電并且可以正常使用的事實。因此,其應用有一定的局限性。如果您詢問UPS是處于主電源模式還是使用電池模式,或者使用發電機進行輸入,可以使用電機負載,您還必須使用其他方式。

    另一種不受電源和電池模式限制的簡單方法是像變頻器一樣增加制動電阻來消耗額外的能量。這種設計在逆變器中已經非常成熟,可以很容易地移植到UPS上使用。由于傳統的UPS電源沒有專用于制動的IGBT,因此制動電阻和制動IGBT需要單獨設計為一個模塊,可以根據需要作為可選配件使用。

    能量反饋模塊在變頻器上也是成熟的技術,當然這里也可以使用。但是,能量反饋模塊的原理是將電機反饋的能量傳遞給電網。因此,能量反饋模塊不能用于電池模式或輸入是發電機。

    在UPS充電器設計中,通常的做法是從直流總線通過電路降壓器給電池充電。通過這種方式,可以解決電機的能量反饋問題:充電器將多余的能量轉移到電池上進行存儲,無論是在主電源模式還是在電池模式下。當電池充電到一定程度時,就會轉移到電池模式,把能量釋放到一個相對較低的水平。這樣,通過稍微減少電池備用時間,換取電機負載的問題。

    如下所示。

    在市電模式下,能量通過PFC,DCBUS,INV的交流電壓輸出從主電源供給負載,充電器從DCBUS獲取電力給電池充電。在電池模式下,電池電源通過DC / DC,DCBUS和INV提供給負載。

    當電機能量反饋發生時,能量流將改變。在市電模式下,如果由于反饋能量而導致BUS電壓較高,則需要停止市電,并將充電器將能量傳輸至電池終端。

    當能量反饋結束時,您需要檢查電池是否充滿電。如果已滿,則需要在電池模式下釋放部分電源,以便為下一個電機能量反饋留出空間。然后回到主線模式再次工作。在主電源模式下,充電器還可以確保電池電量不足,但是還有余地儲存能量。

    在電池模式下比較簡單,只要BUS由于復雜的逆變電源而高,關掉電池DC / DC,打開充電器,直到電機能量反饋結束,然后回到電池DC / DC工作。這種解決方案的好處是,電機返回的能量只能返回到電池,并在稍后的適當時間釋放,而不是返回主電源,從而防止太陽能并網發電等問題。

    顯然,這個過程非常符合混合動力汽車的原理。同樣,智能電池能源管理也是關鍵。如果充電閾值設置得太高,電池可能會損壞;如果放電閾值設置的太低,可能會影響電源關閉的備公用時間。同樣,充電器的容量和電池的最大允許充電電流也是設計中要考慮的重要因素。

    結論是:

    山特UPS電源在感性負載的應用中,當負載是一個產生再生能量的電機時,一般的山特UPS電源系統由于電機制動能量反饋到UPS的直流母線或直流母線高壓保護。為了兼容這種類型的負載,山特UPS電源系統需要額外的功能模塊才能達到可靠工作的目的。最可靠和最簡單的方法是為UPS配備一個包含電阻和開關的可選制動模塊。當電機制動時,電機反饋的能量可以通過制動模塊消散。

    為了進一步提高能源效率,我們可以通過調整電池容量和充電器功率來選擇電池儲能方法來恢復再生制動能量。通過智能電池能量管理,電池組總是有足夠空間承受下一次能量反饋,使UPS電源在電機負載條件下可靠運行,并節省更多能源。
    如山特UPS的輸出部分增加了帶電阻器和開關,逆變器等設備,當電動機啟動時由上述設備可消耗對電動機的沖擊,從而保護UPS電源的目的,山特UPS發電機感知負載裝置與工作默契,讓用戶無后顧之憂。

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