CSB蓄電池HRL12200W 中國臺灣技術服務支持

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UPS不間斷電源 簡談柴油機動態(tài)式

提到柴油機動態(tài)式不間斷電源UPS,，可能很多專業(yè)的UPS電源工程師都很陌生。本文就簡要介紹柴油機動態(tài)式不間斷電源UPS,，使讀者認識這項產品，給電源設計師在今后的實際應用中多一種選擇的思路,。
　　
　　為了對動態(tài)式的不間斷電源有更深入的認識,，先了解一下不間斷電源的發(fā)展。
　　
　　從UPS的發(fā)展歷史來說,，經歷了兩個階段：旋轉(動態(tài))式UPS和靜態(tài)變換(電池式)式UPS,。
　　
　　早期的UPS被稱為旋轉式UPS，是由整流器,、電池,、直流電動機、柴(汽)油機,、飛輪和發(fā)電機組成,。在市電供電情況下，電動機帶動飛輪和發(fā)電機給負載供電;當斷電后,，由于飛輪的慣性作用,，會繼續(xù)帶動發(fā)電機的轉子旋轉,，從而使發(fā)電機能持續(xù)給負載提供電源(電能-動能-電能)，起到緩沖的作用,，同時啟動柴(汽)油機,。當油機轉速與發(fā)電機轉速相同時，油機離合器與發(fā)電機相連,，完成從市電到油機的轉換,。盡管其維護簡單，也比較穩(wěn)定,，但系統(tǒng)龐大,，操作不便，而且效率低,，噪聲大,，電力品質不高，技術條件的限制迫使人們采用這種蕞簡單的解決方案,。隨著電腦網絡,、醫(yī)療器械和精密儀器的不斷涌現和大量應用，旋轉式UPS已難以滿足要求,。因此隨著電力電子技術的發(fā)展,，另一種形式的UPS---靜態(tài)變換式UPS便應運而生了，這是我們目前蕞常見到的UPS類型,，也是絕大多數人對于UPS的概念,。
　　
　　從世界范圍來講，UPS的發(fā)展與應用在中國相對比較滯后,，這主要還是由于經濟相對落后造成的,。近些年，隨著國民經濟的不斷壯大,，國內客戶對UPS的需求逐漸擴大,。使得UPS得到了廣泛的應用。事實上,，絕大多數人從一開始接觸和了解的,，就是靜止式的電池UPS。談到動態(tài)旋轉式的UPS,，對很多人來講,，就是一個全新的概念了。這下您就要問了,，既然之前提到的動態(tài)式UPS有那么多的缺點,，已經基本上被電池式的UPS替代了，那么就沒有必要強調這個所謂的新的概念了吧。
　　
　　其實不然,，產品存在的價值是因為客戶的需要,。動態(tài)式UPS的存在，彌補了電池式UPS的不足,，動態(tài)式UPS結合自身的優(yōu)點,，經過幾十年不斷的發(fā)展和改進，在大功率市場,，已經獨樹一幟,，相比較電池式的UPS，單機功率范圍高,，優(yōu)勢明顯,，功能強大，具備了集成化的電源解決方案,，由于其結構簡單緊湊,，可靠性更高，并且隨著功率應用的增高,，其高效率產生經濟性更加突出,。因而在上的大功率市場，得到了廣泛的應用,。
　　
　　那么,，到底什么是動態(tài)式的UPS呢?有什么優(yōu)點呢?下面就處于地位的荷蘭海泰克電源保護有限公司典型的動態(tài)式UPS簡述一下。
　　
　　一,、系統(tǒng)描述
　　
　　該系統(tǒng)以簡潔而有效的方式不斷地對市電進行過濾,，并保護突發(fā)停電事故。動態(tài)式的UPS系統(tǒng)以其*的設計理念,，為用戶提供蕞優(yōu)化的UPS系統(tǒng),，保證用戶設施的正常運轉。根據燃料供應量的不同,，UPS能夠滿足不同時間長短的電源供應,。
　　
　　該系統(tǒng)主要由五個核心部分組成：
　　
　　⑴同步交流發(fā)電機,。在市電模式下，發(fā)電機的作用就相當于一個同步電容器,，它能保持感應耦合器外轉子(紅色)的轉速,。它為負載提供無功功率，與電抗器結合作為有源濾波器,。當市電斷電時,，發(fā)電機先由感應耦合器驅動，然后由柴油機驅動，提供電源給緊急負載使用,。
　　
　?、聘袘詈掀鳌８袘詈掀魇窃摦a品*設計的理念,，也是UPS系統(tǒng)的心臟,。外轉子(紅色)包含一個兩極三相線圈，在市電模式下,，它能加快自由轉動的內轉子(黃色)的轉速,。市電斷電時，UPS使外轉子的直流線圈通電,，藉此取出內轉子儲存的動能,。柴油機啟動并加速到全速運轉或者全功率需要些許時間，而由內轉子取出的能量足夠滿足這段時間的能量需求,。
　　
　?、亲杂奢嗠x合器。是感應耦合器/發(fā)電機與柴油機之間的機械橋梁,。離合器的作用是：當柴油機處于停止狀態(tài)時,，允許感應耦合器轉動;當柴油機開始運轉，并達到感應耦合器/發(fā)電機的轉速時,，離合器會自動接合,，柴油機便開始驅動感應耦合器/發(fā)電機。這樣,，柴油機就在*空載的情況下啟動并迅速加速運轉,，確保了機器迅速可靠地啟動。
　　
　　Hitec機組系統(tǒng)結構圖
　　
　?、炔裼蜋C,。柴油機在市電模式下是待機(停止)狀態(tài)。為確保柴油機能夠迅速可靠地啟動,，柴油機勻進行預熱并預先對其進行潤滑,。只要市電斷電或超出了規(guī)定要求范圍，柴油機就會立即啟動,，并加速至全速運轉,。柴油機啟動期間即由感應耦合器提供緊急負載所需能量。整個轉換時間約為5至10秒鐘,。
　　
　?、呻娍蛊鳌ｋ娍蛊?扼流圈)將市電與負載分開,。電抗器與發(fā)電機相連,，它相當于一個連續(xù)濾波器，UPS系統(tǒng)將輸出電壓控制在嚴格的規(guī)定范圍內。
　　
　　系統(tǒng)的其它部分,，如開關設備,，可以按照客戶選擇的開關品牌提供。
　　
　　UPS的操作十分簡便,，可通過數字式或模擬式的人機交互界面(HMI)進行操作該界面可以顯示整個UPS的運行情況,。此外，還可以通過接線,、串聯或互聯網實現遠程監(jiān)測,。
　　
　　UPS的控制是由名為DiCon的微處理控制器完成的。DiCon是一種通用的控制器,，能夠控制發(fā)電機電壓,、有功功率及無功功率、柴油機轉速及感應耦合器,。這種通用設計通過軟件進行設置,，以滿足所有可能的系統(tǒng)及配置需求。
　　
　　二,、系統(tǒng)運行
　　
　?、偈须娔Ｊ?/span>
　　
　　在市電模式下，電抗器和發(fā)電機的作用就相當于一個有源濾波器,，它們能夠防止任何市電干擾影響負載,。發(fā)電機相當于一個電動機運轉，驅動感應耦合器的外轉子,，使其以1500(50Hz)/1800(60Hz)rpm的速度旋轉,。通過激勵外轉子內的兩極三相線圈，就能使內轉子以3000(50Hz)/3600(60Hz)rpm相對于外轉子的速度旋轉,，這樣就將動能儲存在內轉子中,。感應耦合器的外轉子與柴油機藉由自由輪離合器相互分隔。
　　
　?、谇袚Q為柴油機模式
　　
　　當發(fā)生停電或市電超出了規(guī)定要求范圍,，斷路器Q1就會斷開。感應耦合器的直流線圈就會通電,，從而將儲存的動能從內轉子傳遞到外轉子,。發(fā)電機的速度會保持在1500(50Hz)/1800(60Hz)rpm。同時,，柴油機啟動,，并且在約2秒鐘加速至1500(50Hz)/1800(60Hz)rpm，然后自由輪離合器自動地結合,。在接下來的幾秒鐘內，柴油機與感應耦合器共同驅動發(fā)電機，以確保對緊急負載正常供電,。在5到10秒鐘之內,，柴油機將單獨驅動發(fā)電機為負載供電。
　　
　?、鄄裼蜋C模式
　　
　　當機器處于柴油機模式時,，外轉子內的兩極三相線圈會再次通電，使得內轉子重新加速至3000(50Hz)/3600(60Hz)rpm,。柴油機的速度會被監(jiān)測,，并進行數字化控制，以確保輸出頻率穩(wěn)定不變,。在柴油機模式下,，由于可以利用感應耦合器協助柴油機運轉，因此即使系統(tǒng)遇到負載變動幅度較大的情況,，系統(tǒng)的輸出頻率也能夠保持在一個很小的變動范圍之內,。
　　
　　④返回市電模式
　　
　　當市電穩(wěn)定后,，UPS會與市電同步,，并閉合斷路器Q1。柴油機將減速至1450(50Hz)/1750(60Hz)rpm,，因此自由輪離合器斷開,。同時，發(fā)電機返回到發(fā)動機狀態(tài),，并將感應耦合器的外轉子速度保持在1500(50Hz)/1800(60Hz)rpm,。這時，柴油機還將在空載狀態(tài)下繼續(xù)運轉一些時間以進行冷機,。完成冷機后,，柴油機會停止運轉，返回待機模式,。
　　
　　三,、系統(tǒng)的優(yōu)勢
　　
　　1.無電池解決方案!
　　
　　目前。電池式的UPS系統(tǒng)大的薄弱環(huán)節(jié),，就是電池組,。統(tǒng)計顯示，大功率的UPS中電池的價格占很大的比重,，一般約占UPS總價格的30%-50%,。在返修的UPS中，由于蓄電池的故障而引起UPS不能正常工作的比例大約為1/3,。動態(tài)式的UPS系統(tǒng)不使用電池,，而是用動能連接起柴油機啟動的時間,。這種系統(tǒng)不會出現因使用電池而引起的相關問題。
　　
　　2.UPS=電池式UPS+備用發(fā)電機
　　
　　與電池式UPS/備用發(fā)電機相比,，動態(tài)式的UPS系統(tǒng)的設計理念更為簡單有效,。電池式UPS+備用發(fā)電機的方案包含諧波濾波器、整流器,、電池組,、逆變器、靜態(tài)開關,、備用發(fā)電機等組件,，而荷蘭海泰克電源保護有限公司的UPS系統(tǒng)則將這些功能*集合在一個系統(tǒng)中。
　　
　　VS
　　
　　柴油機動態(tài)式的UPS的構架比電池式UPS更為簡單
　　
　　3.在線交互式系統(tǒng),，不使用任何電力電子組件
　　
　　動態(tài)式的UPS系統(tǒng)是在線交互式系統(tǒng),，它與市電并聯運轉。在線交互式系統(tǒng)的優(yōu)點就在于它將UPS系統(tǒng)與市電并聯起來,，而不是串聯即可達到改善市電品質的優(yōu)點,。傳統(tǒng)的電池式UPS系統(tǒng)要不斷地通過整流器和逆變器轉換電能，如此
　　
　　易造成共用點的故障,，降低系統(tǒng)的效率,。除電抗器外，并無其它電力轉換元件,，效率更是高達97%,。如果分析空調系統(tǒng)運轉所需的電能，通過長時間的系統(tǒng)運轉,，就能切實地體會到動態(tài)式UPS系統(tǒng)的節(jié)能效應,。
　　
　　4.電抗器+發(fā)電機=有源濾波器
　　
　　通過磁耦合抽頭電抗器(扼流圈)與發(fā)電機結合發(fā)揮了有源濾波器的作用，它能夠有效地凈化市電電壓,，防止所有的干擾影響負載,。此外，發(fā)電機能夠提供蕞高至14倍標稱電流的短路電流,，與傳統(tǒng)的系統(tǒng)相比,，這又是一大主要的優(yōu)勢。如果UPS的下游發(fā)生短路UPS將會在市電模式下排除故障,。傳統(tǒng)的電池式UPS系統(tǒng)則被迫轉換到旁路,，期望市電能夠排除故障。如果這時市電停電,，負載就會處于無保護狀態(tài),，容易發(fā)生負載斷電情況。海泰克的UPS系統(tǒng)在這種情況下不會轉換至旁路,，這一點是不容忽視的,。
　　
　　結論
　　
　　與傳統(tǒng)的UPS系統(tǒng)相比,，動態(tài)式的UPS系統(tǒng)有許多優(yōu)勢。這些優(yōu)勢包括節(jié)省空間,、安裝成本低廉,、節(jié)省運轉耗電量、不使用空調系統(tǒng),、不使用危害環(huán)境的電池、減少施加在機房上的結構重量,、不存在與備用發(fā)電機的兼容性問題,、可靠性更高、無需支付更換電池的巨大費用等等,。
　　
　　Hitec整套動態(tài)式系統(tǒng)結構圖
　　
　　產品存在的價值就是客戶的需要,，動態(tài)式UPS自身結構的原因決定了它只適用于大功率市場。以往選擇備用發(fā)電機組和電池式UPS的客戶,，如果使用的功率足夠大(500KVA以上)的話,，可以考慮使用動態(tài)式的UPS，這將是當前蕞佳的選擇,。