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UPS电源新的发展翅程、发展方向与概念

  1、重庆UPS电源的发展过程 自20世纪70年代静止式UPS电源问世以来,从最初的SCR分立式UPS发展到今天的采用全控型功率器件,具有智能化的UPS总共经历了40年,在这40年中UPS 直在朝着减小体积和质量,提高性能指标的方向发展。

  UPS之所以发展得这么快,有以下四个原因:

  1、现代通信、电子计算机及其网络的高速发展,以及其应用领域的迅速扩展,对电能质量和可靠性的要求越来越高,特别是对不间断供电的要求日益迫切,促使了UPS的发展;

  2、新型大功率开关器件的迅速发展为UPS的发展创造了条件;

  3、电力电子技术(电子技术、器件研制、重庆蓄电池制造和生产技术和控制技术)的飞速发展,为UPS的发展奠定了理论基础;

  4、专业科技人员对电能的变换方式和方法的研究与更新,直接提高了UPS的发展速度。从技木发展、电能变换方式和UPS结构形式上来看,UPS的发展可以分成以下四个阶段。

  ①1970~ 1980年,是UPS的早期发展阶段,这个阶段的UPS是以半控开关器件SCR为开关,用多重叠加法改善输出电压波形,用调节两个电压相量之间的夹角来调节电压,采用分立元件和分立结构的全分立式UPS,即把整流、逆变器和旁路部分分别做成独立的设备,到现场进行组装连接后才能构成一个完整的UPS系统:把这种UPS称为第一代UPS,其特点是性能差、效率低、可靠性差、体积和质量大、噪声大、对外干扰也大。

  ②1980一1990年,此时的IGBT全控器件已经出现,但由于其功率小、应用技术尚未成熟、价格也贵,还没有达到普及用的程度,因此采用CTR做开关,用SPWM逆变器与三端口变压器构成的串联调整式=端口的UPS成了当时最流行的 UPS。把这种UPS称为第二代UPS,其特点是整机效率高、可靠性高、抗电磁干扰能力强,缺点是体积和质量大、有噪声。

  ③1990~ 2003年,随着UPS技术的更新与发展,新型的大功率全控器件IGBT的应用技术已经成熟,并达到了大量应用的程度。在这个时期,采用IGBT作为 SPWM逆变开关的新型交一直一交双变换结构形式的在线式UPS得到了普遍应用,这种双变换结构形式的UPS有一个很大的优点,就是可以利用当时先进的 SCR多相相控整流器与IGBT SPWM三相半桥式逆变器串联组成交一直、直一交今功率变换在线式LiPS,可以完全不受市电电源污染的影响,大大提高了UPS输出电能的质量,成了当时应用最为普遍的一种UPS。把这种UPS称为第三代UPS,其特点是输出电能的质量高、可靠性高、对市电电网的适应能力强、总变换效率也很高,是当时最受人们欢迎的先进型UPS。

  ④2003—2010年,在此期间,人们对第三代UPS进行了深入的研究,发现在体积、质量和变换效率上还有潜力可挖,因此就提出丁第四代 UPS(小功率应用早在1991年就出现了) 所谓第四代LIPS.实质上就是用具有功率因数校正功能的IGBT SPWM高频开关式Boost PFC整流器,取代用输入整流变压器升压的SCR多相相控整流器的一种UPS。把这种UPS称为高频UPS,被取代的UPS则称为工频UPS。

  2、 新UPS电源的发展方向 今后UPS的发展方向是用高频UPS取代用输出变器升压的SCR多相相控整流器的第三代UPS。当前普遍采用的第三代UPS有两个缺点:一是体积和质量大;二是市电输入电流的谐波含量大,市电输入功率因数低。

  首先,由于第三代UPS采用的是SCR多相相控整流器,这种整流器是一种降压型变换器,而SPWM逆变器也是一种降压型变换器,所以市电电源经过两次降压变换后,要想与市电电压拥有相同的输出电压等级,就必须要用市电输入多相整流变压器或UPS输出隔离变压器来升压,这样就增大了UPS的体积和质量。其次,SCR多相相控整流器是一种具有位移因数的时滞环节的整流器,它的市电输入电流的谐波含量大,谐波含量受负载大小的影响也较大。增加输入整流变压器的相数或在输入端增设一个无源滤波器虽然可以减少市电输入电流的谐波含量,但无法解决币电输入电流的谐波含量与相控引发的位移因数受负载大小影响的问题。

  影响的程度以6脉波整流方式为例,虽然使用增大滤波器的办法可将市电输入电流的 THDi降低到5%一10%.将市电输入功率因数提高到0.99,但由于负载对TH-Di及位移因数的影响也只能在负载率大于60%时才能做到,当负载率低于40%时是根本做不到的,再则,SCR相控整流是一种时滞环节,受位移因数的影响也很大。而对于第四代高频UPS,由于采用的是IGBT SPWM高频Boost PFC整流器,它是一种消除了位移因数影响的高速整流器,故即使在10%~1 000/e负载范围内也可以保持市电输入电流的THDi在5%~ 10%,并使市电输入功率因数大于或等于0.99的功率上。

  表1-4各种UPS在不同负载时的输入谐波含量

  负载率空载25%负载50%负载>75%负载

  整流方式

  6脉波整流86%50%40%30%

  6脉波+5次滤波器50%30%15%~20%10%~12%

  12脉波整流20%15%12%9.5

  12脉冲+11次滤波器12%~15%8%~12%5%~8%4.5%

  由以上的介绍可知,第四代UPS也即高频UPS采用IGBT SPWM高频Boosst PFC整流器取代了具有输入变压器的SCR多相相控整流器,由此带来的好处是:可以不再需要升压变压器;减小了UPS的体积和质量;消除了位移因数的影响;可以把市电输入电流的THDi降低到5%以下而不受负载率大小的影响;可使市电的输入功率因数提高到0.99以上。因此,第四代ups被认为是当今UPS电源的发展方向。

 

发表日期:2015年8月26日 -作者:longer admin
 
   

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