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高频机型UPS的几个“致命弱点”论值得商榷

来源:UPS应用 作者:机房360转载 更新时间:2010-10-21 15:20:35

摘要:UPS从诞生到现在,已经有几十年的历史了。随着电力电子技术的迸步和发展,目前已迸人高频机UPS逐步代替工频机UPS的年代,当然替代的过程并不是一帆风顺。人们已经习惯于使用工频机UPS,突然要更换另一种机型UPS还不能马上适应,所以自然而然地认为工频机UPS技术成熟,同时对高频机UPS的一些指责也容易接受,就这样一拍即合。

  UPS从诞生到现在,已经有几十年的历史了。随着电力电子技术的迸步和发展,目前已迸人高频机UPS逐步代替工频机UPS的年代,当然替代的过程并不是一帆风顺。人们已经习惯于使用工频机UPS,突然要更换另一种机型UPS还不能马上适应,所以自然而然地认为工频机UPS技术成熟,同时对高频机UPS的一些指责也容易接受,就这样一拍即合。岂不知在一定程度上损害了用户的利益,也有悸于当今的节能国策。常常会听到用户有这样的说法:"高频机UPS是好东西,但由于我们的业务非常重要,要求供电的可靠性非常高,所以还是用工频机UPS可靠"。言下之意,高频机UPS并不可靠。岂不知可靠性是设计出来的,即一台机器的可靠性如何取决于采用了哪一级可靠性标准。举一个简单的例子,一个UPS中常用的12Ommx12Omm的轴流风机,有十几元一只的,也有上百元一只的,价格差了近10倍,哪一个可靠性高呢?不言而喻,当然是上百元一只的可靠性高。叉如某品牌的9315系列UPS,人称"标王",意思说每次投标其价格最高,但运行起来可靠性也最高,很少出故障;而同一品牌的同功率PB4000系列肌]史且侍多,而故障也多。当然用户对高频机型UPS的这种担心不是没根据,其根据就是来自某些方面的误导宣传。甚至有的将这些宣传材料上升为"高频机结构UPS的致命弱点"。虽然问题的提出者只是少数,但影响颇大,发布在网上,就好像写此文章的人很多,确实在观点上影响了不少用户,甚至有些技术人员也受此影响。为了将这些问题搞清楚,使人们对产品有一个科学的看法,下面就这几个方面进行讨论。
  
  1.IGBT整流器可靠性偏低
  
  持这种看法的"根据"有两个:
  
  (1)认为IGBT器件的过载能力不如晶闸管(俗称可控硅SCR)高。为了证明这个论点,有人就举出两种器件过载能力的例子:SCR可过载到10倍额定电流2Oms,而IGBT过载到10倍额定电流时只能坚持20μs,就是说过载能力差了1000倍。就根据这一点说IGBT器件的可靠性不如SCR是不是公平呢?这要追溯到它们的过载能力为什么不同,难道说IGBT的过载能力只能在10倍额定电流下坚持2Ops吗?当然不是。器件设计者是根据其必要性而选定的。SCR不是全控器件,即一般在交流电路中只能控制其开启而不能控制其关断,SCR一旦开启只有等到电压或电流过零时才能自动关断,如图l(a)所示。这种器件的工作原理就决定了其过载能力不但要强,而且还必须能承受过载较长的时间。比如在图l(a)中SCR在时间t2被触发而开启,假如此处对应的时间t2=1ms,而此时输出端正好出现过流甚至于超过10倍,由于在此处无关断机制,那么它必须在f,(5OHz的半周)之前的大约1Oms的时间内能承受这种过流而不损坏。否则,若这种器件耐过载时间短,比如是1ms,器件损坏的几率就太高了,就会烧毁。但IGBT就不同了,因为它不但可以随时开启而且也可以随时被关断,如图l(b)所示,它在门被打开而在砧又被关断。目前IGBT的工作频率最高可达15OkHz,即一个开启与关断周期约7μs,所以2Oμs对IGBT从发现过载到关断的时间而言已经足够长了。就是说IGBT的过载时间不需要做得那么长,即使厂家再将其过载时间延长上千倍又有何用。
  
  目前大功率UPS的调制频率多数在l5kHz以下,比如1OkHz就是每半周100个脉冲,每个脉冲的宽度为O<T<1OOμs,当出现过流或短路时,IGBT可在任何一点随时关断。既然可以随时关断又何必将过载时间做得那么长。因此,将两个关断机制与性能不一样器件的过载能力进行比较有些牵强。


  
  (2)据说,由于高频机结构UPS至今还没有找到大磁通量的材料,以致使其"升压电感"温度过高,可靠性降低。甚至还断言:正因为如此(指没找到大磁通量的材料),导致UPS产业迟迟本能制造出可靠性足够高的大功率高频机型UPS。
  
  其原意说的是"升压电感"的质量问题,为了提高该电感的可靠性所提出的材料指标却又是变压器的。这个基本概念问题把人们搞糊涂了,到底说的是电感还是变压器?因为这二者所选材料的主要参数是完全不一样的,变压器需要大磁通量的材料,这从式(1)所示的变压器绕组计算公式


  
  可以看出:
  
  式中N为变压器绕组匝数;
  
  U为加到绕组上的电压;
  
  F为电压的频率,
  
  B为磁通密度,
  
  Sc为变压器铁心截面积。

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