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机电设备企业UPS电源解决方案

来源:机房360 作者:中达电通 更新时间:2010-2-24 16:41:54

摘要:西陵输变电设备有限公司的精密数控机床因市电供电质量问题,常导致几万、甚至几十万的部件损坏。UPS供电系统的建设目的,是通过UPS供电系统给精密设备供电,为用电设备提供高质量的、不间断电源,来保证用电设备正常工作。


  第二章 台达UPS电源供电方案
  
  1. 供电系统结构图:

  2. UPS电源供电解决方案
  
  本方案主导思想是本着节省、可靠、简洁高效的原则来制定。尽量结合现场特点,为客户度身定制成本最低、性能最优的UPS供电解决方案。
  
  我们建议规划为UPS集中供电的解决方案,采用1台UPS的输入交流可以选择采用输入配电柜供给UPS市电输入,再经过UPS电源的单机系统给输出配电柜供电,重要关键负载(稳压器、数控机床设备)全部由UPS输出配电柜配电供电,次要负载(厂区照明设备、空调设备、消防设备等)全部由输入配电柜配电供电。
  
  2.1 数控机床负载特性测量:
  
  针对工厂生产设备----数控机床设备特殊的负载特性,我们曾经对广州丰田发动机生产厂的数控机床设备进行波形采集,并测试了1小时的电流跟踪。如下图:

  从上图我们可以看到,负载电流谐波很大,测量谐波量会达到26%,这些谐波会串扰到其他设备的电力输入系统,除了会导致损耗加大、电容寿命缩短、继电器和开关误动作外,更重要的是会导致其他生产设备—数控机床生产精度变差,生产出残、次品。

  上图粉红色为一段时间的负载电流变化曲线,我们可以看到负载电流会从100A左右,突变到最大170A,负载电流变化率非常大,达到了70%,这对UPS逆变器耐受冲击性能、和负载突变时的电压变化量要求都非常高。
  
  2.2 UPS电源容量的核算:
  
  根据用户实际整个负载最大(夏季高温期)时为430KVA,空调设备、照明设备等非关键性负载为215KVA,关键负载(稳压器及数控机床生产设备)为215KVA作为选择UPS容量的参考依据。
  
  2.3UPS容量的核定
  
  实际数控机床设备功耗:P机床关键负载=215KVA
  
  1) 为保证UPS电源正常工作,为保证UPS长期稳定地运行,负载容量一般为UPS容量的70%-80%。
  
  2) 作为UPS电源的负载----数控机床的核心组件为电机,为感性负载;尽管每个数控机床内部均有变频器可以使电机得到平缓启动,其启动冲击电流为额定电流的1-3倍;(如果没有变频器的情况下电机的起动电流为额定电流的5-7倍),考虑到数控机床设备的安全可靠运行,数控机床启动时冲击电流过大而导致UPS电源转旁路,故UPS容量应适当放大正常使用的容量(放大1.3倍启动安全系数)。
  
  UPS电源设计容量=372.67KVA
  
  A/基于上面的分析,结合我们测量的负载设备的电流波形及曲线,我们为客户选用的UPS容量为400KVA。
  
  蓄电池容量及时间的选定
  
  B/电池延时时间,我们选择根据客户实际情况,选择为10分钟。此时间足够客户的数控机床设备完成一个生产周期,并且保护并安全关闭设备。
  
  因为UPS实际工作时,负载一般不变,是个固定值,所以电池放电的功率也相对固定,可视为恒功率放电,因此电池容量计算按恒功率法计算,计算步骤如下:
  
  P(W)电池提供总功率P(VA)UPS标称容量(VA)
  
  PfUPS功率因数η逆变转换效率
  
  Pnc每节需要提供的功率n机器配置的电池数量
  
  P(W)={P(VA)*Pf}/ηPn每节电池所提供的功率
  
   台达NT系列400KVAUPS,输出功率因数Pf=0.8,额定容量为400KVA,逆变效率0.95,额定电池电压为348V,所以需要12V电池29节。所以每个电池单体需要提供的功率为:
  
  
  
   根据中达电通DCF126-12/150电池的恒功率曲线表,可查得,中达电通DCF126-12/150AH电池放电至每单体1.70时10分钟恒功率放电功率为513W,1040.53W/513W=2.02组,取整数2组,满足系统要求,所以该电源系统应配置12V/150AH电池58节。
  
  2.4UPS电源方案优点说明
  
  1)通过UPS系统供电有如下优点:
  
  2.4.1 UPS设备输出电压稳定度高,输出电压谐波小。
  
  台达UPS,输出电压稳定度为±1%(线性负载),非线性负载为±3%,输出电压谐波≤3%,能够有效解决欠压、断电等电力质量问题。为数控机床设备提供可靠稳定的电力供应。
  
  2.4.2负载适应性强,可带冲击性较强的负载;
  
  台达UPS采用全桥逆变架构,内置输出隔离变压器,抗冲击能力强,逆变器过载能强,可达125%10分钟,150%60秒。
  
  2.4.3输出电流谐波小,不会影响干扰其他设备正常工作;
  
  我们建议客户选用的是采用12脉冲整流器的UPS,其输入电流谐波可控制在10%之内,符合国家一类标准,比一般此架构UPS的30%的电流谐波,大大降低。因此,使用,此装置不会影响到其他设备的正常工作。
  
  2)UPS电源系统集中给负载供电的优势:
  
  【1】 实现关键负载和非关键负载的完全隔离,提高了对关键负载数控机床设备的供电可靠性。
  
  【2】 通过UPS电源供电可以保护关键负载设备的不间断连续工作,一劳永逸的解决了生产线供电的问题。能大大提高产线的生产率。
  
  【3】 由于UPS设备安装在低压配电室,可以避免产线的油污对UPS造成的影响,可大大提高UPS供电的可靠性的延长UPS寿命。
  
  【4】 由于单台生产设备的冲击性和负载波动性都很大,必须配置容量余量较大的UPS,但在整个产线来看,由于负载不是同时达到最大值和同时启动,因此它们的波动和冲击等可以相互补充,这样,整个系统的UPS配置较单台配置UPS来的小很多,即整体UPS的配置容量会小很多,大大降低了UPS配置成本。
  
  【5】 通过UPS电源供电可以回避因交流突然停电造成的机床刀具损坏,通过UPS电源后备蓄电池,完全可以规划各个正在工作的数控机床完成一个工作周期并正常关机,免受损失。

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