信息技术已经广泛深入应用到工业领域的生产、运营、管理等各个环节,工业生产正向精细化发展,各种高端、精密设备大量投入使用。集成电路晶圆代工企业的精密设备,大型钢铁集团轧钢厂所采用的自动化进口设备,海洋作业和船舶的通讯、导航系统,石油化工企业生产线所用的自动控制设备、DCS、计算机等,即便是短暂的电压闪变、跌落或瞬时供电中断也会造成整个生产过程的停滞、产品报废,甚至设备损坏。因此,提升系统的可靠性,是工业企业在动力平台建设过程中首先考虑的问题。

　　使用环境和负载是选配工业 UPS 需要考虑的两大因素

　　物理环境通常在工业企业选配 UPS 时被忽略。由于受生产、制造现场因素的影响,工业应用环境中普遍存在着高温、潮湿、粉尘量大、空气污染严重等问题。在特殊工业场合,环境中的空气还可能含有腐蚀性气体,或者在震动的情况下发生机体倾斜,这些都容易造成 UPS内部部件短路而发生供电故障。因此,这就要求UPS 具有超强的环境适应能力,以综合的高性能表现来应对恶劣环境的考验。

　　从电气环境看,生产线的精密生产设备对电源向来有着十分苛刻的要求,工业应用现场的电网污染非常严重,还时常面临特殊电力供应和特殊的行业标准。作为工业供电系统的核心,工业用 UPS 要具备在任何负载和电力供应的情况下都能够向负载提供优质电能的特质,彻底消除电网瞬间中断和各种电波扰动对工业设备系统的影响,有效防止电网过压对负载的危害,保证关键工业流程及控制的可靠运行。

　　负载特性更是影响选配工业用 UPS 的重要因素。在工业自动化生产上,由于使用用电设备种类多、差异大,负载特性比较复杂,往往总负载呈现感性负载,电流波动比较大,会对电源带来较大冲击。因此,在为超过UPS 输出功率因数范围的感性负载或混合型负载选配 UPS 时,负载的稳态电流和瞬态峰值电流及持续时间是一个重要的考量条件,由于考虑不当而选择的UPS功率过大会造成客户资金的浪费,选择UPS功率过小又会对可靠的负载保护产生影响,这些都是我们在选择时所要避免的。

　　伊顿 UPS 在工业领域的应用

　　作为全球动力管理公司,伊顿 UPS 解决方案在制造、交通、能源、船舶、医疗等工业领域,特别是在一些特殊的工业环境中,赢得了用户的认可和赞誉。

　　针对工业应用环境中的大量粉尘和腐蚀气体,在改善运行环境的同时,伊顿许多型号的UPS 在设计上采用了三防处理,不仅是电路板,包括所有的连接件以及插头也都做了防护处理。另外,专为特殊环境设计的高 IP 等级的 UPS 密闭柜体结构设计配合散热系统,即使在高温的粉尘环境中,也能做到有效防尘过滤。例如,Eaton 9395 系列和 93E/93PR 系列 UPS在设计时就充分考虑到了在条件比较差的环境中灰尘的影响,其密闭风道式冷却系统、标配防尘过滤网,以及前进风的设计可有效降低环境灰尘对机器的影响。因此,在化纤厂、钢铁制造厂、半导体行业等工业领域已经取得大量成功实践。更值得一提的是,伊顿船用型 UPS 解决方案最高防护等级可达 IP 54,并且整体结构和连接件都进行了防震加固,内部部件的固定与连接均进行了防震处理,在船舶内部及海面平台等特殊工况下,对主机的大幅摆动、液体侵入、防触电、抗震等做到了有效防护。

海上作业平台

　　一些典型的工业感性负载瞬间启动电流和额定稳态电流差异比较大,选配 UPS 时需要重点考量逆变器的瞬时过载能力。例如,Eaton 9EHD UPS 在逆变器的配置上,可以做到在过载 105% 的情况下持续运行,过载 150% 的情况下运行 60 秒,即便在过载超过 150% 的情况下也能运行 500ms。对于典型工业感性负载的瞬态启动电流持续时间来说,伊顿 UPS 强大的瞬时过载能力,以及先进的 ESS 交流直供技术,都为工业性负载提供了强大的支持。另外,正确理解 UPS 的过载能力,有助于用户选配容量适合的 UPS 产品,保证 UPS 提供高效、可靠的电力保护的同时,降低采购成本。

伊顿9395高效机型输出功率因数范围:-0.7(leading)~+0.8(lagging)

　　工业领域选配 UPS 解决方案的典型误区

　　工业领域应用必须要用专门设计的工业机或工频机?这个问题不能一概而论,需要根据工业应用的具体物理环境、电气环境和负载进行综合判断(可参考下图)。

工业应用需求于常规商用 UPS设计之间的显著差异

　　一些对工频机含有输出变压器的优势描述中,强调了其抗干扰和耐冲击能力等特性,一些用户也认为工频机含有输出变压器,因此更适合用于特殊的工业环境中。变压器在工业应用中的作用主要是为了应对特殊的电力供应和感性负载、电容性负载以及大型单相负载。但是,实际情况下变压器在抗冲击、保护电源方面有很大的局限性,而UPS逆变器在设计本身就已经具备了很好的抗冲击和抗干扰能力,若仅以此目的来引入变压器作用就不大了,并且还降低了电源系统的效率和可靠性。而工频 UPS 的输出变压器则是为了在电流产生变化时电压不变,以保证输出电压的动态性能,并且在常规应用环境中以开关电源负载为主,这与工业应用中的变压器作用完全不同。

　　因此,工频 UPS 带有输出变压器并非是工业应用选配 UPS 的必要依据。中国电源工业协会副理事长王其英在《谈高频机型 UPS 和工频机型 UPS 的“耐冲击能力”》一文中,也详细讲解了工频 UPS 中变压器的作用和耐冲击机理。他指出,变压器抗干扰是一个很大的误区,并且只是简单的从工频 UPS 带有输出变压器得出其更适用于工业领域的论点,是对相关技术没有严谨的科学认识,这与伊顿观点可谓英雄所见略同。

　　随着工业自动化进程的不断发展,伊顿 UPS 解决方案以其高可靠、高可用的特性,超强的抗过载能力,先进的设计及 ESS 交流直供技术,破除了工业应用中物理环境苛刻、电气环境复杂、负载能力要求高的“坚冰”,正在成为工业领域 UPS 应用的理想之选。

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