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中国竟彩网app:UPS不間斷電源 簡談柴油機動態式

[日期:2014-04-25]   來源:  作者:   閱讀:990次[字體: ]

竞猜推荐app www.iripyp.com.cn         提到柴油機動態式不間斷電源UPS,可能很多專業的UPS電源工程師都很陌生。本文就簡要介紹柴油機動態式不間斷電源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展。
  
  從UPS的發展歷史來說,經歷了兩個階段:旋轉(動態)式UPS和靜態變換(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、飛輪和發電機組成。在市電供電情況下,電動機帶動飛輪和發電機給負載供電;當斷電后,由于飛輪的慣性作用,會繼續帶動發電機的轉子旋轉,從而使發電機能持續給負載提供電源(電能-動能-電能),起到緩沖的作用,同時啟動柴(汽)油機。當油機轉速與發電機轉速相同時,油機離合器與發電機相連,完成從市電到油機的轉換。盡管其維護簡單,也比較穩定,但系統龐大,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最簡單的解決方案。隨著電腦網絡、醫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展,另一種形式的UPS---靜態變換式UPS便應運而生了,這是我們目前最常見到的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。動態式UPS的存在,彌補了電池式UPS的不足,動態式UPS結合自身的優點,經過幾十年不斷的發展和改進,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。因而在國際上的大功率市場,得到了廣泛的應用。
  
  那么,到底什么是動態式的UPS呢?有什么優點呢?下面就處于國際領先地位的荷蘭海泰克電源?;び邢薰鏡湫偷畝経PS簡述一下。
  
  一、系統描述
  
  該系統以簡潔而有效的方式不斷地對市電進行過濾,并?;ね環⑼5縭鹿?。動態式的UPS系統以其獨特的設計理念,為用戶提供最優化的UPS系統,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。
  
  該系統主要由五個核心部分組成:
  
 ?、磐澆渙鞣⒌緇?。在市電模式下,發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。
  
 ?、聘杏︸詈掀?。感應耦合器是該產品獨特設計的理念,也是UPS系統的心臟。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。
  
 ?、親雜陜擲牒掀?。是感應耦合器/發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/發電機。這樣,柴油機就在完全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機組系統結構圖
  
 ?、炔裼突?。柴油機在市電模式下是待機(停止)狀態。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。
  
 ?、傻緲蠱?。電抗器(扼流圈)將市電與負載分開。電抗器與發電機相連,它相當于一個連續濾波器,UPS系統將輸出電壓控制在嚴格的規定范圍內。
  
  系統的其它部分,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及配置需求。
  
  二、系統運行
  
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  在市電模式下,電抗器和發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*影響負載。發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。
  
 ?、誶謝晃裼突J?br />   
  當發生停電或市電超出了規定要求范圍,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電機為負載供電。
  
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  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測,并進行數字化控制,以確保輸出頻率穩定不變。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,因此即使系統遇到負載變動幅度較大的情況,系統的輸出頻率也能夠保持在一個很小的變動范圍之內。
  
 ?、芊禱厥械縋J?br />   
  當市電穩定后,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,發電機返回到發動機狀態,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下繼續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、系統的優勢
  
  1.無電池解決方案!
  
  目前。電池式的UPS系統最大的薄弱環節,就是電池組。統計顯示,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。動態式的UPS系統不使用電池,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+備用發電機
  
  與電池式UPS/備用發電機相比,動態式的UPS系統的設計理念更為簡單有效。電池式UPS+備用發電機的方案包含諧波濾波器、整流器、電池組、逆變器、靜態開關、備用發電機等組件,而荷蘭海泰克電源?;び邢薰鏡腢PS系統則將這些功能完全集合在一個系統中。
  
  VS
  
  柴油機動態式的UPS的構架比電池式UPS更為簡單
  
  3.在線交互式系統,不使用任何電力電子組件
  
  動態式的UPS系統是在線交互式系統,它與市電并聯運轉。在線交互式系統的優點就在于它將UPS系統與市電并聯起來,而不是串聯即可達到改善市電品質的優點。傳統的電池式UPS系統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%。如果分析空調系統運轉所需的電能,通過長時間的系統運轉,就能切實地體會到動態式UPS系統的節能效應。
  
  4.電抗器+發電機=有源濾波器
  
  通過磁耦合抽頭電抗器(扼流圈)與發電機結合發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*影響負載。此外,發電機能夠提供最高至14倍標稱電流的短路電流,與傳統的系統相比,這又是一大主要的優勢。如果UPS的下游發生短路UPS將會在市電模式下排除故障。傳統的電池式UPS系統則被迫轉換到旁路,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?;ぷ刺?,容易發生負載斷電情況。海泰克的UPS系統在這種情況下不會轉換至旁路,這一點是不容忽視的。
  
  結論
  
  與傳統的UPS系統相比,動態式的UPS系統有許多優勢。這些優勢包括節省空間、安裝成本低廉、節省運轉耗電量、不使用空調系統、不使用危害環境的電池、減少施加在機房上的結構重量、不存在與備用發電機的兼容性問題、可靠性更高、無需支付更換電池的巨大費用等等。
  
  Hitec整套動態式系統結構圖
  
  產品存在的價值就是客戶的需要,動態式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,可以考慮使用動態式的UPS,這將是當前最佳的選擇。

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