【文章內容簡介】 UPS 結構，每年即可節(jié)約電能 2,500,000 度，折合成煤炭約 2,500,000kg，這些煤將對環(huán)境造成多大污染，又將會向大氣中排放多少有害氣體！ 環(huán)保 環(huán)境污染的三個方面：可聞噪聲污染、電噪聲污染和大氣污染。由于高頻機結構的 UPS 工作在 20kHz 或 20kHz 以上，這個頻率已超出了人的聽覺范圍，所以可聞噪聲的污染就沒有了；又由于高頻機結構的 UPS 工作在 20kHz 或20kHz 以上，前面的輸入電路以做到輸入電壓和電流基本同相，消除了脈沖電流對電網的污染，也就將電噪聲污染降低到最低限度；如果再按照 RoHS 指令選擇產品，那么大氣污染也可基本消除。 省面積 節(jié)約原材料、減輕重量、節(jié)約成本和能量。如前所述，高頻機結構的 UPS在保證或高于工頻機 UPS 性能的情況下已將電路簡化到很低，所以占地面積已幾乎最小，這對機房的擴容和保證環(huán)境優(yōu)越提供了有利條件。 由此可見，高頻機結構的 UPS 是節(jié)能減排典范，又由于其性能遠遠高于工頻機 UPS，所以會很快成為主流產品，更值得注意 的是高頻機結構的 UPS在容量上已突破了 1200kVA 大關，而且又是模塊結構 (一個機柜中有 4個 300kVA 的UPS模塊 )這對于大型數(shù)據(jù)中心是一個福音。 綜上所述，當前的 UPS 選型應以高頻機結構和模塊化為先。 需要說明的是，高頻機和高頻機結構的含義是不同的。高頻機 UPS 是指輸入和輸出主電路的調制頻率在 20kHz 和以上者；而高頻機結構的 UPS 輸入和輸出主電路的調制頻率低于 20kHz 者。目前有些制造商在大功率范圍內還不能完全采用 20kHz 和以上的頻率，一般都低于 15kHz，在 10kHz 以下者為多數(shù)。但它的輸入電路采 用了高頻機結構的 Boost 升壓電路、高頻整流器和 Delta 變換器，同樣在不外加諧波濾波器和諧波抑制器的情況下將輸入功率因數(shù)做到 以上；其輸出電路也采用了半橋逆變器，取消了輸出隔離變壓器。這種工作頻率高于 50Hz 而低于 20kHz 的情況一般稱為中頻機，就是中間頻率的意思。又比如目前市場上 400Hz 和 1000Hz 的發(fā)電機就稱為中頻發(fā)電機。 [NT： PAGE=UPS 發(fā)展趨勢概述 $] 供電系統(tǒng)的容量指標選擇 由于不了解 IT 設備的變化，不少用戶在更新設備后不斷出現(xiàn)燒毀 UPS電源的事故而找不到原因，今后這將 是主要問題。 基本概念回顧 由于 IT 設備發(fā)展很快，數(shù)據(jù)機房中的設備更新也比較頻繁，由于作為供電設備 UPS的更新?lián)Q代周期較長，于是在 IT設備更新?lián)Q代中就出現(xiàn)了不匹配現(xiàn)象：UPS的功率器件燒毀現(xiàn)象頻頻發(fā)生。于是人們就提出了這樣的問題： 更新后的 IT設備功率并未增加，而且 UPS 指示的輸出功率并未過載，看起來和未更新設備前沒有兩樣，為什么 UPS就開始出故障了呢 ?這的確是一個值得注意的問題，而且隨著現(xiàn)代 IT 設備的發(fā)展，這種現(xiàn)象會越來越普遍。為了解決這個問題不得不對一些基本概念來一個簡單回顧，否則，以后選型時 還會重復這種現(xiàn)象。 在電子電器負載中有兩種性質的載：線性負載和非線性負載。這兩種不同性質的負載就表現(xiàn)出了不同的影響。 1)線性負載 所謂線性負載是指在這個負載上的電流和電壓的增量比值關系是線性的，即是一條直線，如圖 7(a)所示，式 (3)從數(shù)學上表示出了這種關系。從式 (3)可以看出，在這個負載上的電流和電壓的關系永遠是一個定值。 圖 7線性負載的特性 (3) 若 DI1=DI2，則 DU1=DU2，反之亦然。圖 7(b)示出了在線性負載上電流和電壓的動態(tài)關系。由此可以看出線性負載的特點是：電壓和電流成固定比例、電流電壓不突變、輸出波形和輸入波形一樣，不失真。電阻是典型的線性負載。 電容也是線性負載，對于這一點長期以來不少用戶都有相反的觀點，即認為容性負載是非線性的，也由此導致了選型的誤區(qū)。既然線性負載的特點是在阻抗值一旦定下來后，它自己在任何時候都是不變的，如果電容的容抗值也符合這個條件，那么它就是線性的，否則就是非線性的。電容的容抗 XC 數(shù)學表達式為： (4) 式中： = f 是電源頻率，單位赫茲 (Hz)，在我國就是 f=50Hz，是一個不變的定值。 C 是電容的容量值，單位法拉 (F)，一旦選定后也是一個不變的定值。其特性曲線如圖 8所示。 圖 8容性負載的特性曲線 2)非線性負載 所謂非線性負載是指在這個負載上的電流和電壓的關系不是線性的，換句話說電壓和電流的增量比值不是常數(shù)，如圖 9(a)所示，電流和電壓的關系曲線隨著電流的增加而開始彎曲，越來越變得平坦。從該圖中可以看出，這里的DI1DI2，但卻 DU1=DU2；又如圖 9(b) 圖 9非線性負載的特性 所示動態(tài)電壓電流波 形特性可以看出，如果工作在非線性區(qū)就出現(xiàn)了波形失真，電壓出現(xiàn)了突變。 從此可以看出非線性負載的特點：電壓和電流不成固定比例、電流電壓可以突變、輸出波形在一定時候出現(xiàn)失真。屬于這種負載的器件是電感類的磁器件。 通過對上面的討論可以看出這么幾點： ，輸入輸出波形無失真； ，在離開線性區(qū)后，輸入和輸出不成正比，而且出現(xiàn)失真； ，也只有感性負載才會造成失真。 由于整流負載的突變脈沖電流可以造成電壓波形失真，所以整流負載是電感性的、非線 性的，單相電源的輸入功率因數(shù)一般為 ；包括計算機在內的電子設備內部電源對輸入電壓而言都是整流負載，所以這些設備都是感性的。近年來由于 環(huán)保 和 綠色 的要求，這些整流負載都在進行補償，使其輸入功率因數(shù)盡量向 1靠攏，大部分已做到了 以上，一些較大的設備甚至做到了。也有的由于某些原因出現(xiàn)了過補償，個別的表現(xiàn)出了容性特點，這對供電電源而言并不是什么好事。 3)包括計算機在內的 IT負載性質 不少廠家和用戶的技術人員有一個這樣的概念： UPS 輸出的有功功率就是視在功率乘上負載功率因數(shù)，而且經過這 樣計算后得出的有功功率在任何性質的負載下，都可向負載提供該值。于是就造成了頻頻燒毀電源的故障。實際上在不同負載性質下， UPS 送到負載的有功功率有很大的差別，不了解這一點就會在設計機房供電時埋下隱患，下面將進行分析。 [NT： PAGE=UPS 供電系統(tǒng)的容量指標選擇 $] 為不同性質負載供電時的容量變化 1)UPS 為感性負載供電時 從前面的分析中可以看出， UPS輸出的無功功率是電容性的，換言之，電容器 C上的電容性無功功率是為了補償負載的電感性無功功率而設的。不言而喻，負載是電感性的，就是說一般 UPS 就 是為電感性負載設計的。這就決定了UPS對負載的選擇性。為了有一個定性的和定量的概念，借用舉例的方法進行說明。 例：一臺負載功率因數(shù)為 F= 的 S=10kVAUPS，帶功率因數(shù)為 F= 的10kVA 負載，這時候 UPS 的有功功率和無功功率是如何分配的 ? 圖 10UPS 帶感性負載時的能量關系 從前面的討論中可以知道，目前一般 UPS 的有功功率和無功功率是由兩個支路環(huán)節(jié)分別提供的。這種情況表示在圖 10(a)中。圖中灰色箭頭表示的是有功功率流動的路線，而空心箭頭表示的則是無功功率行動的路線。由于 UPS 逆變器的輸出電壓 是固定的，所以在一定的功率下，逆變器就像自來水管一樣可以看成是電流通道，如圖 10(b)所示的那樣，有功電流和無功電流分別從兩個管道中流出，匯合后提供給負載。這種匯合