英威騰:采用碳化矽功率器件的UPS更加高效節能
如今,隨著技術的發展,靜態UPS的功率損耗逐漸下降。早期具有輸入和輸出變壓器的采用晶閘管技術的在線式UPS(簡稱雙變換式UPS或IEC的“VFI”)的滿載運行效率僅為83%-85%。而目前采用晶體管(IGBT)技術的高頻在線互動式UPS的滿載效率可達到95%-97%。
更加高效,熱量更少
當今的UPS的能源效率提高了15%,而冷卻需求卻在下降,提高了其可靠性。模塊化UPS的平均故障間隔時間(MTBF)從不足2.5萬小時上升到15萬小時;輸出電壓波形失真從5%降低到1%;噪音從95dBA降至70dBA;占地麵積甚至減少了90%。
即使雙變換UPS,其效率也達到了96.8%,每千瓦容量的成本降到了以往的最低水平。這對用戶來說是有利的,但廠商從UPS獲利的唯一方法是提供售後服務。
歐洲廠商生產的UPS基本都取消了變壓器,而在北美,無變壓器的UPS仍然是一個新事物,像APC這樣的廠商也采用了在線互動式拓撲結構,雖然沒有任何頻率的保護,並不是技術上的“在線”式,盡管是這樣,這種架構的UPS在穩定的電網中仍然工作得很好。
上世紀90年代,Invertomatic公司在瑞士推出了經濟模式(ECO模式,工作原理如圖1)UPS,但市場銷售情況並不樂觀。之後行業廠商推出的模塊化UPS解決了大多數數據中心的部分負荷問題。經濟模式的原理很簡單:當市電穩定時,UPS自主切換到旁路模式供電,降低電力損耗,特別是無變壓器設計的UPS,該模式下UPS整流器仍然工作,為蓄電池充電(需要比飛輪UPS低得多的功率),而逆變器處於待機狀態,旁路(晶閘管開關)開通為負載供電,直到電力出現異常,此時UPS的靜態開關將負載轉移到逆變器,運行在該模式的UPS有個顯著的缺點,就是UPS工作在旁路時並沒有電源質量的改善。

現在有一些“先進”的經濟模式UPS切換時間為2ms而不是4ms,有些則會監測負載失真並做出關於電網的決策,但是基本理念仍然如此,如果電力是穩定的,那麼就可以節約電能。
然而這通常會有風險,而經濟模式也沒有什麼不同。每當電力出現偏差時,負載就會從旁路切換到正常模式,這與雙變換UPS所提供的保護完全相反。這種切換代表著負載麵臨風險,雖然這種風險可能很小,但用戶必須將與其回報進行平衡。
隨著電力成本的上升和概念的推廣,經濟模式已被人們所接受,然而效率並不總是用戶期望的最重要的指標。
采用碳化矽(SiC)的UPS更節能高效
采用經濟模式運行的UPS,具有極大的優勢,但最新開發的碳化矽技術可能會抵消經濟模式的優勢,目前晶體管製造都是傳統可控矽器件,對於UPS來說,絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)的功能越來越強大且可靠。
采用IGBT器件的UPS有一個明顯的缺點,其開關的速度越快(以獲得更高的精度),電力損失就越高。這主要是因為模塊效率的上限為96.8%,而采用碳化矽器件,理論上可將雙變換UPS效率提高至98%~99%。
合成的碳化矽粉末自1893年以來已經批量生產,采用碳化矽製造的IGBT最初的成本很高,但節能效果也很顯著,而且所有這些都不會將關鍵負荷轉移到電網中,不會增加電力轉換的風險。
在模塊層麵上,碳化矽主要有兩個好處:更(geng)小(xiao)的(de)芯(xin)片(pian)尺(chi)寸(cun)和(he)更(geng)低(di)的(de)動(dong)態(tai)損(sun)耗(hao)。在(zai)係(xi)統(tong)層(ceng)麵(mian)上(shang),這(zhe)些(xie)優(you)勢(shi)可(ke)被(bei)以(yi)多(duo)種(zhong)方(fang)式(shi)利(li)用(yong)。低(di)動(dong)態(tai)損(sun)耗(hao)帶(dai)來(lai)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)的(de)顯(xian)著(zhu)增(zeng)加(jia),將(jiang)提(ti)供(gong)減(jian)輕(qing)重(zhong)量(liang)和(he)減(jian)小(xiao)體(ti)積(ji)的(de)機(ji)會(hui)。值(zhi)得(de)一(yi)提(ti)的(de)是(shi),無(wu)需(xu)額(e)外(wai)的(de)冷(leng)卻(que)能(neng)力(li)就(jiu)可(ke)實(shi)現(xian)功(gong)率(lv)的(de)增(zeng)加(jia),因(yin)為(wei)與(yu)可(ke)控(kong)矽(gui)器(qi)件(jian)相(xiang)比(bi),碳(tan)化(hua)矽(gui)帶(dai)來(lai)實(shi)際(ji)的(de)損(sun)耗(hao)減(jian)少(shao),可(ke)以(yi)在(zai)相(xiang)同(tong)的(de)冷(leng)卻(que)條(tiao)件(jian)下(xia)得(de)到(dao)更(geng)高(gao)的(de)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)。低(di)功(gong)率(lv)損(sun)耗(hao)可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)能(neng)效(xiao),允(yun)許(xu)設(she)計(ji)更(geng)高(gao)效(xiao)率(lv)的(de)逆(ni)變(bian)器(qi),因(yin)此(ci)應(ying)用(yong)在(zai)UPS上更加高效節能。
因此,采用碳化矽可以不再采用經濟模式運行UPS,甚至可以淘汰在線互動式UPS,當用戶能夠以不到1%的電能損失,卻可以獲得電壓和頻率保護的全麵保護時,誰會需要UPS運行在經濟模式呢?
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關於英威騰:
英威騰,成立於2002年,致力於成為全球領先、受人尊敬的工業自動化和能源電力領域的產品與服務提供者,2010年在深交所A股上市,股票代碼:002334。英威騰是國家火炬計劃重點高新技術企業,目前擁有16家控股子公司,分駐於全國的12大研發中心,申請各類專利800多件,依托於電力電子、電氣傳動、自動控製、信息技術等關鍵技術,主要產品涵括高中低壓變頻器、電梯智能控製係統、伺服係統、PLC、HMI、SVG、UPS、電機和電主軸、光伏逆變器、軌道交通牽引係統、新能源汽車電控係統等。英威騰現有員工2500多人,大型生產基地3個,營銷網絡遍布國內及海外60多個國家和地區。








