英威騰:采用碳化矽功率器件的UPS更加高效節能

2026-04-07 07:49:26

    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zaiUPS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。

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