模块化UPS存在的问题详细研究

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  1 模块化UPS在客户中认可度不高

  直流电源并联很简单,电压幅值相同、极性相同即可,因电流本身单向,均流技术也比较容易。即使均流特性不好,还有每个模块的限流起作用,不存在环流问题。

  而交流电源的并联将困难得多。2路或者多路交流电源的并联存在同幅值、同频率、同相位、同波形等多个参数,电流本身的双向造成均流将变得非常复杂。理论上计算,模块化UPS的可用性高出普通传统UPS的数倍甚至数十倍。但是从模块化UPS上市至今有近10年的历史,实际使用效果各个品牌参差不齐,据调研,确实有一些品牌的模块化UPS的故障率较高。对于来自进口的模块化UPS,可能缺乏自主知识产权,用户担心以后维护。因而目前模块化UPS在客户特别高端客户的认可度不太高。因此,实实在在地提高模块化UPS可靠性及可用性是提高客户认可度的必要前提。

  2 价格高

  模块化UPS的技术难度大,厂家投入研发的成本很高,厂家为了收回投资成本,则定价高于普通传统的UPS。另外大多数模块化UPS来自国外进口,欧美国家的研发制造成本肯定高出国内不少。而模块化UPS材料成本不比传统UPS高出多少,随着国内厂商的研发投入,技术的进步将带来可靠性的提高,模块化UPS更利于大规模定制,则成本将呈相对下降趋势。

  3 无输出隔离变压器问题

  隔离变压器是指输入和输出之间没有电气连接。模块化UPS的模块内部一般都不具有工频隔离变压器。

  3.1 传统UPS中的隔离变压器不能解决N-PE电压不为零问题

  UPS都具有转旁路功能的静态开关,静态开关只是将负载在逆变电压和旁路电压的火线之间切换,而对中线是不切换的,也就是说UPS的输出中线与输入中线是电气连接一起的。既然是电气连接,UPS本身就无法将UPS的输出N-PE电压降低的。

  传统UPS中逆变输出工频隔离变压器作用是UPS本身电路的需要,是为了将300~400VDC电池电压升压至峰峰值为700V左右正弦波。

  3.2 在负载端加隔离变压器可解决零地电压高问题

  前面提到,即使传统工频UPS也无法解决零地电压高问题。而有些负载要求电源输入端的零地电压低于某一个值。零地电压高的原因是由于三相负载不平衡或者负载中有谐波电流,而零线有线路电阻造成。有4个方法降低零地电压:一是将三相中各相负载平均配置,二是减少谐波电流大的负载,三是加粗零线,最彻底的方法是在负载前端侧增加一个隔离变压器比在UPS侧增加隔离变压器的效果更佳(否则,如果负载输入存在谐波电流,则在UPS输出端到负载输入端之间存在零线上的压降而又会造成的零地电压)。

  3.3 无隔离变压器的UPS应用越来越广泛

  (1)计算机负载对中线和火线是要求与处理是相同的

  国际办公产品安全规则(如IEC950和UL1950)禁止对中线和火线采取不同的处理措施,只要看看计算机中电源原理图就知道电源火线和零线是以同样的方式连接到同一电路中,并且是可以互换的。这说明即使要求N-PE电压低,但是不可能做到L-PE电压低。

  (2)计算机不能把中线用作逻辑参考点

  所有的安规如UL、TUV不容许把中线作为逻辑参考点,安规规定逻辑参考点与火线或中线的距离要有1/2cm,不能有任何电路上的连接。

  (3)隔离变压器不能消除地线问题

  国际办公产品安全规则(如IEC950和UL1950)要求隔离变压器只能用来隔离中线或火线,保护地线是不经隔离变压器直接通过。因为计算机电路(数据通信电路)是和保护地线而不是中线相连,所以隔离变压器及带隔离变压器的UPS对解决地线问题毫无作用。

  (4)电网中线噪声不会耦合到计算机电路中

  国际办公产品安全规则(如IEC950和UL1950)禁止电源线和计算机电路之间有任何有意的耦合电路。但通过电磁场可能会有无意识的耦合,如射频干扰这种耦合能起作用的波长必须相当或小于计算机或网络的实际尺寸。频率为几十MHZ。可用共模滤波器滤去这种干扰。

  (5) “硅”替代“铜钢”的是UPS发展的另一个趋势

  金属材料成本越来越高,利用半导体“硅”变换技术来提高UPS的性能指标,替代笨重隔离变压器“铜钢”是技术所趋,形势所逼。前几年中小功率的高频机获得广泛应用,这两年各大厂家开始纷纷主推立柜式的不含隔离变压器的大功率高频机就是事实。

  4、将进行的研究课题

  为了确实提高模块化UPS的可靠性,促进模块化UPS的发展,中国通信标准化协会发文批准立项,开展《通信用模块化不间断电源》的研究课题项目(项目编号:2007B13)(见通标发2007 第19号文件,关于印发中国通信标准化协会2007年第一批技术报告制定项目和研究课题项目计划的函),着重研究如下5个问题:

  1、需要解决各模块的故障隔离性;

  2、需要解决元器件的飘移对系统的影响;

  3、提高模块化UPS系统的抗冲击能力方面;

  4、模块化UPS的电池管理方面;

  5、关于并联环流等参数的限制。