采用碳化硅的功率器件的UPS更加高效节能

2017/4/25 9:35:49 人评论 次浏览 来源:IDC圈 作者:潜川编辑 分类:滚动新闻

如今,随着技术的发展,静态UPS的功率损耗逐渐下降。早期具有输入和输出变压器的采用晶闸管技术的在线式UPS(简称双变换式UPS或IEC的“VFI”)的满载运行效率为83%-85%。而目前采用晶体管(IGBT)技术的在线互动式(VI)无变压器UPS的满载效率已达到97.5%-98%。


更加高效,热量更少


当今的UPS的能源效率提高了15%,而冷却需求却下降,提高了可靠性。模块UPS的平均故障间隔时间(MTBF)从不足2.5万小时上升到15万小时。输出电压波形失真从5%降低到1%.噪音从95dBA降至70dBA,占地面积甚至减少了90%。


即使双转换UPS,其效率也达到了96.8%,每千瓦容量的成本降到了以往的最低水平。这对用户来说是有利的,但从UPS获利的唯一方法是提供售后服务。


欧洲厂商生产的UPS基本都取消了变压器,而在北美,无变压器的UPS仍然是一个新事物。像APC这样的厂商也采用了在线互动式拓扑结构(IEC“VI”),虽然没有任何频率的保护,并不是技术上的“在线”式,尽管是这样,这种架构的UPS在稳定的电网中仍然工作得很好。


上世纪90年代,Invertomatic公司在瑞士推出了“经济模式”UPS,但市场销售情况并不乐观。之后行业厂商推出的模块化UPS解决了大多数数据中心的部分负荷问题。UPS经济模式的原理很简单:当市电稳定时,UPS将自主切换到旁路模式,降低电力损耗,特别是无变压器设计的UPS.整流器仍然为蓄电池充电(需要比飞轮UPS低得多的功率),而逆变器在后面被节流,在更加优化的设计中,可以省却冷却风扇。


自动旁路(晶闸管开关)将负载保持始终供电,直到电力显示出偏差,此时UPS的静态开关将负载转移到逆变器,全部在4ms以下(过时的)ITIC/CEBMAPQ曲线。然后,UPS监控电力的稳定性,经过一段时间后,通常需要一个小时,再将负载切换回旁路。这个优点很明确。一年中的电力稳定性超过95%,因此UPS可实现99%的效率,并具有出色的低负载效率。


一些销售人员提到UPS逆变器的“低功耗状态”,但不要误会,UPS在旁路时并没有电源质量的改善。


现在有一些“先进”的经济模式UPS切换时间为2ms而不是4ms,有些则会监测负载失真并做出关于电网的决策,但是基本理念仍然如此,如果电力是稳定的,那么就可以节约电能。



然而这通常会有风险,而环保模式也没有什么不同。每当电力出现偏差时,负载就会从旁路切换到正常模式,这与双转换UPS所提供的保护完全相反。这种切换代表着负载面临风险,虽然这种风险可能很小,但用户必须将与其回报进行平衡。


随着电力成本的上升和概念的推广,经济模式已被人们接受。能源效率并不总是用户期望的最重要的指标,但是甚至还有一些高可靠性的双总线UPS设备,通过在一条总线实现环保模式,另一方面运行在线式UPS,每周交替进行。


采用碳化硅(SiC)的UPS更节能高效


采用经济模式运行UPS,面临一定的风险,但日本开发的碳化硅技术可能会抵消经济模式的优势。目前晶体管制造都是传统可控硅模块。对于UPS来说,迄今为止,绝缘栅双极(IGBT)的功能越来越强大可靠。


UPS经济模式动粗行的一个缺点是,其切换的速度越快(以获得更高的精度),电力损失就越高。这主要是因为模块效率的上限为96.8%。采用碳化硅,可将双转换UPS效率提高至99%,并且没有对经济模式的担忧。然而,从硅转变为碳化硅,可以将UPS模块效率提高到双变换UPS的99%。


合成的碳化硅粉末自1893年以来已经批量生产,用作研磨剂,例如用于打磨金属表面的碳化硅砂纸。


采用碳化硅制造的IGBT最初的成本将会更高,但节能效果也很显著,而且所有这些都不会将关键负荷转移到电网中,不会增加电力转换的风险。


在模块层面上,碳化硅(SiC)主要有两个好处:更小的芯片尺寸和更低的动态损耗。在系统层面上,这些优势可被以多种方式利用。低动态损耗带来输出功率的显著增加,将提供减轻重量和减小体积的机会。值得一提的是,无需额外的冷却能力就可实现功率的增加。因为与可控硅器件相比,碳化硅(SiC)带来实际的损耗减少,可能在相同的冷却条件下得到更高的输出功率。低功率损耗可以提高能效,允许设计更高效率的逆变器,因此应用在UPS上更加高效节能。
因此,采用碳化硅可以不再采用经济模式运行UPS,甚至可以淘汰在线互动式(VI)UPS.当用户能够以不到1%的电能损失,却可以获得电压和频率保护的全面保护时,谁会需要UPS运行在经济模式呢?

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