igbt整流技術(shù)是隨電力電子技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新型的整流技術(shù),采用igbt技術(shù)的ups,可以達(dá)到雙向保護的目的,既保護負(fù)載,也保護電網(wǎng).

  不間斷電源具備兩大基本作用,第一是平時向負(fù)載提供高質(zhì)量的電源,達(dá)到穩(wěn)壓、穩(wěn)頻,抑制浪涌、尖峰、電噪音,補償電壓下陷、長期低壓等電源干擾;其次是斷電時不中斷供電,利用電池的儲能將直流逆變?yōu)榻涣?向負(fù)載提供高質(zhì)量的電源繼續(xù)支持負(fù)載.

  傳統(tǒng)ups在投運時,將向電網(wǎng)注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現(xiàn)裝置網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)惡化的現(xiàn)象,即“電力公害”.諧波電流不僅污染電網(wǎng),還可能污染系統(tǒng)本身.

  再者,由于ups的輸入功率因數(shù)低,輸入無功功率大,要求系統(tǒng)配電容量和系統(tǒng)中其他設(shè)備的功率容量都要增大50%;這使得電網(wǎng)的電壓波形受到干擾,電網(wǎng)配線的載荷能力下降,嚴(yán)重時可能導(dǎo)致該線路供電系統(tǒng)的震蕩或者其他設(shè)備工作異常.

  高次諧波還消耗大量無功功率,增大線路的損耗,引起電子保護裝置的誤動作,使電機會產(chǎn)生附加力矩和附加損耗,影響儀器、儀表的計量準(zhǔn)確度,對計算機網(wǎng)絡(luò)、通信系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾現(xiàn)象等.

ups自身也是干擾源

  ups本身成了一個大的電磁發(fā)射源,在為所保護的負(fù)載提供純凈電源的同時,自身又會產(chǎn)生新的電磁干擾.如何有效消除這些電磁干擾已成為ups技術(shù)發(fā)展的一個重要問題,用戶對無污染綠色ups的呼聲越來越高.

  電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義:首先是顯著節(jié)電,其次這些電源不能(或少)對電網(wǎng)產(chǎn)生污染.

  國際電工委員會(iec)對此制定了一系列標(biāo)準(zhǔn),如iec555、iec917、iecl000等.從1996年起,歐洲聯(lián)盟iec國際電工委員會對電磁兼容做了如下定義:“設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作,且不對環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁干擾的能力.”

  從電磁兼容的定義可見:設(shè)備系統(tǒng)不僅應(yīng)具有抑制外部來的電磁干擾能力;而且其所產(chǎn)生的電磁干擾應(yīng)不得影響同一電磁環(huán)境中其它電子設(shè)備的正常工作.

  ups既是一個受電設(shè)備,電網(wǎng)向它提供有功、無功功率,同時電網(wǎng)中的浪涌、尖波毛刺等諧波也會傳輸進(jìn)來,另外還有輻射、感應(yīng)偶合進(jìn)來的電磁干擾信號;ups又是一個干擾源,它除了向負(fù)載提供穩(wěn)頻、穩(wěn)壓凈化電源外,由于ups是電力電子變流裝置,整流部份對電網(wǎng)產(chǎn)生的高次諧波反向注入電網(wǎng),可造成電網(wǎng)壓畸變,影響同一個電網(wǎng)上的電氣設(shè)備,它變成干擾源.

  另外,這些高次諧波還以電磁場方式,向內(nèi)部和外部空間產(chǎn)生射頻干擾,會影響計算機、電子儀器儀表,通信和無線電設(shè)備正常工作.

  為使ups成為一個綠色環(huán)保型電源,就必須抑制高次諧波并限制其電磁干擾.

  專家們開始嘗試用增加濾波器的方式來改良ups,但各種濾波器,不但增加了ups的重量,購買ups的費用,同時其效果并不理想,還增加了一個故障點.

igbt技術(shù)開始被引入ups

  隨著ups技術(shù)的不斷發(fā)展,很多計算機、電力電子領(lǐng)域的新技術(shù)、新理念被引入到ups.

  與it行業(yè)的其他產(chǎn)品類似,現(xiàn)在的ups與從前的產(chǎn)品相比較,無論在主要性能上、外觀尺寸上、對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性及可靠性方面,都有了顯著的進(jìn)步,有些指標(biāo)甚至是質(zhì)的飛躍,對于大中型ups來說更是如此.

  使用igbt整流技術(shù)的整流器利用高頻切換脈寬調(diào)制電流,達(dá)到正弦波式輸入電流的目的.增加整流器的脈沖數(shù)會減少高次諧波電流的次數(shù)以及數(shù)值.

  igbt整流技術(shù)因此可將輸入諧波電流降至極低.igbt整流技術(shù)還不受負(fù)載量的影響,克服了濾波器效率隨功率大小變化的問題,濾波器實現(xiàn)無輸入電流真正正弦波輸入.

  目前對于大功率三相整流電路進(jìn)行功率因數(shù)校正通常只能做到無源功率因數(shù)補償,6脈沖整流不加濾波器僅為0.65左右,12脈沖整流僅為0.8左右,而且濾波器體積大,重量高,價格昂貴,在現(xiàn)場應(yīng)用中,并不經(jīng)濟.

  但是,應(yīng)用igbt整流技術(shù)的ups,其單一的輸入功率因數(shù)大于0.99,對于電網(wǎng)表現(xiàn)為近似純阻性負(fù)載.如表所示,igbt整流技術(shù)的優(yōu)勢是很明顯的.

  僅以發(fā)電機兼容性舉例:80kva的6脈沖ups需要配置200kva的柴油發(fā)電機組的功率容量;80kva的12脈沖ups需要配置120kva的柴油發(fā)電機組的功率容量;80kva的igbt高頻整流ups,則只需要配置80kva的柴油發(fā)電機組的功率容量.

  簡而言之,使用igbt整流技術(shù)的ups重量輕,拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單,具有更高的穩(wěn)定性.與采用其他電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理的ups比較,具有電流諧波值小,可以適應(yīng)各種負(fù)載,功效與負(fù)載多寡無關(guān),組件少,體積小,所需的置放空間小,無共振及過容量危險,總體可靠性高等優(yōu)點.

  使用igbt整流技術(shù)的ups保護是雙向的,既保護負(fù)載,也保護電網(wǎng).各種用電設(shè)備及電源裝置產(chǎn)生的諧波電流都會污染電網(wǎng),計算機負(fù)載也是非線性用電方式的設(shè)備,也會產(chǎn)生電網(wǎng)諧波污染和無功功率.

  使用igbt整流技術(shù)的ups除了可以降低自身對電網(wǎng)的污染外,還可以消除所帶負(fù)載對電網(wǎng)的諧波污染,并校正功率因數(shù).

  采用igbt整流技技術(shù),還能實現(xiàn)讓用戶在ups后端感到ups提供是純凈的正弦波電力,讓電網(wǎng)在前端感到ups及所帶的負(fù)載組是低諧波的近似阻性負(fù)載這樣一個理想的目標(biāo).

  目前,采用igbt整流技術(shù)的ups已有產(chǎn)品進(jìn)入中國,同早期ups逆變器的pwm技術(shù)逐漸替代方波技術(shù)時的情景很類似.

  不過,采用igbt整流技術(shù)的ups也存在價格高,大功率元件生產(chǎn)困難,成品率低等問題.該技術(shù)也有先在中小功率的ups上實現(xiàn),逐步向大功率過渡的特點.(作者:中國計算機用戶協(xié)會ups分會專家組 王力堅)