igbt整流技術是隨電力電子技術的發展而產生的一種新型的整流技術,采用igbt技術的ups,可以達到雙向保護的目的,既保護負載,也保護電網.

  不間斷電源具備兩大基本作用,第一是平時向負載提供高質量的電源,達到穩壓、穩頻,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為交流,向負載提供高質量的電源繼續支持負載.

  傳統ups在投運時,將向電網注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現裝置網側功率因數惡化的現象,即“電力公害”.諧波電流不僅污染電網,還可能污染系統本身.

  再者,由于ups的輸入功率因數低,輸入無功功率大,要求系統配電容量和系統中其他設備的功率容量都要增大50%;這使得電網的電壓波形受到干擾,電網配線的載荷能力下降,嚴重時可能導致該線路供電系統的震蕩或者其他設備工作異常.

  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,使電機會產生附加力矩和附加損耗,影響儀器、儀表的計量準確度,對計算機網絡、通信系統產生電磁干擾現象等.

ups自身也是干擾源

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

  電源系統的綠色化有兩層含義:首先是顯著節電,其次這些電源不能(或少)對電網產生污染.

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

  從電磁兼容的定義可見:設備系統不僅應具有抑制外部來的電磁干擾能力;而且其所產生的電磁干擾應不得影響同一電磁環境中其它電子設備的正常工作.

  ups既是一個受電設備,電網向它提供有功、無功功率,同時電網中的浪涌、尖波毛刺等諧波也會傳輸進來,另外還有輻射、感應偶合進來的電磁干擾信號;ups又是一個干擾源,它除了向負載提供穩頻、穩壓凈化電源外,由于ups是電力電子變流裝置,整流部份對電網產生的高次諧波反向注入電網,可造成電網壓畸變,影響同一個電網上的電氣設備,它變成干擾源.

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

  為使ups成為一個綠色環保型電源,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技術開始被引入ups

  隨著ups技術的不斷發展,很多計算機、電力電子領域的新技術、新理念被引入到ups.

  與it行業的其他產品類似,現在的ups與從前的產品相比較,無論在主要性能上、外觀尺寸上、對現場環境的適應性及可靠性方面,都有了顯著的進步,有些指標甚至是質的飛躍,對于大中型ups來說更是如此.

  使用igbt整流技術的整流器利用高頻切換脈寬調制電流,達到正弦波式輸入電流的目的.增加整流器的脈沖數會減少高次諧波電流的次數以及數值.

  igbt整流技術因此可將輸入諧波電流降至極低.igbt整流技術還不受負載量的影響,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行功率因數校正通常只能做到無源功率因數補償,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,在現場應用中,并不經濟.

  但是,應用igbt整流技術的ups,其單一的輸入功率因數大于0.99,對于電網表現為近似純阻性負載.如表所示,igbt整流技術的優勢是很明顯的.

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

  簡而言之,使用igbt整流技術的ups重量輕,拓撲結構簡單,具有更高的穩定性.與采用其他電路拓撲結構和工作原理的ups比較,具有電流諧波值小,可以適應各種負載,功效與負載多寡無關,組件少,體積小,所需的置放空間小,無共振及過容量危險,總體可靠性高等優點.

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

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

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

  目前,采用igbt整流技術的ups已有產品進入中國,同早期ups逆變器的pwm技術逐漸替代方波技術時的情景很類似.

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