igbt整流技术是随电力电子技术的发展而产生的一种新型的整流技术,采用igbt技术的ups,可以达到双向保护的目的,既保护负载,也保护电网.
不间断电源具备两大基本作用,第一是平时向负载提供高质量的电源,达到稳压、稳频,抑制浪涌、尖峰、电噪音,补偿电压下陷、长期低压等电源干扰;其次是断电时不中断供电,利用电池的储能将直流逆变为交流,向负载提供高质量的电源继续支持负载.
传统ups在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即“电力公害”.谐波电流不仅污染电网,还可能污染系统本身.
再者,由于ups的输入功率因数低,输入无功功率大,要求系统配电容量和系统中其他设备的功率容量都要增大50%;这使得电网的电压波形受到干扰,电网配线的载荷能力下降,严重时可能导致该线路供电系统的震荡或者其他设备工作异常.
高次谐波还消耗大量无功功率,增大线路的损耗,引起电子保护装置的误动作,使电机会产生附加力矩和附加损耗,影响仪器、仪表的计量准确度,对计算机网络、通信系统产生电磁干扰现象等.
ups自身也是干扰源
ups本身成了一个大的电磁发射源,在为所保护的负载提供纯净电源的同时,自身又会产生新的电磁干扰.如何有效消除这些电磁干扰已成为ups技术发展的一个重要问题,用户对无污染绿色ups的呼声越来越高.
电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,其次这些电源不能(或少)对电网产生污染.
国际电工委员会(iec)对此制定了一系列标准,如iec555、iec917、iecl000等.从1996年起,欧洲联盟iec国际电工委员会对电磁兼容做了如下定义:“设备或系统在其电磁环境中能正常工作,且不对环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力.”
从电磁兼容的定义可见:设备系统不仅应具有抑制外部来的电磁干扰能力;而且其所产生的电磁干扰应不得影响同一电磁环境中其它电子设备的正常工作.
ups既是一个受电设备,电网向它提供有功、无功功率,同时电网中的浪涌、尖波毛刺等谐波也会传输进来,另外还有辐射、感应偶合进来的电磁干扰信号;ups又是一个干扰源,它除了向负载提供稳频、稳压净化电源外,由于ups是电力电子变流装置,整流部份对电网产生的高次谐波反向注入电网,可造成电网压畸变,影响同一个电网上的电气设备,它变成干扰源.
另外,这些高次谐波还以电磁场方式,向内部和外部空间产生射频干扰,会影响计算机、电子仪器仪表,通信和无线电设备正常工作.
为使ups成为一个绿色环保型电源,就必须抑制高次谐波并限制其电磁干扰.
专家们开始尝试用增加滤波器的方式来改良ups,但各种滤波器,不但增加了ups的重量,购买ups的费用,同时其效果并不理想,还增加了一个故障点.
igbt技术开始被引入ups
随着ups技术的不断发展,很多计算机、电力电子领域的新技术、新理念被引入到ups.
与it行业的其他产品类似,现在的ups与从前的产品相比较,无论在主要性能上、外观尺寸上、对现场环境的适应性及可靠性方面,都有了显著的进步,有些指标甚至是质的飞跃,对于大中型ups来说更是如此.
使用igbt整流技术的整流器利用高频切换脉宽调制电流,达到正弦波式输入电流的目的.增加整流器的脉冲数会减少高次谐波电流的次数以及数值.
igbt整流技术因此可将输入谐波电流降至极低.igbt整流技术还不受负载量的影响,克服了滤波器效率随功率大小变化的问题,滤波器实现无输入电流真正正弦波输入.
目前对于大功率三相整流电路进行功率因数校正通常只能做到无源功率因数补偿,6脉冲整流不加滤波器仅为0.65左右,12脉冲整流仅为0.8左右,而且滤波器体积大,重量高,价格昂贵,在现场应用中,并不经济.
但是,应用igbt整流技术的ups,其单一的输入功率因数大于0.99,对于电网表现为近似纯阻性负载.如表所示,igbt整流技术的优势是很明显的.
仅以发电机兼容性举例:80kva的6脉冲ups需要配置200kva的柴油发电机组的功率容量;80kva的12脉冲ups需要配置120kva的柴油发电机组的功率容量;80kva的igbt高频整流ups,则只需要配置80kva的柴油发电机组的功率容量.
简而言之,使用igbt整流技术的ups重量轻,拓扑结构简单,具有更高的稳定性.与采用其他电路拓扑结构和工作原理的ups比较,具有电流谐波值小,可以适应各种负载,功效与负载多寡无关,组件少,体积小,所需的置放空间小,无共振及过容量危险,总体可靠性高等优点.
使用igbt整流技术的ups保护是双向的,既保护负载,也保护电网.各种用电设备及电源装置产生的谐波电流都会污染电网,计算机负载也是非线性用电方式的设备,也会产生电网谐波污染和无功功率.
使用igbt整流技术的ups除了可以降低自身对电网的污染外,还可以消除所带负载对电网的谐波污染,并校正功率因数.
采用igbt整流技技术,还能实现让用户在ups后端感到ups提供是纯净的正弦波电力,让电网在前端感到ups及所带的负载组是低谐波的近似阻性负载这样一个理想的目标.
目前,采用igbt整流技术的ups已有产品进入中国,同早期ups逆变器的pwm技术逐渐替代方波技术时的情景很类似.
不过,采用igbt整流技术的ups也存在价格高,大功率元件生产困难,成品率低等问题.该技术也有先在中小功率的ups上实现,逐步向大功率过渡的特点.(作者:中国计算机用户协会ups分会专家组 王力坚)
