更加高效，熱量更少

 

當(dāng)今的UPS的能源效率提高了15%，而冷卻需求卻在下降，提高了其可靠性。模塊化UPS的平均故障間隔時(shí)間(MTBF)從不足2.5萬(wàn)小時(shí)上升到15萬(wàn)小時(shí)；輸出電壓波形失真從5%降低到1%；噪音從95dBA降至70dBA；占地面積甚至減少了90%。

 

即使雙變換UPS，其效率也達(dá)到了96.8%，每千瓦容量的成本降到了以往的最低水平。這對(duì)用戶來(lái)說(shuō)是有利的，但廠商從UPS獲利的唯一方法是提供售后服務(wù)。

 

歐洲廠商生產(chǎn)的UPS基本都取消了變壓器，而在北美，無(wú)變壓器的UPS仍然是一個(gè)新事物，像APC這樣的廠商也采用了在線互動(dòng)式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，雖然沒(méi)有任何頻率的保護(hù)，并不是技術(shù)上的“在線”式，盡管是這樣，這種架構(gòu)的UPS在穩(wěn)定的電網(wǎng)中仍然工作得很好。

 

上世紀(jì)90年代，Invertomatic公司在瑞士推出了經(jīng)濟(jì)模式（ECO模式，工作原理如圖1）UPS，但市場(chǎng)銷售情況并不樂(lè)觀。之后行業(yè)廠商推出的模塊化UPS解決了大多數(shù)數(shù)據(jù)中心的部分負(fù)荷問(wèn)題。經(jīng)濟(jì)模式的原理很簡(jiǎn)單：當(dāng)市電穩(wěn)定時(shí)，UPS自主切換到旁路模式供電，降低電力損耗，特別是無(wú)變壓器設(shè)計(jì)的UPS，該模式下UPS整流器仍然工作，為蓄電池充電(需要比飛輪UPS低得多的功率)，而逆變器處于待機(jī)狀態(tài)，旁路(晶閘管開(kāi)關(guān))開(kāi)通為負(fù)載供電，直到電力出現(xiàn)異常，此時(shí)UPS的靜態(tài)開(kāi)關(guān)將負(fù)載轉(zhuǎn)移到逆變器，運(yùn)行在該模式的UPS有個(gè)顯著的缺點(diǎn)，就是UPS工作在旁路時(shí)并沒(méi)有電源質(zhì)量的改善。

 

現(xiàn)在有一些“先進(jìn)”的經(jīng)濟(jì)模式UPS切換時(shí)間為2ms而不是4ms，有些則會(huì)監(jiān)測(cè)負(fù)載失真并做出關(guān)于電網(wǎng)的決策，但是基本理念仍然如此，如果電力是穩(wěn)定的，那么就可以節(jié)約電能。

 

然而這通常會(huì)有風(fēng)險(xiǎn)，而經(jīng)濟(jì)模式也沒(méi)有什么不同。每當(dāng)電力出現(xiàn)偏差時(shí)，負(fù)載就會(huì)從旁路切換到正常模式，這與雙變換UPS所提供的保護(hù)完全相反。這種切換代表著負(fù)載面臨風(fēng)險(xiǎn)，雖然這種風(fēng)險(xiǎn)可能很小，但用戶必須將與其回報(bào)進(jìn)行平衡。

 

隨著電力成本的上升和概念的推廣，經(jīng)濟(jì)模式已被人們所接受，然而效率并不總是用戶期望的最重要的指標(biāo)。 

 

采用碳化硅(SiC)的UPS更節(jié)能高效

 

采用經(jīng)濟(jì)模式運(yùn)行的UPS，具有極大的優(yōu)勢(shì)，但最新開(kāi)發(fā)的碳化硅技術(shù)可能會(huì)抵消經(jīng)濟(jì)模式的優(yōu)勢(shì)，目前晶體管制造都是傳統(tǒng)可控硅器件，對(duì)于UPS來(lái)說(shuō)，絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)的功能越來(lái)越強(qiáng)大且可靠。

 

采用IGBT器件的UPS有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，其開(kāi)關(guān)的速度越快(以獲得更高的精度)，電力損失就越高。這主要是因?yàn)槟K效率的上限為96.8%，而采用碳化硅器件，理論上可將雙變換UPS效率提高至98%~99%。

 

合成的碳化硅粉末自1893年以來(lái)已經(jīng)批量生產(chǎn)，采用碳化硅制造的IGBT最初的成本很高，但節(jié)能效果也很顯著，而且所有這些都不會(huì)將關(guān)鍵負(fù)荷轉(zhuǎn)移到電網(wǎng)中，不會(huì)增加電力轉(zhuǎn)換的風(fēng)險(xiǎn)。

 

在模塊層面上，碳化硅主要有兩個(gè)好處：更小的芯片尺寸和更低的動(dòng)態(tài)損耗。在系統(tǒng)層面上，這些優(yōu)勢(shì)可被以多種方式利用。低動(dòng)態(tài)損耗帶來(lái)輸出功率的顯著增加，將提供減輕重量和減小體積的機(jī)會(huì)。值得一提的是，無(wú)需額外的冷卻能力就可實(shí)現(xiàn)功率的增加，因?yàn)榕c可控硅器件相比，碳化硅帶來(lái)實(shí)際的損耗減少，可以在相同的冷卻條件下得到更高的輸出功率。低功率損耗可以提高能效，允許設(shè)計(jì)更高效率的逆變器，因此應(yīng)用在UPS上更加高效節(jié)能。

 

因此，采用碳化硅可以不再采用經(jīng)濟(jì)模式運(yùn)行UPS，甚至可以淘汰在線互動(dòng)式UPS，當(dāng)用戶能夠以不到1%的電能損失，卻可以獲得電壓和頻率保護(hù)的全面保護(hù)時(shí)，誰(shuí)會(huì)需要UPS運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)模式呢?