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UPS電源:有沒有變壓器很重要么?

文章來源:穩壓電源公司,時間:2017-03-13 14:07    點擊量:

[導讀]新一代無變壓器不間斷電源(UPS)的誕生讓人們的腦海中出現一個問題,那就是這兩種類型的UPS各有何優缺點。注意,本文對比的是無變壓器UPS與自身帶有內部變壓器的三相雙轉換單元(three-phase dual conversion units)。
  新一代無變壓器不間斷電源(UPS)的誕生讓人們的腦海中出現一個問題,那就是這兩種類型的UPS各有何優缺點。注意,本文對比的是無變壓器UPS與自身帶有內部變壓器的三相雙轉換單元(three-phase dual conversion units)。
 
  在過去的五到七年里,無變壓器UPS一直統治者小型三相(3萬伏安及以下)市場。相比于上一代有變壓器的UPS來說,無變壓器的UPS體積更小、更輕,而且成本也更低。這種設計的額定功率很快地上升到10萬伏安,隨之又達到30萬伏安。若是用于多模塊系統,甚至可以達到100萬伏安或更高。
 
  IGBT與無變壓器UPS
 
  這里,我們先回顧一下以前的歷史:以往的UPS是基于SCR逆變器(inverter)技術的,它不是開就是關,需要有內部變壓器才能工作。因此,當時所有這種UPS實際上都是帶有變壓器的。后來,隨著IGBT(絕緣柵雙極晶體管,insulated-gate bipolar transistor)技術的出現,這一狀況得到了改變。IGBT就是無變壓器UPS得以存在的核心技術。如今,基于IGBT的UPS逆變器利用高頻脈寬調制(pulse-width modulation)重新產生一個幾乎純正弦的波形,從而省去了笨重的輸出變壓器或龐大的鐵芯輸出過濾器。(現在,IGBT也同樣被應用于基于變壓器的UPS。)
 
  20世紀幾十年代,無變壓器的設計開始出現在小型UPS上,2000年逐漸成為了主流設計。早期的UPS設計依賴于一個輸入變壓器,把低壓的輸入電流升高然后輸入到UPS。新的UPS設計利用了IGBT,還可以更有效地將交流電轉化為直流電輸入UPS。這有利于DC總線和逆變器保持一個穩定的輸出電壓。
 
  無變壓器UPS與有變壓器UPS誰的效率更高?
 
  在數據中心領域,傳說只有兩件事是最重要的:可靠性/可用性和眾所周知的“5個9”(即99.999%)。有些廠商和用戶以為,基于變壓器的UPS更耐用,因此可靠性更高。
 
  如今,人們的能源意識越來越強,都希望擁有更省電的UPS。而變壓器,天生就是個浪費電的料。因此,從變壓器的角度來看,無變壓器的系統肯定要更省電。陳舊的變壓器會浪費2%到3%的電量,有時甚至更多。最近,由于TP-1-rated變壓器的出現,這個浪費比例能降低到約1.5%到2%。但是,在24/7工作制、包含很多關鍵任務的數據中心,能量效率并是一個首要考慮的問題——相比可靠性和可用性而言。
 
  當然,如果不從實際出發,考慮實際可用的產品和市場,光從理論上分析二者的技術區別是毫無意義的。除了兩大陣營之間的技術爭論之外,有時還涉及到個人喜好問題。很多時候,選誰不選誰都是由某位特定的工程師或最終購買決策人來定的。
 
  那么,你是一個變壓器“支持者”還是一個變壓器“反對者”呢?這是否僅僅是一個觀點的分歧而已呢?這兩種UPS到底有沒有巨大的差異呢?各有何優勢?
 
  廠商提供了哪些UPS產品?
 
  Emerson-Liebert是一個特別喜歡有變壓器UPS的廠商,因為它的標志性產品線是75萬伏安的大型UPS。不過,它也有一整條低功率無變壓器系統產品線。
 
  “分水嶺貌似就在20到30萬伏安之間,”Emerson-Liebert的技術公關經理Alan French說:“在這之下的,我們銷售的大部分新系統都是無變壓器的,而在這區間之上的則都是有變壓器的系統。我們相信,我們的大型企業客戶一般需要的是有變壓器UPS提供的更高可用性。”
 
  像施奈德的APC和MGE等品牌也有兩種系統。APC既有模塊化產品也有無變壓器產品,而MGE則在大型系統方面有基于變壓器的系統,在低端(15萬伏安及以下)有無變壓器UPS。
 
  “APC既生產有變壓器的UPS,也生產無變壓器的UPS。不過,我們正在向無變壓器方向轉移。”APC的一位主管John Collins說:“請注意,有沒有變壓器并不能說明UPS的可靠性或性能的高低,二者沒有必然聯系。我們建議用戶不要擔心UPS的拓撲結構,而要清楚自己的性能要求,應用和財務目標,總體擁有成本或最低初始成本。”
 
  無變壓器UPS的崛起
 
  除了用電效率,兩種類型的系統在體型大小、重量和成本上都存在著很大的差異。致使這種新型UPS誕生的因素之一就是數據中心的供電需求急劇增加。以往一個機架只需要1到2千瓦,所以UPS在數據中心占用的空間非常小。但是,隨著機架的供電需求跳到10千瓦、20千瓦甚至更高后,UPS在數據中心的空間占用率也發生了巨大的變化。
 
  多年以前,一個3到5萬伏安的UPS對一個普通的小型數據中心來書就已經足夠了。但是現在,一個裝有四臺刀片服務器的機架就要兩三萬伏安。所以,現在的小數據中心里的“小”UPS都是10到25萬伏安的了。為了滿足客戶不斷提高的需求,制造商便開始采用無變壓器的UPS系統設計了。
 
  而且,減去變壓器之后,UPS的成本也大大降低了——成本永遠都是市場的推動器。由于無變壓器UPS體積更小、效率更高、成本更低,所以更受數據中心親睞。而且采用N+1或2N冗余后,可靠性和可用性也大大提高了。
 
  有變壓器系統的優勢
 
  那么,有變壓器的UPS是不是已經過時了呢?其實不然。變壓器的一個主要功能就是改變電壓。在通常的供電鏈中,有時變壓器是安裝在UPS外部的,將電壓從13kV(可能更高)降低到480伏然后輸入到UPS中。
 
  有些情況下,必須要有輸入輸出變壓器,比如需要防止漏電的醫用設備。
 
  那么,數據中心UPS中的變壓器有什么好處呢?首先,它能提高系統對相位不平衡的容忍度,這在大多數IT負載中很常見。尤其是208/208 V無變壓器UPS系統,逆變器輸出直接進入配電系統。在這種情況下,(UPS內部的或獨立PDU盒內的)變壓器可以一定程度上減少相位不平衡,從而防止UPS由于不平衡導致的過載。
 
  有一點很重要,值得注意。在一個普通的208伏無變壓器UPS系統中,通常會有三個逆變器連接著一根普通的中線,他們分別有負載(L1,L2,L3 +中線+地線)。在一般的中小型系統中,不平衡負載的情況可能是這樣:L1=68%,L2=90%,L3=52%
 
  總體上,UPS的負載只達到約70%。然而,由于L2線路是90%,只差10%就達到最大限度了。如果L2在承受更多的負載,那么UPS就會報告負載過重。不過,有了變壓器就不會有這種不平衡的事了,三相都會非常接近70%。顯然,這是一個比較極端的例子,管理良好的配電系統是不會有這么嚴重的不平衡的。不過,在安裝設備時,IT人員通常會看到線就用,很少會管這條支路的負載情況如何。
 
  有些情況下,基于逆變器變壓器的系統能更好地隔離中線與質量較差的電源。不過,這并不能保護到UPS輸入。在公用電源質量比較極端的情況下,輸入變壓器可以減少電壓不穩對UPS的沖擊。然而,如果公用電源質量那么差的話,我們就會使用專門的電源調節器(通常帶有感應器)。所以,逆變器變壓器在邏輯上沒什么實際意義。
 
  市場決定一切
 
  主輸入電壓也會影響UPS類型的選擇。在10萬伏安及以下的范圍內,208伏輸入系統非常普遍。那么,影響決策的因素就是可用的公用電源和安裝大小了。在10萬伏安及以下的市場,無變壓器UPS牢牢地占據了絕大部分市場份額;在10到25萬伏安的市場,無變壓器UPS大概占50%。
 
  最后,廠商總會轉向客戶所需要的產品。只要客戶或他們的工程師要使用有變壓器UPS,廠商就會生產。隨著時間的推移,無變壓器UPS最終總會提高自己的可靠性,市場會決定誰是中端市場的王者。
 
  有時,有變壓器UPS和無變壓器UPS之間的爭論就像一個政治或信仰問題。不過,無變壓器UPS最終總會占據越來越大的市場,除非它被證明是一個失敗的產品。
 
原文出自【比特網】

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