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現代數據中心供電系統規劃設計(五)(1)
  • 在數據中心中,供電系統是基礎設施最重要的子系統之一,文中將針對現代數據中心供電系統規劃設計要求、數據中心供電系統存在的問題和設計理念的變化
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      陳冀生1張廣明2
      
      (1.先控捷聯電源設備有限公司,石家莊050035)
      
      (2.中國電源學會專家委員會,天津300111)
      
      摘要:在數據中心中,供電系統是基礎設施最重要的子系統之一,文中將針對現代數據中心供電系統規劃設計要求、數據中心供電系統存在的問題和設計理念的變化、數據中心供電系統方案的選擇、對UPS設備性能指標的重新認識、系統模塊化與模塊化UPS、高頻機型UPS將成為現代數據中心UPS設備的首選機型、直流輸出DC-UPS系統的研究和應用前景、數據中心備用能源的配置、數據中心供電系統的節能設計、供配電系統設備的布局設計與安裝等問題,分專題進行系統的介紹和討論。
      
      
      5 "高頻機"將成為現代數據中心UPS設備的首選機型
      
      50年來,隨著功率半導體器件和電力電子技術的進步,UPS設備經歷了由帶多個輸出工頻變壓器到單個輸出工頻變壓器的演變過程,而性能更好的大功率IGBT器件和更先進的控制技術的出現,為UPS設備從根本上去掉輸出隔離變壓器創造了物質條件,使其在高頻化、小型化、節能化和綠色環保化方面取得了長足的進展,這就是人們所說的“高頻機”。這種機型集中體現了UPS電路技術的進步,代表著UPS技術的發展方向。與傳統的帶輸出變壓器的UPS相比,它在進一步縮小體積、減輕重量、改善性能、提高效率、降低成本等方面,都取得了明顯的改善和進步,成為現代數據中心UPS設備的首選機型。
      
      5.1去掉輸出變壓器是UPS電路技術的進步
      
      傳統雙轉換式UPS電路的特點之一是通過工頻隔離變壓器輸出。應該說,采用輸出變壓器是UPS逆變器輸出電路形式所決定的,而變壓器的存在卻是弊大于利。逆變器電路技術演變過程的一個顯著的表現形式是:是否必須用變壓器,如何配置變壓器,是否可以去掉變壓器。
      
      UPS電路技術的進步取決于功率半導體器件的進步,從晶閘管到雙極型功率晶體管以及集成控制器的IGBT等功率半導體器件的出現,伴隨著UPS輸出電路由四個變壓器到一個變壓器的演變過程,如圖5.1所示。自19世紀80年代起,UPS逆變器開始只含有一個變壓器。


      
      (1)UPS輸出隔離變壓器的功能
      
      了解傳統UPS輸出隔離變壓器的功能是非常重要的,因為只有當電路措施能夠完全實現它的功能時,才有可能在新一代設備中替代并取消它。應該說這個變壓器是工頻機全橋逆變器不可分離的組成部分,它的作用也很簡單:升壓和產生三相四線輸出的零線。
      
      ①輸出變壓器的功能之一是為單相負載提供所需的零線
      
      傳統雙轉換式UPS輸出變壓器的一個重要功能是在UPS輸出端產生給單相負載供電時所需要的中性線(或零線)。


      
      帶輸出變壓器UPS的DC/AC逆變器通常是由全橋電路組成,如圖5.2和圖5.3所示。輸出端必須加變壓器,否則就完不成輸出單相或三相四線交流電壓的功能。所以此變壓器應視為產生輸出零線的變壓器。


      
      以單相UPS輸出DC/AC逆變器為例,它是一個全橋逆變電路,每個橋臂有兩個串聯IGBT(VT1-VT4),輸出交變電壓UAB由兩個橋臂的中點A和B引出。
      
      當VT1和VT4同時通導(VT2和VT3截止)時,由直流電壓E形成的電流回路是電壓E的正端-VT1-負載A端-負載-B端-VT4-電壓E的負端;而VT2和VT3同時導通(VT1、VT4截止)時,由直流電壓E形成的電流回路是電壓E正端-VT2-負載-B端-負載A端-VT3-電壓E的負端。如果VT1和VT4與VT2和VT3交替導通的周期是50Hz,則加在負載上的電壓UAB是幅值為直流電壓E的50Hz方波或者準方波,如果VT1和VT4以及VT2和VT3都以高頻正弦波脈寬調制(SPWM)規律導通和截止,則負載端電壓UAB是幅值可調整的正弦波。

    (未完待續)

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