(2)在线式UPS 图2为在线式UPS电能流程图。市电供电正常时,市电经过电源变压器、整流器后,一路经逆变器、滤波器输出至负载;另一路经充电回路向大力神蓄电池组充电。当市电中断,大力神蓄电池组端电压低于设定值或逆变器故障时,市电就通过旁路支路经转换开关、滤波器向负载供电。由此可见,不管市电正常或中断,在线式UPS的逆变器总是在工作。
(3)UPS的主要组成部分 UPS主要由逆变器、大力神蓄电池、整流器/充电器和转换开关等组成。逆变器主要由晶体三极管、变压器和控制回路等组成,其作用是变直流为交流输出,它是UPS的核心部分,UPS的技术性能、质量主要取决于它。大力神蓄电池是UPS储能装置。UPS中的大力神蓄电池应具有良好的大电流放电特性,能经得住反复地充放电,寿命要长,目前UPS常用的是免维护密封式铅酸大力神蓄电池。整流器/充电器是把市电变成直流电,为逆变器和大力神蓄电池提供电能的装置。转换开关(静态开关)的作用是通过瞬时的高速检测回路,当市电有干扰或出现大的浪涌时,把UPS迅速转到旁路输出,以保护UPS;它的第二个作用是提供维修通道。对转换开关要求切换时间快、过载能力大。
(4)各类UPS的特点
①在线式UPS的特点。
a.在线式UPS都为正弦波输出,其最显著的特点是实现了对负载的真正不间断供电。
b.在线式UPS实现了对负载的抗干扰供电。因为在线式UPS无论由市电或大力神蓄电池对负载供电,都要通过逆变器进行,这就可能从根本上消除来自市电电网上的所有电压波动和电干扰对负载的影响,UPS始终向负载提供一个稳压稳频的高质量交流电源。而且,在线式UPS的正弦失真系数最小。
c.与后各式UPS相比,在线式UPS具有优良的瞬时特性时,它在100%负载加载或减载时,其输出电压的变化小于4%,时间约10~40ms。
d.在线式UPS具有较高的工作可靠性。
②后备式正弦波输出的UPS的特点。
a.一般后各式正弦波输出的UPS电路中均采用抗干扰式分级调压稳压技术,当市电在180~250V的范围内时,能输出一个具有抗干扰的稳压的正弦波电压。
b.切换时间较短,约4ms,最短2ms。
c.其输出端的零线和火线是固定的,这是因为UPS中市电供电或逆变器对负载供电都是由同一电源变压器来完成。所以用户在连接这种UPS时,应符合厂家的规定。后各式正弦波输出的UPS都有零、火线判错电路,一旦发现输人端零、火线与UPS要求的不一致,UPS会自动保护,没有输出。还需指出的是,后各式UPS中220V输人的零线就是UPS控制线路的地线。
③后各式方波输出的UPS的特点。
a.与后各式正弦波输出的UPS一样,该线路中采用抗干扰式分级调压稳压技术,当市电在180~250V之间变化时,它的稳压精度在5%~10%;市电中断时,逆变器对负载提供∵个稳定度在±5%、无干扰的方波电源。
b.方波输出的后备式UPS的控制线路中未采用与市电同步的技术,其切换时间相应比正弦波输出的后各式UPS要长一些,约4~9ms。
c.与后各式正弦波输出的UPS一样,它的输出端零、火线是固定的。使用时,交流输入端的极性应符合出厂规定。
d.不能接像日光灯那类性质的负载,否则会达不到机器的出厂指标,或损坏UPS本身。并且,它不能进行频繁的关闭和启动。UPS关机后,如立即再启动,它就不能正常工作,此时无电压输出且蜂鸣器长鸣,称为启动失败。所以,关机后,如需重新开机,要等6s以上时间。
影响铅酸大力神蓄电池寿命的3大因素
1、放电深度放电深度即使用过程中放电到何程度开始停止.100%深度指放出全部容量.铅酸大力神蓄电池寿命受放电深度影响很大.设计考虑的重点就是深循环使用、浅循环使用还是浮充使用.若把浅循环使用的电池用于深循环使用时,则铅酸大力神蓄电池会很快失效.
因为正极活性物质二氧化铅本身的互相结合不牢,放电时生成硫酸铅,充电时又恢复为二氧化铅,硫酸铅的摩尔体积比氧化铅大,则放电时活性物质体积膨胀.若一摩尔氧化铅转化为一摩尔硫酸铅,体积增加95%.这样反复收缩和膨胀,就使二氧化铅粒子之间的相互结合逐渐松弛,易于脱落.因此,放电深度越深,其循环寿命越短.
2、过充电程度过充电时有大量气体析出,这时正极板活性物质遭受气体的冲击,这种冲击会促进活性物质脱落;此外,正极板栅合金也遭受严重的阳极氧化而腐蚀,所以电池过充电时会使应用期限缩短.
3、温度的影响铅酸大力神蓄电池寿命随温度升高而延长.在10℃~35℃间,每升高1℃,大约增加5~6个循环,在35℃~45℃之间,每升高1℃可延长寿命25个循环以上;高于50℃则因负极硫化容量损失而降低了寿命.
电池寿命在一定温度范围内随温度升高而增加,是因为容量随温度升高而增加.如果放电容量不变,则在温度升高时其放电深度降低,固寿命延长.
电源技术:UPS电源行业信息化现状调查
UPS电源系统设备技术是指依托先进功率转换技术、数字控制技术、高频开关变换技术、脉宽调制技术、电磁兼容技术、冗余并机技术、智能充放电技术、网络技术、驱动技术和新工艺技术等的一门综合技术。UPS电源已从60年代的旋转发电机发展至今天的具有智能化程度的静止式全电子化电路,并且还在继续发展。
市场概况
根据相关部门统计,2008年国内信息设备用UPS电源销售额28.1亿元人民币,2009年销售额30.4亿元人民币。工业动力UPS电源系统,年市场需求也近30亿元人民币。因此,现在我国UPS电源年市场需求总容量在50~60亿元人民币,市场需求巨大。
在50-60亿元的市场中,销售额超过2亿元的企业有5家,1~2亿元的企业有5家;5000~8000万元左右企业约有15~20余家;2500~5000万元左右企业约有274余家,500~2500万元左右企业约有1380余家,其它有300多家。其中大功率UPS电源市场的品牌格局中,以销售额来衡量,厦门科华市场占有率居于本土品牌第一;科士达市场占有率占据本土品牌第二。
电信、金融等行业的采购规模与以前相比出现了稳步增长期间,由于这两个行业的硬件投资比重会逐渐减少,加上这两个行业的UPS电源保有率较高,因此其UPS电源需求增长不大,市场份额将逐渐下降。相反,一些以往占市场比重不大的行业如制造业、交通业、能源业等对UPS电源的需求呈现出了快速增长的势头,特别是制造业中的,中小企业的大规模崛起,更是成了带动UPS电源市场增长的新动力源泉。
应用领域
UPS电源系统按其应用领域可分为:信息设备用UPS电源系统、工业动力用UPS电源系统二大类别:
信息设备用UPS电源系统设备。近几年来UPS电源系统在IT行业发挥着越来越重要的作用,被人们誉为计算机信息的保护神。在进信息时代之后,信息的安全问题已经被人们广泛关注,因此,在这种时代背景中,UPS的发展趋势引起业界的高度重视是顺理成章的。信息化通信UPS电源系统主要应用于:信息产业、IT行业、交通、金融行业、航空航天工业等计算机信息系统、通讯系统、数据网络中心等的安全保护问题。UPS电源作为计算机信息系统、通讯系统、数据网络中心等的重要外设,在保护计算机数据、保证电网电压和频率的稳定,改进电网质量,防止瞬时停电和事故停电对用户造成的危害等是非常重要的。
工业动力用UPS电源系统设备。工业动力UPS电源系统设备主要应用于:工业动力设备行业电力、钢铁、有色金属、煤炭、石油化工、建筑、医药、汽车、食品、军事等领域,作为所有电力自动化工业系统设备、远方执行系统设备、高压断路器的分合闸、继电保护、自动装置、信号装置等的交、直流不间断电源设备,保证工业自动化动力供给的可靠性。
但工业动力用不间断电源是不间断电源产品中的高端产品,涉及大功率能量变换的电力电子技术、数字化控制技术、交流电源并联冗余技术、有源谐波抑制技术、大功率产品制造技术等,技术复杂,一般的电源企业无法进入该领域,只有已经拥有大功率电力电子技术和系列产品开发、生产、服务能力,并积累相应工业应用经验的企业,才能做好工业动力不间断电源系统的设计、生产、市场服务。
自主制造能力落后
设计、制造能力相比对落后。多数UPS生产厂家对大容量UPS的控制技术、保护电路技术、设计水平还未达到能自主灵活设计的程度,重要的因素是在这方面存在一些控制电路专用芯片的所有权问题。另外和我国基础工业的平均水平也有关。虽然国内自主品牌众多,但好些UPS制造商是以从国外进口零部件在国内组装贴国内品牌参与市场竞争,还有一些UPS制造商只购进主要零部件,在国内完成整机结构设计并经组装调试后成为自有品牌的产品。
现在国内虽然有少数UPS制造企业也能制造出50~80kVA或容量更大的三相UPS,但就其部件及整机的制造工艺水平还没有达到标准化大批量生产的水平。输入主电路的技术水平一般停留在三相6脉波形式,或在每相交流输入电路中串联带有铁心的电感,以此来减小输入谐波电流含量,这样虽然在输出额定负载时输入谐波电流含量可达到20%左右,输入功率因数一般不会超过0.9,转换效率很难达到90%。
如果要进一步提高上述技术指就需配置12脉波整流器,但是80kVA以下的UPS配置12脉波整流器会使整机价格增加较大,性能价格比较差而失去价格竞争力。因此,国内市场对国产大容量UPS价格水平的认可度较低,从而使国产大容量UPS一时很难找到合适的市场切入点。
行业信息化应用和认识
硬件投入偏多,软件投入相对不足。目前,电源行业对于信息化建设的投入大多停留在基础硬件投入上,对现有网络和信息资源的利用不够。特别是电源企业中的中小企业,对于信息化建设还倾向于买些“看得见、摸得着的东西”,据有关数据表明,2009年UPS电源行业信息化整体投入大约在2亿左右,其中硬件投入占到总投入的73%,软件服务仅占11%。
没有软件系统的支持,硬件系统无法发挥出应有的效用,因此,在信息化建设方面,电源行业的企业在信息化建设上,要坚决摒弃“信息化建设就是买设备”的想法,做到统筹规划,避免信息化资源的盲目投入和浪费。
专业系统众多,系统管理软件缺乏。由于我国的UPS电源制造业,在先期的发展阶段主要是照搬国外的技术和管理,技术是程序性的东西,学来即用,不会产生水土不服,但管理是由生产环境和诸多因素混合在一起的,学来并不一定时用,所以虽经过多年的信息化建设,目前整个UPS电源行业仍处于专业系统众多而系统管理软件缺乏的局面,生产自动化系统的应用是电源行业软件应用的主体,对于电源行业的产、输、配、售环节的过程监控有余,但对于企业的管理决策的支持能力则严重不足。
信息化“激进不足、保守有余”。目前,很多电源企业都投入了大量资进行企业信息化建设,信息基础建设已经初具规模,应用系统的推广也极大地提高了企业的反应速度和员工的工作效率,有效地支撑了企业业务的发展和壮大。然而随着电源行业近几年的高速发展,企业规模的扩展和管理级别的提升,企业的管理需求同软件功能之间的矛盾日益突出,现有的信息系统越来越突显出它的不足,加之一些企业管理模式基础薄弱、管理不到位、生产和管理不规范,缺乏正确的思想方法,对信息化的作用和目标不明确,所以致使建立起来的一些应用系统达不到预期效果,有的甚至导致半途而废。
一方面是信息化建设达不到预期效果,一方面是顺应时代潮流信息化管理势在必行,因此电源企业信息化在两种思潮的左右下,形成了对信息化“激进不足、保守有余”的状况。
急需信息化帮助克服难题
材料成本无法得到有效核算。由于行业竞争激烈、原材料价格不断变化,成本也在频繁地变更,按照标准成本规范来管理,无法适应市场竞争的需求。
库存数量大,导致流动资金紧张。一些企业在生产品时,以传统的管理模式生产为中心,很少与客户沟通与协作,注重企业内部的生产过程和效率,这样的生产其实是面向库存生产,造成生产与市场需求逐渐脱节,供应商、制造商、分销商、零售商和客户依次连接的供应链接点中,随着供应链环节向上游移动,越往上,需求的不稳定性依次增加,预测准确度降低。因此,补充订货及相关信息管理由库存使用者掌握,而库存供应者只是被动接受信息,响应周期长、库存积压风险大。
其次,当企业选择大规模生产或者停止某些产品的生产时,无论从短期还是长期看,这些都会直接影响到库存,同时对产品组合的管理手段也会影响企业所提供的产品数量,产品部件的通用性会影响企业的灵活性。然而需求量越多,安全库存的要求也就越高,从而导致了更多的库存。