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正確選配UPS從容應對工業領域動力挑戰_0

未知 2019-06-06 14:11

信息技術已經廣泛深入應用到工業領域的生產、運營、管理等各個環節,工業生產正向精細化發展,各種高端、精密設備大量投入使用。集成電路晶圓代工企業的精密設備,大型鋼鐵集團軋鋼廠所采用的自動化進口設備,海洋作業和船舶的通訊、導航系統,石油化工企業生產線所用的自動控制設備、DCS、計算機等,即便是短暫的電壓閃變、跌落或瞬時供電中斷也會造成整個生產過程的停滯、產品報廢,甚至設備損壞。因此,提升系統的可靠性,是工業企業在動力平臺建設過程中首先考慮的問題。

使用環境和負載是選配工業 UPS 需要考慮的兩大因素

物理環境通常在工業企業選配 UPS 時被忽略。由于受生產、制造現場因素的影響,工業應用環境中普遍存在著高溫、潮濕、粉塵量大、空氣污染嚴重等問題。在特殊工業場合,環境中的空氣還可能含有腐蝕性氣體,或者在震動的情況下發生機體傾斜,這些都容易造成 UPS內部部件短路而發生供電故障。因此,這就要求UPS 具有超強的環境適應能力,以綜合的高性能表現來應對惡劣環境的考驗。

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從電氣環境看,生產線的精密生產設備對電源向來有著十分苛刻的要求,工業應用現場的電網污染非常嚴重,還時常面臨特殊電力供應和特殊的行業標準。作為工業供電系統的核心,工業用 UPS 要具備在任何負載和電力供應的情況下都能夠向負載提供優質電能的特質,徹底消除電網瞬間中斷和各種電波擾動對工業設備系統的影響,有效防止電網過壓對負載的危害,保證關鍵工業流程及控制的可靠運行。

負載特性更是影響選配工業用 UPS 的重要因素。在工業自動化生產上,由于使用用電設備種類多、差異大,負載特性比較復雜,往往總負載呈現感性負載,電流波動比較大,會對電源帶來較大沖擊。因此,在為超過UPS 輸出功率因數范圍的感性負載或混合型負載選配 UPS 時,負載的穩態電流和瞬態峰值電流及持續時間是一個重要的考量條件,由于考慮不當而選擇的UPS功率過大會造成客戶資金的浪費,選擇UPS功率過小又會對可靠的負載保護產生影響,這些都是我們在選擇時所要避免的。

伊頓 UPS 在工業領域的應用

作為全球動力管理公司,伊頓 UPS 解決方案在制造、交通、能源、船舶、醫療等工業領域,特別是在一些特殊的工業環境中,贏得了用戶的認可和贊譽。

針對工業應用環境中的大量粉塵和腐蝕氣體,在改善運行環境的同時,伊頓許多型號的UPS 在設計上采用了三防處理,不僅是電路板,包括所有的連接件以及插頭也都做了防護處理。另外,專為特殊環境設計的高 IP 等級的 UPS 密閉柜體結構設計配合散熱系統,即使在高溫的粉塵環境中,也能做到有效防塵過濾。例如,Eaton 9395 系列和 93E/93PR 系列 UPS在設計時就充分考慮到了在條件比較差的環境中灰塵的影響,其密閉風道式冷卻系統、標配防塵過濾網,以及前進風的設計可有效降低環境灰塵對機器的影響。因此,在化纖廠、鋼鐵制造廠、半導體行業等工業領域已經取得大量成功實踐。更值得一提的是,伊頓船用型 UPS 解決方案最高防護等級可達 IP 54,并且整體結構和連接件都進行了防震加固,內部部件的固定與連接均進行了防震處理,在船舶內部及海面平臺等特殊工況下,對主機的大幅擺動、液體侵入、防觸電、抗震等做到了有效防護。

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海上作業平臺

一些典型的工業感性負載瞬間啟動電流和額定穩態電流差異比較大,選配 UPS 時需要重點考量逆變器的瞬時過載能力。例如,Eaton 9EHD UPS 在逆變器的配置上,可以做到在過載 105% 的情況下持續運行,過載 150% 的情況下運行 60 秒,即便在過載超過 150% 的情況下也能運行 500ms。對于典型工業感性負載的瞬態啟動電流持續時間來說,伊頓 UPS 強大的瞬時過載能力,以及先進的 ESS 交流直供技術,都為工業性負載提供了強大的支持。另外,正確理解 UPS 的過載能力,有助于用戶選配容量適合的 UPS 產品,保證 UPS 提供高效、可靠的電力保護的同時,降低采購成本。

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伊頓9395高效機型輸出功率因數范圍:-0.7(leading)~+0.8(lagging)

工業領域選配 UPS 解決方案的典型誤區

工業領域應用必須要用專門設計的工業機或工頻機?這個問題不能一概而論,需要根據工業應用的具體物理環境、電氣環境和負載進行綜合判斷(可參考下圖)。

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工業應用需求于常規商用 UPS設計之間的顯著差異

一些對工頻機含有輸出變壓器的優勢描述中,強調了其抗干擾和耐沖擊能力等特性,一些用戶也認為工頻機含有輸出變壓器,因此更適合用于特殊的工業環境中。變壓器在工業應用中的作用主要是為了應對特殊的電力供應和感性負載、電容性負載以及大型單相負載。但是,實際情況下變壓器在抗沖擊、保護電源方面有很大的局限性,而UPS逆變器在設計本身就已經具備了很好的抗沖擊和抗干擾能力,若僅以此目的來引入變壓器作用就不大了,并且還降低了電源系統的效率和可靠性。而工頻 UPS 的輸出變壓器則是為了在電流產生變化時電壓不變,以保證輸出電壓的動態性能,并且在常規應用環境中以開關電源負載為主,這與工業應用中的變壓器作用完全不同。

因此,工頻 UPS 帶有輸出變壓器并非是工業應用選配 UPS 的必要依據。中國電源工業協會副理事長王其英在《談高頻機型 UPS 和工頻機型 UPS 的“耐沖擊能力”》一文中,也詳細講解了工頻 UPS 中變壓器的作用和耐沖擊機理。他指出,變壓器抗干擾是一個很大的誤區,并且只是簡單的從工頻 UPS 帶有輸出變壓器得出其更適用于工業領域的論點,是對相關技術沒有嚴謹的科學認識,這與伊頓觀點可謂英雄所見略同。

隨著工業自動化進程的不斷發展,伊頓 UPS 解決方案以其高可靠、高可用的特性,超強的抗過載能力,先進的設計及 ESS 交流直供技術,破除了工業應用中物理環境苛刻、電氣環境復雜、負載能力要求高的“堅冰”,正在成為工業領域 UPS 應用的理想之選。

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