Termeni asociați:

Descărcați în format PDF

Despre această pagină

Surse de alimentare neîntreruptibile

Sistemele de alimentare neîntreruptibilă (UPS) sunt utilizate pentru a furniza energie neîntreruptă, fiabilă și de înaltă calitate pentru aceste încărcături sensibile. Aplicațiile sistemelor UPS includ facilități medicale, sisteme de susținere a vieții, sisteme de stocare a datelor și computere, echipamente de urgență, telecomunicații, procesare industrială și sisteme de gestionare on-line. Comutatorul static oferă redundanță a sursei de alimentare în caz de defecțiune sau supraîncărcare a UPS-ului. Linia de curent alternativ și tensiunile de sarcină trebuie să fie în fază pentru a utiliza comutatorul static. Acest lucru poate fi realizat cu ușurință printr-un control de buclă blocat în fază. Principalele avantaje ale UPS-urilor on-line sunt toleranța foarte mare la variația tensiunii de intrare și reglementările foarte precise ale tensiunii de ieșire. În plus, nu există timp de transfer în timpul tranziției de la modurile de energie normale la cele stocate. Sistemele UPS liniare interactive constau dintr-un comutator static, un inductor de serie, un convertor bidirecțional și un banc de baterii. Un filtru pasiv opțional poate fi adăugat la ieșirea convertorului bidirecțional sau la partea de intrare a sarcinii.

Surse de alimentare neîntreruptibile

19.2.5 UPS rotativ

alimentare

FIG. 19.10. Diferite configurații ale sistemelor UPS rotative: (A) grup generator de motoare, (B) UPS rotativ cu baterie de rezervă și (C) UPS rotativ cu motor diesel de rezervă/gaz natural.

Aplicații ale dispozitivelor SiC

Dirk Kranzer,. Stefan Schönberger, în Wide Bandgap Semiconductor Power Devices, 2019

9.2.1.3 Costuri de exploatare

Pentru sistemele UPS online, principalele costuri nu sunt cauzate de costurile directe ale electronice de putere în sine. Deoarece toată energia curge întotdeauna prin invertor, eficiența are o influență mare asupra costurilor de funcționare a sistemelor [9]. Calculat pentru o durată de viață de 10 ani, partea din costurile legate de eficiență (costurile energiei) este de aprox. 80% din costurile totale de proprietate. Pentru calcularea costurilor de funcționare se fac următoarele ipoteze:

Puterea nominală a sistemului este de 10 kW

Sistemul funcționează la 365 de zile pe an la 24 de ore cu PN/2

Eficiența invertorului cu trei niveluri SiC: 98,4%

Eficiența invertorului pe trei niveluri Si: 97,4%

Eficiența invertorului pe două niveluri Si: 95,4%

Prețul constant al energiei de 0,17 € per kWh

Costurile de funcționare relative cu un preț la energie de 0,17 € per kWh sunt prezentate în Fig. 9.11. Economiile sunt de aproape 40% pe an atunci când se compară demonstratorul cu un sistem convențional de Si pe trei niveluri.

Figura 9.11. Costuri de funcționare anuale relative la 0,17 € per kWh (timp de funcționare 365 de zile la 24 de ore la PN/2).

Pe an, diferența de 1% în ceea ce privește eficiența duce la economii de aproape 80 € pe an. În 10 ani fără a lua în considerare depozitele și cu un preț constant al energiei, economiile se ridică la peste 750 €. În mod relativ, sistemul SiC UPS are cu 40% mai puține costuri de funcționare pe an.

Aplicații IGBT

B. Jayant Baliga și The IGBT Device, 2015

17.4.7 UPS fără transformator de 300 kVA

Este necesar un sistem UPS de mare capacitate, cu capacitatea de a furniza energie electrică de peste 300 kVA pentru centre de date financiare mari (precum și centre de telecomunicații și spitale). Două tipuri de bază de configurații au fost dezvoltate pentru această aplicație [15]. Configurația offline prezentată în Fig. 17.13 (a) furnizează energie computerelor (încărcare) direct de la alimentarea cu curent alternativ în timpul funcționării normale. Un comutator static este utilizat pentru a utiliza puterea de rezervă a bateriei atunci când intrarea de alimentare CA are probleme. Comutarea poate fi efectuată în decurs de 10 ms permițând funcționarea neîntreruptă a computerelor. Un invertor bidirecțional este utilizat pentru a încărca bateriile și pentru a furniza curent alternativ la sarcină în timpul întreruperii alimentării. Configurația UPS offline abordează întreruperile de curent și protejează împotriva căderilor sau scufundărilor sau supratensiunilor în tensiunea de intrare AC.

Figura 17.13. Configurații mari de surse de alimentare neîntreruptibile: (a) offline; (b) online.

UPS-ul online prezentat în Fig. 17.13 (b) oferă performanțe electrice și fiabilitate mai mari necesare pentru centrele de date mari. Acesta constă dintr-un redresor complet evaluat și un stadiu invertor pentru a furniza energie computerelor (încărcare) printr-o magistrală DC la care este conectată bateria de rezervă. În plus față de funcțiile enumerate mai sus pentru UPS-ul offline, acesta poate proteja împotriva tranzitorilor, cum ar fi vârfuri de tensiune, distorsiuni armonice și variații de frecvență la sursa de curent alternativ de intrare.

UPS-ul online este abordarea cea mai frecvent utilizată pentru marile centre de date financiare, bănci și spitale [15]. Autorii afirmă: „Odată cu avansarea IGBT, care utilizează modulația de lățime a impulsurilor de înaltă frecvență (PWM), UPS-ul a început să adapteze invertoarele IGBT la începutul până la mijlocul anilor 1990”. Etapa de redresare pe bază de tiristor a fost înlocuită cu redresoare pe bază de IGBT, deoarece ar putea elimina transformatorul de izolare de intrare reducând dimensiunea și greutatea unității UPS. UPS-ul fără transformare domină aplicațiile centrelor de date pentru gama de putere de 100–300 kVA. Autorii afirmă: „IGBT sau tranzistorul bipolar cu poartă izolată este cheia pentru dezvoltarea UPS-ului fără transformatoare”.

Un stadiu al invertorului cu ieșire trifazată fără transformator este prezentat în Fig. 17.14 [15]. Utilizează doi condensatori pe magistrala intermediară de curent continuu pentru a crea un fir neutru. Eliminarea transformatorului reduce foarte mult dimensiunea și greutatea unității UPS. Cu toate acestea, este necesară o tensiune mai mare a magistralei de curent continuu de 800 V pentru a genera tensiunea de ieșire de la o linie la alta de 480 V rms AC.

Figura 17.14. Etap de ieșire a surselor de alimentare fără întrerupere fără transformatoare.

Costul de instalare pentru UPS-ul fără transformatoare este cu 30% mai mic decât cel al proiectelor anterioare cu transformatoare de izolare. Se obține, de asemenea, o reducere a dimensiunii de 50-60%. Acesta este un avantaj în centrele de date mari, unde costul pe picior pătrat al etajelor ridicate este de 600-900 USD pe an. Unitățile UPS fără transformatoare care utilizează IGBT-uri operate la viteză mare de comutare au un factor de putere de intrare apropiat de unitate în comparație cu doar 0,8 pentru unitățile UPS bazate pe transformatoare anterioare. În plus, zgomotul de la UPS este mult redus, iar eficiența este îmbunătățită cu aproximativ 1%. Un UPS de 750 kVA poate fi derivat folosind mai multe unități fără transformator de 250 kVA, așa cum se arată în Fig. 17,15 [15]. Aici, șase unități UPS de 250 kVA sunt utilizate pentru a crea redundanță și pentru a obține o configurație mai fiabilă.

Figura 17.15. Configurare surse de alimentare neîntreruptibile (UPS) de 750 kVA.

Personalizare

15.6.4 Distribuția energiei electrice

Pentru o instalare bună, nu este suficient să aveți un încărcător sau UPSS pentru backupul de energie. În afară de echipamentele de automatizare, pot exista și alte echipamente care nu necesită curent electric. Pentru a facilita acest lucru și pentru a asigura o distribuție adecvată a sarcinii pentru toate echipamentele care nu necesită curent electric, se folosește în mod normal un panou de distribuție sau o placă, așa cum este ilustrat în Fig. 15.7 .

Figura 15.7. Panou de distribuție a energiei electrice.

După cum se vede aici, alimentatorul de intrare (alimentare fără întrerupere de la încărcător sau UPSS) și alimentatoarele de ieșire către toate echipamentele (inclusiv echipamentele de automatizare) sunt prevăzute cu facilități de protecție și afișare adecvate (un MCB și o lampă de indicare).

Plumb cu sticlă absorbantă auto - baterii acide

6.4 Lansarea bateriilor AGM auto

De mulți ani, bateriile AGM au fost folosite în funcții staționare, de exemplu, în telecomunicații și sisteme de alimentare neîntreruptibile. Având în vedere experiența lor de servicii de succes, utilizarea tehnologiei în vehiculele rutiere a fost luată în considerare încă din anii 1990 [7]. Într-una din primele aplicații, o combinație de două baterii plumb-acid sa dovedit a fi cea mai promițătoare. O serie de mașini, un roadster de la un producător german de vârf, a fost echipată cu două baterii în loc de una, cuplate de un întrerupător. O baterie mică inundată, de design special, a fost utilizată exclusiv pentru pornirea motorului, în timp ce cealaltă baterie (AGM) acoperea toate aplicațiile de ciclism. În cazul în care bateria principală este descărcată adânc din orice motiv, bateria mică de pornire a fost capabilă să acționeze independent mașina [3,8]. Principalul motor pentru acest sistem cu două baterii a fost utilizarea sezonieră așteptată a mașinii, care ar putea duce la o baterie descărcată profund. Bateria de pornire separată desemnată a evitat problemele de pornire.

Un alt driver pentru bateriile AGM auto a fost utilizarea lor ca o soluție când au fost înființate rețele pentru conectarea computerelor la nivel global. În mod similar, s-a decis conectarea tuturor dispozitivelor electronice și a unităților de control din vehicule. Primele mașini care au fost complet conectate s-au dovedit a fi un dezastru. Atunci când nu sunt utilizate, toate dispozitivele intră de obicei într-un mod de repaus, pentru a-și minimiza consumul de energie. Din păcate, în unele cazuri, sistemul modurilor de veghe și somn nu a funcționat satisfăcător atunci când este conectat printr-un sistem de autobuz. În consecință, bateria (inundată) a fost uneori complet descărcată după o scurtă perioadă de decuplare. Chiar dacă mașina a reușit să pornească după aceea, sarcina ciclică a bateriilor a fost extraordinară. Înlocuirea bateriilor standard inundate cu omologii AGM a contribuit la minimizarea defecțiunilor cauzate de faptul că sistemul electric al vehiculului nu a fost optimizat. Astăzi, sistemele de rețea ale vehiculelor sunt maturate din punct de vedere tehnic.

Taxiurile, ambulanțele și alte vehicule de urgență sunt alte exemple importante în care bateriile AGM servesc ca înlocuitoare de lungă durată pentru bateriile inundate convenționale. În taxiuri, multe dispozitive sunt operate chiar și în fazele de oprire a motorului, de exemplu, ventilație, radio și iluminare (în interiorul cabinei pasagerilor, precum și a luminilor de parcare). Bateriile inundate prezintă adesea o durată scurtă de viață de numai 6 luni în condiții de operare atât de dure. În schimb, bateriile AGM sunt capabile să reziste datoriei de până la 3 ani și permit proprietarilor de flote să justifice prima plasată pe baterii.

Un alt motiv pentru înlocuirea bateriilor de pornire convenționale, inundate, este capacitatea mai mare de pornire la rece a bateriilor AGM. Proiectarea bateriei AGM nu trebuie să aibă un rezervor de soluție de electroliți, astfel încât înălțimea plăcii este mai mare decât pentru proiectele inundate. În consecință, performanța de mare viteză este îmbunătățită datorită suprafeței mai mari a electrozilor. Acest concept se mai numește „reducere”, deoarece permite utilizarea bateriilor mai mici cu aceeași performanță de mare viteză, de exemplu, pentru mașinile cu cilindree mare, dar spațiu limitat pentru bateria de pornire.

Repere HPC pentru CFD

5.2.1 Infrastructură de inginerie

Clusterul Lomonosov consumă aproximativ 1,36 MW de energie și are unități de alimentare redundante în caz de defecțiune. Sistemul de alimentare neîntreruptibilă (UPS) este garantat să furnizeze suficientă energie și să răcească sistemul pentru timpul necesar pentru a opri grație sarcinile care rulează și pentru a opri sistemul corespunzător. Două unități UPS furnizează energie separată celor două segmente ale Lomonosov, fiecare cu o performanță de 200 de teraflopuri.

În plus, în cazul pierderii de putere, un segment de calcul poate fi oprit pentru a aloca mai multă putere segmentului de calcul critic. Specialitatea sistemului UPS este de 97%, ceea ce este peste 92% convențional utilizat la nivel industrial. Eficiența ridicată este o necesitate pentru astfel de sisteme de calcul uriașe.

O altă caracteristică a Lomonosov care îl face omniprezent este volumul său de lucru pe scară largă, cu densitate calculată, care atrage 65 kW de putere pe un 42-U, aproximativ 73,5 în rack. Un sistem de răcire separat (Figura 6.18) care ocupă o cameră de 800 m 2 asigură răcirea acestei structuri masive. Datorită iernilor lungi din Rusia, sistemul este, de asemenea, răcit de atmosfera liberă din exterior, prin întreruperea compresoarelor care trec prin răcitoarele de apă. Acest lucru ajută la reducerea consumului de energie aproximativ jumătate din an. De asemenea, sistemul este echipat cu un sistem de securitate la incendiu. Într-o jumătate de secundă, sistemul automat de incendiu umple întreaga cameră cu un gaz, oprind focul fără a deteriora componentele echipamentului. Focul este suprimat, dar nu scade concentrația de oxigen din cameră și, prin urmare, este relativ sigur pentru personal.

Figura 6.18. Rezervoare de apă instalate în subsol pentru răcirea grupului gigantic.