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案列阐发——UPS在线切割设毕喔赡利用和改革
  • 电机类负载在用UPS包管供电时,应考虑电机在启动时有很高的瞬态冲击和从技术上采取措施解决能量回馈的成就,电机的负载率与其输入功率因数的相干也是抉择UPS必需考虑的因素。

    线切割设备重要由机床、数控体系和高频电源这三部分构成,见图1。数控体系由单片机、键盘、变频检测体系构成,具有间隙补偿、直线插补、圆弧插补、断丝主动处理等重要功效。能切割资料,如高强度、高韧性、高硬度、高脆性、磁性资料等。和周详细小和形状复杂的零件。线切割技术、线切割机床正在各行各业中获得普遍的应用。图2给出了典型的线切割设备电源的电路图,从图中可以或许或许看出,在负载特性上,线切割属于电机类感性负载。
      


      1 案例故障描述
      
      某机械加工企业有国产线切割机床5台,每台电功率约为3~3.5kW,考虑到设备电机类感性负载的特性,购买了三进三出6脉冲80kVA工频UPS一台,给5台线切割设备供电。UPS体系装配终了开机后,测试和预运行均正常颠末过程,但是正式投入临盆后一周,此中一台线切割机正常工作中断线,另外一台严重损坏,UPS功率部分故障炸毁。厂家技术职员实时停止了维修,再次投入工作后2日,该UPS再次功率部分炸毁,同时DC-BUS电容也同时炸毁。
      
      2 案例故障检测
      
      UPS再次修复正常工作后,经现场检测,该UPS为线切割机床供电时,负载电流跃变极其频繁,在线切割往复来回工作的间隙,负载对UPS有显著的反冲回电流。同时查询UPS历史记载工作电气参数,发现该UPS在过往的工作中,输入谐波经常高达30%以上。
      
      3 案例故障阐发
      
      应用方错误地应用了不正确架构的UPS为本次故障的原因。
      
      UPS,是一种含有储能装配,逆变器为重要构成部分的不间断电源设备,重要用于给单台计算机、计算机网络体系或其它电力电子设备供给不间断的电力供给。而线切割机属于分外电机类负载,工作时对前端掩护电源有着极强的冲击,在应用通俗的商业UPS环境下,电机的反充电流极容易导致UPS出现严重振荡、UPS内部功率设备烧毁、线切割机断线甚至损毁等故障。同时,客户在购买传统大容量工频UPS时候,还错误地选用了高谐波电流、低输入PF值的6脉冲架构,从而导致了UPS对电网发生了大批的谐波*。
      
      4 案例故障解决计划
      
      ①在UPS内部的直流母线上装配过压释放器,以应对线切割机之类的电机类负载。过压释放器是一种能释放过电压能量而限制过电压幅值的掩护装配,通常并联装配在UPS的直流母线的正负极上。其工作原理为:在UPS体系正常工作环境下释放器并不工作(仅流过微安级的泄放电流)。而当UPS输入负载衔接有电机类负载,当其在正转和反转切换时,会发生急剧上升的反冲电流倒灌到UPS内部的直流母线上,从而导致母线直流电压急速上升,当上升到过压释放器所设置的掩护电压值时,释放器将会导通,释放大电流,从而将过电压限制在一定程度上,起到掩护母线关联设备和UPS其余功率硬件的感化。在释放完过电压能量后,释放器将规复到初始关闭状况。
      
      ②直流母线上的直流电容的耐压仅为450V,更换为耐压品级1200VDC的电容,以提高应对直流高压的能力。
      
      ③加装移相变压器和6脉冲整流器,将原有的UPS6脉冲架构改革为12脉冲架构,同时加装11次滤波器,大幅度低落了对电网的谐波*,提高了UPS的输入PF值。
      
      5 案例知识点和延长
      
      ①通俗商业UPS的设计理念是为了掩护关键性的IT设备例如效劳器,通常的IT设备大多应用开关电源,同时普遍或许强制加装了PFC功率校正电路,这种负载对付UPS来说负载特性为输入PF值很高(0.8以上)的恒定功率负载。如许的负载对付UPS来说,功率的实部是正的,能量是不会出现反灌的。即使是目前少量出现的非线性的整流负载,也是属于恒定功率的领域。而且现代的通俗商业UPS在设计之初,就把案例中的能量反冲倒灌作为一种UPS的故障来处理;
      
      ②在目前常见的高频机布局中,普遍应用IGBT整流、boost升压、主变压器布局,在体系节制上就一样平常限制了这种能量反灌的发生。同时在没有限制的UPS上,当出现电机能量反灌,DC-BUS异常升高的环境下,UPS应该立刻启动掩护措施。案例中的UPS在体系的平安掩护设计上是存在一定缺点的。目前国内UPS市场,高频机UPS因为其无可争议的优越性已经全面取代了传统工频UPS,同时也导致了工频UPS在市场上的供给量的削减,给很多的山寨小厂供给了一定的空间。这些不正轨的小厂家持续临盆出售一些品格低劣的工频UPS,以称心一些概念不清,对峙错误概念的客户的必要;
      
      ③案例中增长的过压释放器为最传统的释放情势,行将反灌导致的多余的能量,颠末过程热能释放的办法解决,这在很大程度上也构成为了一定的能源浪费,不相符目前环保节能的社会主流请求。为了进一步的提高能源的利用,技术上也可以或许或许颠末过程将能量泄放回馈到市电或许利用UPS设置设备摆设的蓄电池停止收受接收的办法。但这两种计划前者必要电网允许接收,后者必要UPS体系增长一套完善的蓄电池储能预留和提前电池情势消耗能量的运作节制机制;
      
      ④电机在启动时有很高的瞬态冲击,如果没有额外的辅助措施,就必要UPS电源可以或许或许在瞬时供给非常大的功率。针对IT设备设计UPS一样平常仅仅是根据短光阴内2倍功率设计,而有的UPS则是仅有1.5倍。对付再大功率的负载,软件限流算法或许硬件的限流线路就会发生感化,从而影响电机启动。不过好在UPS一样平常都设计有LineSupport功效,当负载功率大时可以或许或许颠末过程旁路供电来解决。但是在电池情势下,无法颠末过程旁路分担功率,就存在电机启动过程异常的可能。为此对付瞬间供给电流的能力非常关键的场合,就必要抉择更大功率的UPS。
      
      电机类负载在实际工作中为解决启动能量冲击过大的成就,常会在设备前端加装变频调速装配,如许构成的体系供电布局为UPS+变频器+电机类负载。必要注意的是:同样为了解决电机类负载能量反灌的成就,变频器中也普遍加装有能量释放装配,工作原理和案例中UPS增长的装配类似。
      
      从工作原理上区分,采纳反灌能量间接以热量散发情势运行的变频器虽然不够环保,但相对付UPS来说后端负载为非线性恒定功率负载,UPS就无需再次加装释放装配。但是如果是采纳的是将能量间接释放回变频器前端的变频器,那么就和UPS间接衔接电机类负载无异了。实际工作中,咱咱咱们在碰到此类环境时,切记必要节制了解变频器的工作原理,以免UPS的设置设备摆设错误或许浪费;
      
      ⑤还必要重点考虑的成便是UPS负载功率因数与电机类负载的输入功率因数的匹配。电机的输入功率因数是随其负载率而变更的,见表1。
      
      早期,多选用工频机型UPS,其负载功率因数为0.7~0.8,。从表1可知,在电机的负载率为50%以上时,电机的输入功率因数在0.77~0.87之间,两者的匹配尚好。一样平常环境下,逆变器功率管的视在功率尚能称心负载功率的请求。但在电机负载率很低的环境下,除非逆变器设计时,功率管的功率留有很大的裕量,否则,可能出现烧毁功率管的故障。
      
      因为电机种类的繁多,其输入特性各异,表1给出的电机的输入功率因数与负载率的相干,是针对付某一种电机的实测数据,并不具有通用性。所以,在选用与电机匹配的UPS时,要慎之又慎。一样平常环境下,抉择UPS时,应防止电机类负载,分外是感性很大的负载相对不允许间接接到UPS上,因为此时启动电流很大,往往还超出其额定值的数倍,很容易构成UPS瞬间超载而损坏;
      
      ⑥国内目前有厂家已经有所谓“线切割公用UPS”,工作原理同上面的案例阐发。这个称呼更多的应该是一种商业的宣传手法,实际上中央便是通俗商业UPS,额外增长了释放装配,可以或许或许解决电机类负载反灌能量而已。称呼线切割公用,反而显的应用规模窄了。
      
      6 结束语
      
      电机类负载在用UPS包管供电时,应考虑电机在启动时有很高的瞬态冲击和从技术上采取措施解决能量回馈的成就,电机的负载率与其输入功率因数的相干也是抉择UPS必需考虑的因素。
      
      作者简介
      
      肖斌,男,1974年9月生,上海市人。高级工程师,现任罗格朗数据中央业务解决计划司理。多年从事数据中央产品市场、效劳与应用技术支撑,具有丰富的产品市场运作工作经验,目前专一于数据中央全体解决计划的设计、计划与打造。曾介入东航、远望7号、*网等多项大型数据中央产品项偏向招投标和设计打造工作。介入、编著《高频机型UPS技术及应用》、《云机房供配电体系计划设计与运维》等多本专业书籍。
      
      现任中国计算机用户协会UPS分会专家组专家,中国数据中央打造与运维专家委员会委员专家,中国电源工业协会委员会委员专家。
      
      编辑:Harris
      
      

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