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核级品质保证,科华全系“三电平”UPS三大宝典——(一)技术先进

时间:2022-04-15 15:52:22    浏览量:4146    作者:科华渠道服务
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科华故事 

     1988年,邓小平提出“科学技术是第一生产力”,国家正式实施“火炬计划”。1989年,科华自主研发UPS1000产品,入选首批“国家级火炬计划项目”,掌握核心技术。

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技术背景

产品发展历程:✦

科华33年深耕于电力电子行业,科华UPS的技术发展历程也可以窥见电力电子技术的发展历程:


●功率器件从不控型二极管、到半控型晶闸管、全控型IGBT和MOS管、到第三代半导体SiC和GaN。


●控制技术从模拟化、到模拟和数字混合化、到全数字化、再到智能化。


●随着新器件、新控制技术的不断发展,科华UPS发展历经三代,产品技术从工频机到高频机再到模块机,功率等级从500kVA到1600kVA,容量覆盖广,产品种类丰富。



                         第一代:模拟技术


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                    第二代:模拟/数字混合技术



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                      第三代:全数字化/智能化



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设计理念

      科华以技术核心为驱动力,以技术创新引领行业发展,UPS无论产品和技术如何升级换代,始终承袭核级设计核级品质的UPS产品,始终追求技术先进、安全可靠、智能灵活的设计理念。

                                                                                   技术先进

       YTR11系列1-10kVA产品创新性地应用了电力电子行业内先进的无桥PFC技术、三电平逆变技术、数字化控制技术;从整流单元、逆变单元、控制单元深度挖掘技术细节,将产品的转换效率提升至95%以上,更高效节能;输出功率因素提升到1.0,比传统UPS带载能力提升11%以上;输出THDv明显降低、电磁干扰明显降低、可靠性明显提高。



一、三电平技术的优点:三电平电路在拓扑结构上更为复杂,相对于传统二电平逆变电路只能输出高、低两个电平,这种新颖的逆变电路可以通过上、下管的开通输出高、低电平,通过中间二极管的钳位作用输出零电平,总共三个电平状态,因此被称为三电平逆变电路。


       UPS行业上三电平逆变技术大多应用在中大功率产品上,而科华从1kVA开始全系列高频UPS应用三电平逆变技术。


       与传统的两电平拓扑结构相比,三电平拓扑具有输出电流脉动小、输出波形THDv低、转换效率高、电磁干扰小、可靠性高等优势。



(1)功率器件耐压等级降低,转换效率高:三电平逆变器中的功率器件开关时,所承受的电压变化仅为直流母线电压的一半,低电压等级功率器件,开关损耗低,提升逆变器转换效率。


(2)开关频率降低,转换效率高:输出电平数的增加使得三电平逆变器可以在较低的开关频率下输出正弦都较好的波形,开关频率降低,减少开关损耗,提升逆变器转换效率。


(3)电压变换率和电流变换率减小,转换效率高,电磁干扰小:多电平逆变器开关时因为承受的电压变化小,相应的电压变化率dv/dt和电流变化率di/dt也就减小,可以减小电力电子装置产生的电磁干扰,同时减少开关损耗,提升逆变器转换效率。


(4)输出电压THDv更低:多电平逆变器输出多个电压等级的阶梯波,波形更接近正弦波,带出的谐波小,降低了输出电压的THD。


(5)IGBT可靠性更高:由于IGBT低的开关损耗,使得相同电流容量的IGBT安全工作区不同,三电平的IGBT安全工作区明显比两电平的安全工作区要宽,电路发生短路或者瞬间异常大电流时,三电平耐受大电流的时间要比两电平长,三电平的IGBT可靠性更高。


三电平电路中引入钳位二极管D1,D2,使得每个开关管承受的电压值为直流母线电压的一半;功率管的电压变化率dV/dt和电流变化率di/dt也减小一半;通过控制S1、S2、S3、S4驱动实现三电平的输出。


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 对比 


(1)输出波形对比:


两电平逆变电路输出的电压波形:



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三电平逆变电路输出的电压波形:




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      三电平技术利用多个电平合成阶梯波以逼近正弦输出电压,由于较两电平逆变器多了一个输出电平,其输出的PWM波更接近于正弦波形,可以直观地分辨出三电平输出PWM波形更接近于正弦,纹波含量更少。



(2)开关损耗:

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       IGBT在导通瞬间的电压、电流趋势图,阴影面积1为二电平逆变电路IGBT的开关损耗,阴影面积2为三电平逆变电路IGBT的开关损耗,明显看出两电平逆变电路中IGBT的开关损耗要大于三电平;


(3)纹波电流更小、更少:


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      纹波电流是指叠加在逆变器输出电感电流上的高频三角波电流,是谐波不利成分,会降低输出电流质量,造成电网谐波污染,带来电磁干扰;三电平逆变器明显纹波电流更小、更少。


二、数字化控制技术


            采用三核DSP控制技术,各单元分工协作,各司其职,分工更细,工作更聚焦,数据处理速度更快、故障诊断更精准。


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          数字化控制技术的优点:


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三、无桥PFC技术


    随着电力电子技术的快速发展和各行各业中的广泛应用,接入电网的电力电子开关电源设备是向电网注入谐波的主要来源,使得电力系统的谐波问题日益严重。

    UPS作为重要电力转换设备,功率因数校正技术解决谐波污染问题义不容辞;UPS在低压输入时PFC变换器的转换效率低是行业上普遍遇到的问题;在此基础上,我们创新性地应用了无桥PFC技术,解决谐波问题的同时,提升PFC转换效率、减少功率器件数量,提升系统可靠性。


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      与传统的有桥PFC电路相比,无桥PFC拓扑将整流桥的四个二极管和一个开关管,替换成Q1和Q2两个开关管,两个开关管的S极相联,一个开关管导通时,利用另一个开关管的体内二极管完成整流。

      相比于有桥PFC拓扑,电路中减少了一个二极管的导通损耗,提升整流PFC的转换效率,同时功率器件数量的减少,降低器件失效概率,提升可靠性。


产品优势


      YTR系列1-10kVA塔机、YTR系列1-10kVA机架式、YTR系列1-3kVA锂电机架式全系列采用行业领先的三电平逆变技术、无桥PFC技术、数字化控制技术,具有高效率、高输出功率因数、高可靠性、低THDv、低电磁干扰、低噪音等特点,节能效益显著,大幅减少运营成本,满足恶劣电网环境的电力保护,为负载提供纯净、安全、稳定的电源。

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