铸就高可靠性的工业型UPS



中航太克(厦门)电子有限公司    何春


      摘要:随着UPS在各行各业的大量应用, UPS在可靠性方面常令人诟病。怎样才能铸就高可靠性的UPS,众说纷纭。在这里我们以工业型UPS三要素为基础,着重谈谈产品抗扰度、散热风道等方面的问题。介绍一家默默深耕工业电源领域十多年,中国第一家生产工业型UPS及电力UPS的企业,中航太克(厦门)电子有限公司。他们制造的产品由于其卓越的应用表现,被用户誉为不用烦心的UPS。

      关键词: 工业型UPS就显性而言有三要素:即1、高等级的抗扰度,应用于严苛的电气环境、2、可选配的高等级IP防护等级,应用于恶劣的空间环境、3、工频变压器的电气隔离,可再生一个TN-S系统或IT系统,即零线灵活更好的服务于用户,也可减少系统风险。


首先,产品依照标准的原则,顺序为:专用产品类标准→产品类标准→通用标准。也就是说:专用产品类标准为高等级,它的适应性和可靠性最高。就UPS这类电力电子产品而言,我们通常以应用领域来分类。如下图:


      工业型UPS就显性而言有三要素即:Ⅰ、高等级的抗扰度,应用于严苛的电气环境(抗扰度包括:1. 辐射敏感度试验、2. 工频磁场辐射敏感度试验、3. 射频场感应的传导敏感度、4. 电快速瞬态脉冲群抗扰度、5. 浪涌抗扰度、6. 电压跌落与中断抗扰度、7. 电力线感应/接触、8. 静电放电抗扰度)。Ⅱ、可选配的高等级IP防护等级,应用于恶劣的空间环境。Ⅲ、工频变压器的电气隔离,可再生一个TN-S系统或IT系统,即零线灵活更好的服务于用户,也可减少系统风险。在这三要素中,唯有第一条是有标准可寻的。在IEC62040-2-2005,EMC电磁兼容标准中,把UPS分为C1、C2、C3、C4类,即居民区、商业区和轻工业区、工业区、特殊定制区。

      在环境方面,商业级UPS通常应用于IDC机房内,对温度、湿度、粉尘、腐蚀性气体有严格的要求,不能用于严酷场合,而工业级UPS则通常应用于高温高湿多粉尘或盐雾的场合;在可靠性方面,商业级UPS设计寿命通常在5年左右,而工业级UPS则通过选用工业级甚至军用级器件、增大冗余度、强化工艺设计和提高安全性配置等技术使产品寿命达到甚至超过20年。另外,在电气环境、负载特性、机械强度、电气隔离、输入输出保护、通讯接口、旁路要求、附件选择、IP防护等级和钣金要求等方面,市场对工业级UPS的要求均远高于商业级UPS。以上所述, 工业型UPS最大的特点就是安全可靠,安全可靠是工业型UPS压到一切的前提。

      那么怎样才能铸就高可靠性的UPS呢?UPS系统在规定的条件下,规定的时间内,完成规定功能的能力称为可靠性,。长期以来,人们只用产品的技术性能指标作为衡量UPS质量好坏的标志,这只反映了UPS产品质量好坏的一个次要方面,还不能反映UPS产品质量的主要方面。因为,如果UPS产品不可靠,即使其技术性能再卓越也得不到发挥。从某种意义上说,可靠性可以综合反映UPS产品的质量。要铸就高可靠性的UPS,以下两点尤为重要:


      1、成熟的产品设计开发。可靠性的精髓在于可靠性设计,只有做好可靠性设计才能提升产品质量。可靠性的提升主要集中在研发阶段、定型之前。就工业级UPS而言,要大量的工业电气环境资料及负载情况,来验证各种主电路的适应性、PCB板的布局合理性及样品、成品的EMC电磁兼容性。任何电磁兼容性问题都包含三个要素,即干扰源、敏感源和耦合路径,这三个要素中缺少一个,电磁兼容问题就不会存在。因此,在解决电磁兼容问题时,也要从这三个要素入手进行分析,查清这三个要素是什么,然后根据具体情况,采取适当的措施消除其中的一个。这样产品的电磁干扰 EMI、电磁抗扰性EMS才能符合标准要求,在相应的电气环境中运行可靠。其次,UPS产品的使用环境日益严酷。从热带到寒带,从陆地到蓝海,从高空到宇宙空间,经受着不同的环境条件,除温度、湿度影响外,盐雾、冲击、振动等对UPS的影响,导致产品失效的可能性也会增大。因此,不仅是EMC抗扰度,单就外观上就可以看出工业型UPS的结构坚固性,从这个层面来说每一个行业都应该有相应行业的专用UPS。


      2、成熟的产品制作工艺。我们知道同样的产品图纸,不同的生产厂出来的产品质量,即便是高度标准化生产的今天也显然会参差不齐。这就是成熟的制作工艺基础的问题,它需要长期经验的积累,就是说要有时间长度的工厂才具有此类特质。

      任何一个元器件、任何一个焊点发生故障都将导致UPS系统发生故障。UPS系统属于典型的电力电子产品,一般认为,电力电子技术的诞生是以1957年第一个晶闸管为标志的,电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管和晶闸管变流技术的发展而确立的。此前就已经有用于电力变换的电子技术,所以晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前或黎明时期。70年代后期以门极可关断晶闸管(GTO),电力双极型晶体管(BJT),电力场效应管(Power-MOSFET)为代表的全控型器件全速发展(全控型器件的特点是通过对门极既栅极或基极的控制既可以使其开通又可以使其关断)。使电力电子技术的面貌焕然一新进入了新的发展阶段。80年代后期,以绝缘栅极双极型晶体管(IGBT 可看作MOSFET和BJT的复合)为代表的复合型器件集驱动功率小,开关速度快,通态压降小,载流能力大于一身,性能优越使之成为现代电力电子技术的主导器件。

      而作为电力电子技术在电源应用上的首要问题却是散热。这一点与大多数人认为的散热就是打几个孔,加几个风扇完全不同,相去甚远。因为,散热效果的好坏,直接关系到产品的系统稳定性,有国外电源专家甚至说,他们产品的稳定性高,就是散热片面积大,没有什么高精尖技术。国内外的电源产商在散热方面的人力物力投入也价值不菲。中航太克(厦门)电子有限公司的专利技术,密闭式高效散热风道和风扇冗余设计,整机四个独立风道,每个风道都有两个以上的风扇,转速智能化控制设计。是默默深耕工业电源领域十多年的重大专利技术,它提高了25%以上的散热效果。

      中航太克(厦门)电子有限公司由厦门普罗太克科技有限公司、中国航空工业集团公司旗下公司、中国风险投资有限公司旗下基金公司共同发起成立,在深化军民融合和积极发展混合所有制经济的国家战略背景下应运而生。作为主发起人的厦门普罗太克科技有限公司成立于2002年,是一家专注于高端电源研发、生产、销售和服务的国家级高新技术企业,中国第一家生产工业型UPS及电力UPS的企业,中国第一家生产新一代绿色工业UPS的企业。中航太克厚植人才,持续不懈创新,掌握电力电子产品核心技术,打造高标准的军工品质,快速为客户提供个性化需求。公司组建的研发中心聚集一批拥有20多年行业经历、德才兼备的优秀人才,承担多项国家级、省部级科研课题,多项产品被鉴定为“国内领先水平”并荣获“科技进步奖”。同时,长期与国内外科研机构合作,国内合作对象有中广核集团、厦门大学、南京航空航天大学等。公司拥有技术专利50余项,其中发明专利7项、软件著作权10余项。

      中航太克主导产品有AHA、ALP、AHP系列UPS、逆变电源、航空地面静变电源、APF有源电力滤波器、SVG静止无功发生器、AVR动态电压恢复器、光伏逆变器及相关配套产品,广泛应用于核电、电力、石油、化工、海工、军工、航空、轨道交通、工业制造、船舶等领域,尤其是UPS产品在电力行业市场占有率始终稳居第一,市场份额超过50%。中航太克覆盖中国的销售、服务网络是赢得客户信赖的关键,公司在香港成立海外销售中心,在北京成立北京销售中心,在西安、郑州、成都、武汉、南京、深圳等地成立办事处,在全国多个省市设有服务机构。产品由于其卓越的应用表现,被用户誉为不用烦心的UPS,铸就了高可靠性的工业型UPS。



   



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