电力系统

在实施UPS之前需要考虑的5件事

关键控制系统馈送工业互联网(IIT),不需要不间断电源(UPS)以防止可能导致工业PC或其他工业控制器崩溃的瞬时电力中断。以下是如何选择工业UPS。

由Ken Allwine. 2021年6月8日
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工业物联网(IIoT)依赖于快速准确的数据通信。关键控制系统不能承受可能导致工业PC或控制器崩溃的瞬时电源中断。ups (uninterrupted power supply)可以防止此类事件的发生。了解选择UPS的基本知识将有助于为特定的应用实施正确的UPS。

UPS系统有许多形式因素和设计,本文主要关注在多个行业的许多应用中使用的DIN导轨安装UPS。

1.定义UPS应用要求

UPS为UPS提供哪些类型的负载 - AC或DC?

传统系统倾向于使用交流电源,所以对旧系统的改造也可能需要交流电源。然而,在过去的20年左右,工业PC (IPC)市场的增长导致了向直流电源的转变。

接下来,考虑电源和运行时需求。你需要计算UPS的合适尺寸。这是你需要建立现实期望的地方。说起来很容易,一个10a系统需要运行48小时。然而,实现这个系统可能是另一项任务。

如果发生持续的电源故障,UPS的工作是确保安全有序地关闭控制平台以避免数据丢失,系统崩溃或故障。在设计系统时,在PC被告知关闭或在合理的时间内返回主电源返回之前,选择允许某些数量的运行时的电池尺寸非常重要。超大电池系统可能需要很长时间才能恢复充电。

电池是等式的下一步。虽然有很多电池选择,但大多数UPS制造商使用一些行业标准化类型。一些制造商只会提供一种技术,例如阀门调节铅酸(VRLA)。其他人将提供多种,如VRLA和宽温VRLA,以及磷酸铁锂(锂离子)。如稍后所指出的,不同的电池具有不同的性能特性和可用的使用寿命。

对于大多数ups,运营商无法知道电池的健康状况,而一些ups会有一个故障指示器,如果系统是远程的,这可能为时已晚。理想情况下,UPS将为电池系统提供多个健康点,因此操作人员可以在电池到达故障点之前采取预防措施。

最后,查看UPS如何传达这些数据点。大多数UPS解决方案使用LED,一些选项提供具有固定阈值点的干触点输出。较新的UPS系统可以提供这些标准并将完整的数据流集成到控制平台中。一些系统可以通过工业协议进行通信,例如以太网/ IP [Odva.],PROFINET [π北美]和modbus tcp / ip [Modbus组织]和ethercat [EtherCAT技术用户组]。

图1:随着工业应用中的IIOT和大数据的广泛实现,可靠的力量比以往更重要。为应用程序选择正确的UPS系统可以防止电源中断可能导致的问题和成本。礼貌:Phoenix联系

图1:随着工业应用中的IIOT和大数据的广泛实现,可靠的力量比以往更重要。为应用程序选择正确的UPS系统可以防止电源中断可能导致的问题和成本。礼貌:Phoenix联系

2.分散的AC UPS技术

在操作AC电压的控制系统中,AC UPS最有意义。AC UPS有几种类型的技术。

离线或备用拓扑非常简单。这些产品价格便宜,因此它们是最常见的AC UPS。在正常条件下,离线UPS将电源功率从输入传递到输出,而不会与电池电路​​不同的电池充电电路以外的任何相互作用。如果电源电源发生故障,UPS将从电源电路切换到电池电路。从UPS输掉电源时的转移时间直到它产生来自电池的电源不能超过10毫秒(MS)。10 ms传输通常不会影响下游设备,但重要的是考虑对电压波动敏感的系统。

在交流UPS解决方案的离线部分,有两个子集:修改(模拟)正弦波输出设备和纯正弦波输出设备。这些技术以不同的方式产生交流输出。

改进的正弦波装置从电池组中获取电压,并以最简单的形式,试图创建一个大致类似于正弦波的波形。虽然这种UPS的成本相对较低,但它也有一些缺点。巨大的电压阶跃会损坏下游设备的输入电路。这些巨大的步骤也产生了大量的开关瞬态从UPS的输出。随着时间的推移,这可能会导致工业pc和plc中的小电源过早故障。

纯正弦波UPS产生相同的正弦波形输出,可以复制来自120/230 V电源供电的波形。纯正弦波UPS是可编程逻辑控制器(PLC),分布式控制系统(DCSS)和IPC等敏感控制设备的更好选择。需要更多电路来产生这种类型的输出,因此该系统更昂贵。但是,由于UPS支持的任何控制设备将持续更长时间,投资通常会得到退还,从而长期导致总体拥有成本较低。

图2:在正常情况下的离线UPS中,它只是简单地将市电从输入端传递到输出端,除了与市电并联的电池充电电路外,没有任何交互作用。礼貌:Phoenix联系

图2:在正常情况下的离线UPS中,它只是简单地将市电从输入端传递到输出端,除了与市电并联的电池充电电路外,没有任何交互作用。礼貌:Phoenix联系

关键任务应用程序将需要更高级的UPS,称为双转换或在线UPS解决方案。在这种拓扑中,UPS永远不会处于待机模式。电池电路主动连接到系统。如果电源供电被中断,输出上没有中断或电压凹陷,导致无缝电池操作。在线系统还具有内置的过滤和规定水平。在正常操作期间,它将来自AC的输入电源转换为DC,然后通过逆变器再次回来。这种隔离级别可防止输入侧的电压波动和次要功率干扰。然而,较高的功能级别具有更高的价格标签和更大的外壳。

3.分布式DC UPS设计

AC UPS的缺点是下游的一切都是交流电源,并依赖于该奇异UPS。控制柜应用可能需要一个非常大的AC UPS来为所有下游设备供电。如果AC UPS失败,则所有下游设备都会如此。分布式DC UPS可以节省成本和空间。

今天的大多数控制柜现在基于直流电压。AC UPS备份并在条目点支持所有内容。使用DC UPS,备份发生在AC / DC电源之后。

通过这种UPS定向,您可以将负载分解为缓冲和无缓冲的负载。(参见下文。)无缓冲的负载是在电源电压损失期间可能会丢失电源的设备,而不会导致系统故障。AC / DC电源可直接为这些负载电源供电。DC UPS将为执行重要功能或缓冲负载的设备供电。这可以显着降低DC UPS的负载。该电流降低等同于UPS尺寸的减小,并降低所需电池容量的尺寸。

图3:在线或“双转换”拓扑中,UPS绝非处于待机模式。礼貌:Phoenix联系

图3:在线或“双转换”拓扑中,UPS绝非处于待机模式。礼貌:Phoenix联系

DC UPS技术比AC UPS解决方案更简单。直流产品不需要AC-TO-DC转换器或DC-TO-AC逆变器。UPS中的所有电压仍保留在标称安全的额外低压(SELV)水平为24 VDC。这对于电源和电池组来说更有效。使用其他直流电压的额外DC / DC转换器使用转换中的更多电流并在系统上变为寄生。在更高功能的UPS系统上,发生的唯一直流转换在电池的充电电路内。

直流UPS系统也允许负载优先。这将优先为连接在UPS上的负载供电。当UPS进入市电给负载供电、蓄电池充电模式时,UPS将监测负载电流。如果负载电流和充电电流结合会导致主交直流电源过载,UPS会自动降低充电电流,防止过载。

DC UPS产品也往往比其交流对应物体积小,因为它们具有更简单的电路。较小的尺寸可以在具有有限的DIN导轨空间的控制柜中有价值。

其中一些模块化DC UPS系统配有内置诊断。虽然许多UPS具有“电池OK”或“系统故障”指示器,但高级UPS系统可以为系统健康和功能提供实时洞察。维护团队可以查看有关电池的HEATH,电压电平,负载电流,温度等的实时数据。它们而不是猜测电池的健康或创建电池旋转时间表,它们具有实时知识,并且可以在失败之前更换电池。

4.工业UPS可靠性依赖于电池

电池是骨干A UPS系统。当电源熄灭时,电池会留出来。那么你如何确保你的电池不是你的UPS系统中的弱链接?

注释工业UPS应用程序的电池类型包括:

  • vrla.
  • 宽温度范围(WTR)VRLA
  • 基于锂的变体

标准VRLA电池是UPS平台最常见的。它的成本低,成本和容量之间的平衡,但缺乏耐用性。标准电池的标称操作温度为0至40°C。它们在一个稳定温度约为27°C的房间中表现最佳。虽然它们在受控环境中很常见,但许多工业应用可以看到温度范围为-40至70°C。这种波动将大大减少VRLA电池的寿命。

WTR-VRLA电池可从-25到60°C操作。它们还具有比标准VRLA更长的使用寿命。它们通常用于户外应用。由于化学与标准VRLA的不同之处,WTR-VRLA通常较大,并且价格较高。

VRLA和WTR-VRLA电池可以在失败之前为300次充电周期运行。这意味着VRLA只能持续六个月,而WTR-VRLA可能在需要替代之前持续一半到两年。

图4:使用直流UPS,在交流/直流电源供电后出现备份。在这种UPS方向下,负载可能被分成缓冲负载和非缓冲负载。礼貌:Phoenix联系

图4:使用直流UPS,在交流/直流电源供电后出现备份。在这种UPS方向下,负载可能被分成缓冲负载和非缓冲负载。礼貌:Phoenix联系

锂电池的寿命和温度范围类似于WTR-VRLA电池。然而,锂电池可以具有高达7,000个电荷循环,这是使用寿命的显着增加。锂电池可能花费三倍的类似WTR-VRLA。然而,在寿命的过程中,锂电池的性能通常往往为自己付出代价。表比较了工业电池技术的性能和相对成本。

工业电池处理,安装时机

因为电池是消耗性的,而且即使不使用,电压也会下降,所以最好是“及时”购买和安装,以确保有最新鲜的电池可用。存储电池时,应定期充电以保持电压。电池容量越小,需要充电和充电的频率就越高。

表比较了阀调节铅酸(VRLA),宽温度范围(WTR)VRLA和锂离子工业电池的工作温度,服务寿命和成本。锂离子成本最多,但表现最佳,可能值得投资,具体取决于替代品的成本和成本。礼貌:Phoenix联系

表比较了阀调节铅酸(VRLA),宽温度范围(WTR)VRLA和锂离子工业电池的工作温度,服务寿命和成本。锂离子成本最多,但表现最佳,可能值得投资,具体取决于替代品的成本和成本。礼貌:Phoenix联系

面板构建器完成内阁后,他们经常忘记它。如果电池在运输过程中休眠或储存,则会降低。如果保险丝没有断开,寄生载荷可以耗尽电池。理想的解决方案是在工厂验收测试后从机柜中取出电池,并将电池作为多个机柜的测试电池保留。当您准备好调试机器时,安装一个新鲜的电池。

5.连接的UPS提供性能数据

IIOT意味着工业世界比以往任何时候都更加联系,使许多设备更聪明。UPS也不例外。通过网络和连接,UPS性能数据可在任何时间或地点访问。

要连接到这些UPS,必须有一个网络到位。以太网/ IP [Odva.],PROFINET [π北美]和modbus tcp / ip [Modbus组织]是工业网络最常见的美国网络协议之一。通过这些协议通信的UPS将使最终用户能够在安装UPS的情况下进入电池性能。

具有高级监控和诊断的UPS可以帮助工程师或技术人员对UPS或电池维护进行智能决策。通过警告警报和有关电池健康状况的实时信息,可以采取积极的方法来进行电池维护。具有这种数据随时可用,消除了“电池焦虑”和不必要的维护。

图5:智能UPS系统可以通过以太网/IP等协议连接到工业网络,从而很容易获得关于电池状态的高级监控和诊断数据以及其他重要数据。礼貌:Phoenix联系

图5:智能UPS系统可以通过以太网/IP等协议连接到工业网络,从而很容易获得关于电池状态的高级监控和诊断数据以及其他重要数据。礼貌:Phoenix联系

UPS系统在控制柜的健康方面起着至关重要的作用。这些提示增加了选择UPS系统以满足应用需求的准备工作。

肯半葡萄酒是助理产品营销经理 - 电源,凤凰城联系。由Mark T. Hoske,Content Manager编辑,控制工程、CFE媒体和技术mhoske@cfemedia.com.

关键词:电源不间断,UPS,工业电源可靠

定义UPS应用要求在ups选择之前。

分散式交流和分布式直流UPS设计可用。

考虑电池性能和UPS通信。

考虑一下这一点

什么百分比可以通过更可靠的力量来防止您的停电?


肯半葡萄酒
作者简介:Ken Allwine是凤凰城联系美国的副产品营销经理