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　　現(xiàn)代的整流充電器分降壓型和升壓型兩種，降壓型主要用于UPS電池組電壓低于輸入交流峰值電壓一定值的情況，而升壓型主要用于UPS電池組電壓高于輸入交流峰值電壓的情況。

　　一、輸入配電系統(tǒng)

　　在數(shù)據(jù)中心的UPS供電系統(tǒng)中，輸入電路一個(gè)最重要的指標(biāo)就是輸入功率因數(shù)。輸入功率因數(shù)低會(huì)造成成下面的不利影響：

　　(1)導(dǎo)致輸入供電線路上各環(huán)節(jié)的早期老化

　　輸入功率因數(shù)低的原因是輸入諧波電流成分含量大，諧波電流經(jīng)過(guò)輸入電纜時(shí)，使電纜產(chǎn)生附加發(fā)熱量，導(dǎo)致電纜外皮材料長(zhǎng)期發(fā)熱、變軟、變脆、變酥、變碎;諧波電流經(jīng)過(guò)輸入斷路器(開(kāi)關(guān))時(shí)，開(kāi)關(guān)出點(diǎn)由于長(zhǎng)期發(fā)熱而導(dǎo)致接觸不良，一個(gè)正反饋的效應(yīng)是開(kāi)關(guān)過(guò)早時(shí)效;諧波電流經(jīng)過(guò)輸入保險(xiǎn)絲時(shí)，由于長(zhǎng)期的附加發(fā)熱而導(dǎo)致熔絲變軟、下垂(使整個(gè)保險(xiǎn)絲粗細(xì)變得不均與)、自然斷裂而引起斷電。

　　(2)不能充分利用輸入功率

　　由于輸入功率中含有大量的無(wú)功分量，有功功率被吸收，無(wú)功功率在電纜中往復(fù)流動(dòng)，使正常的有效電流通道變窄，由于線路的“擁擠”而使單位截面積傷的電流密度加大，功耗加大。根據(jù)歐姆定律。導(dǎo)線上的功耗P為

　　P=I2R

　　由上式可以看出，線路上的功耗和電流I的平方值成正比，與導(dǎo)線的電阻R成正比，而發(fā)熱量又是功耗P和時(shí)間T的函數(shù)，即

　　Q=0.24Pt

　　這樣一個(gè)長(zhǎng)期效應(yīng)造成了電力的浪費(fèi)。

　　(3)對(duì)供電電網(wǎng)產(chǎn)生*

　　輸入電路是可控硅(閘流管)整流器時(shí)，由于可控硅的開(kāi)啟往往伴隨著高壓電和大電流，不但破壞了輸入電壓波形，而且還形成很強(qiáng)的傳到*和輻射*，應(yīng)系那個(gè)了同一線路上其他用電設(shè)備的正常運(yùn)行。

　　(4)使前置發(fā)電機(jī)的裝機(jī)功率成幾倍增大

　　輸入功率因數(shù)低(一般未經(jīng)補(bǔ)償?shù)闹禐楣β视脝蜗喽�極管整流器的0.6，較大功率用三相可控硅全波整流——6脈沖整流的0.8)，可導(dǎo)致前置發(fā)電機(jī)的裝機(jī)功率至少3倍于UPS的額定功率。

　　二、工頻整流器與高頻整流器

　　由前面的討論可以看出，UPS輸入功率因數(shù)低的主要原因在于輸入部分的電路結(jié)構(gòu)和工作方式�，F(xiàn)代的整流充電器分降壓型和升壓型兩種，降壓型主要用于UPS電池組電壓低于輸入交流峰值電壓一定值的情況，而升壓型主要用于UPS電池組電壓高于輸入交流峰值電壓的情況。

　　1.工頻降壓整流器

　　降壓整流器有工頻和高頻之分，而工頻又有穩(wěn)壓和不穩(wěn)壓之分。下面以UPS中應(yīng)用最廣的穩(wěn)壓工頻電路為例進(jìn)行討論。一般采用三相整流，是因?yàn)槿�相整流的脈動(dòng)系數(shù)和紋波系數(shù)都低。一個(gè)三相可控硅全橋整流電路中用了6只可控硅整流器，需要6個(gè)脈沖進(jìn)行分別控制，也俗稱其為6脈沖整流。三相全橋整流電路是按線電壓工作的，在市電為額定值380V/220V時(shí)的最高整數(shù)流出電壓可達(dá)到

　　UDC=380V×√2=537V

　　一般電池組額定電壓為12V×32只=384V的浮充電壓(約438V)已足夠了。由于這種電路是按照市電的頻率(所謂工頻)節(jié)奏而工作的，成為工頻整流器。由于可控硅的電流容量和耐壓都可以做的很高，因此它在中大功率傳統(tǒng)雙變換UPS中得到了廣泛的應(yīng)用。又由于這種電路整流器件的開(kāi)啟(相位)是可控的，因此它就具有了輸出穩(wěn)壓的功能。但這個(gè)輸出穩(wěn)壓的功能不能作為輸入市電大范圍變化的根據(jù)，原因是可控硅存在著在一定條件下失控的隱患。

　　例如，一個(gè)電池組額定電壓為384V，在正常情況下的浮充電壓低于440V，如果認(rèn)為及時(shí)是電線電壓額定值Un上升到135%Un時(shí)也可保證整流電壓低于450V，就可把這時(shí)的輸入電壓(135%Un)作為改UPS的優(yōu)點(diǎn)提供給用戶，就會(huì)給用戶的使用埋下隱患。當(dāng)然，按照相控原理，即使輸入市電電壓上升到150%Un，在正常情況下也可使電池浮充電壓穩(wěn)定在440V以下，但萬(wàn)一在135%Un時(shí)可控硅失控，這時(shí)可控硅整流器就變成了普通二極管整流器，此時(shí)的輸出整流電壓UDC就變成了

　　UDC=380V×1.35×√2=725V

　　這時(shí)就出現(xiàn)了兩個(gè)危險(xiǎn)情況：一種情況是，整流器后面的濾波電容是否可耐此高壓，否則必炸無(wú)疑;另一種情況是，原來(lái)12V一節(jié)的電池，現(xiàn)在變?yōu)槊抗?jié)電壓UB=725/32=2.6V，這就意味著電池也因此而報(bào)廢!甚至還會(huì)帶來(lái)其他的危險(xiǎn)，如因電池炸裂而噴出的硫酸傷人和傷物。

　　另一方面，由于6脈沖整流電路的工作是脈沖式的，對(duì)市電輸入電壓博興的破壞作用非常顯著，使輸入電流諧波成分達(dá)到30%以上，輸入功率因數(shù)僅為0.8左右，為了實(shí)現(xiàn)“綠色”電源的目標(biāo)，還必須進(jìn)行功率因數(shù)校正。

　　采用普通二極管的整流器就不具備穩(wěn)壓功能，它一般用于小功率UPS電路中，充電器另外設(shè)置。

　　2.高頻降壓整流器

　　在一般小功率UPS電源中，為了簡(jiǎn)化電路的復(fù)雜程度而采用了二極管整流器，但二極管整流器無(wú)穩(wěn)壓功能，為了濾波電容和逆變器的安全，有的采用了BUCK型高頻降壓整流器。

　　BUCK(降壓)型高頻降壓整流器工作原理：

　　控制信號(hào)以高頻脈沖(一般式20kHz的固定脈沖寬度)

　　加到開(kāi)關(guān)功率管的控制極，當(dāng)一個(gè)控制脈沖到來(lái)時(shí)，VT打開(kāi)，電流由整流器二極管經(jīng)VT流向負(fù)載和濾波電容，這是電感L儲(chǔ)能;控制信號(hào)結(jié)束后，VT截至，電感L產(chǎn)生的反電勢(shì)繼續(xù)維持原來(lái)的電流流向?qū)⒋迥茚尫牛�其路徑是：Lb→C、R→VD→La，使輸入形成連續(xù)的電流。電感上的能量釋放完或達(dá)到一定程度后，功率管又被下一個(gè)觸發(fā)脈沖打開(kāi)，再重復(fù)上面的過(guò)程。這個(gè)電路的有點(diǎn)是簡(jiǎn)單，送到負(fù)載的電流是連續(xù)的，但輸入電流仍然是脈動(dòng)的。數(shù)據(jù)中心的正常運(yùn)作需要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的溫度，然而在數(shù)據(jù)中心機(jī)房中有很多因素會(huì)導(dǎo)致機(jī)房溫度過(guò)高從而影響到機(jī)房的正常使用和工作。那么數(shù)據(jù)中心的熱負(fù)荷到底是從哪里來(lái)呢?我們又改如何去計(jì)算數(shù)據(jù)中心的熱負(fù)荷呢?今天我們就從數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)設(shè)備發(fā)熱量的組成來(lái)分析其來(lái)源及熱負(fù)荷的計(jì)算方法。

　　1、數(shù)據(jù)中心熱負(fù)荷的組成

　　建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱

　　從玻璃投入的太陽(yáng)輻射熱

　　人體散熱、散濕

　　照明裝置的散熱

　　機(jī)房加濕產(chǎn)生的熱負(fù)荷

　　新風(fēng)負(fù)荷

　　2、IT設(shè)備熱負(fù)荷

　　IT設(shè)備機(jī)箱可以分成三種類型：塔式、機(jī)架式和刀片式。其中機(jī)架式和刀片式可以直接安裝到標(biāo)準(zhǔn)19英寸的機(jī)架中。目前數(shù)據(jù)中心的IT設(shè)備都采用這種方式。

　　所以在計(jì)算IT設(shè)備熱負(fù)荷時(shí)要考慮以下因素：

　　IT設(shè)備的總功耗，就是將IT設(shè)備中的各個(gè)部件的功耗疊加，設(shè)備資料提供的是該設(shè)備的額定功率，額定功率功耗通常大于實(shí)際功耗。在實(shí)際運(yùn)行中，設(shè)備功耗會(huì)根據(jù)工作狀況發(fā)生一定的變化，但一般變動(dòng)幅度不大。

　　除了IT設(shè)備熱負(fù)荷外，還有在工作中使用的測(cè)試儀器、線纜等其他組成了其他的熱負(fù)荷，由于這些發(fā)熱量較小，一般可以忽略不計(jì);UPS和配電系統(tǒng)的發(fā)熱量由固定損耗和與運(yùn)行功率成正比例的損耗三部分組成。這些損耗在不同品牌和類型的設(shè)備間通常都是相差無(wú)幾的，因此可輕松估算出來(lái)，且不會(huì)發(fā)生太大的偏差。

　　空調(diào)壓縮機(jī)和室外機(jī)的風(fēng)扇會(huì)產(chǎn)生大量熱量，這些熱量被排到外部環(huán)境，從而不會(huì)在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部造成熱負(fù)載。但是空調(diào)室內(nèi)機(jī)的風(fēng)機(jī)功耗是室內(nèi)的熱負(fù)荷，因此在確定空調(diào)總負(fù)荷大小時(shí)需要考慮這些因素。

　　我們已經(jīng)找到發(fā)熱的根源在哪里，那么我們?cè)趺慈��?duì)數(shù)據(jù)中心總熱負(fù)荷進(jìn)行估算呢?

　　1、IT設(shè)備

　　發(fā)熱量=總體IT負(fù)載功率

　　2、UPS設(shè)備

　　發(fā)熱量=空載耗損+運(yùn)行耗損

　　空載耗損=0.04×電源系統(tǒng)額定功率

　　運(yùn)行耗損=0.06×總體IT負(fù)載功率

　　3、配電設(shè)備

　　發(fā)熱量=空載耗損+運(yùn)行耗損

　　空載耗損=0.02×電源系統(tǒng)額定功率

　　運(yùn)行耗損=0.02×總體IT負(fù)載功率

　　4、照明設(shè)備

　　發(fā)熱量=0.03×照明面積

　　5、人員

　　發(fā)熱量=0.1×最多人員數(shù)量

　　如果知道了這些數(shù)據(jù)，我們?cè)趺磥?lái)計(jì)算總熱負(fù)荷量呢?

　　那么我們就來(lái)舉個(gè)例子：數(shù)據(jù)中心占地500m，功率250KW，擁有150個(gè)機(jī)架，員工數(shù)量最多時(shí)20名。假定數(shù)據(jù)中心的容量達(dá)到30%，IT設(shè)備負(fù)載總體發(fā)熱為250KE的30%，大約80KW.在這種情況下，數(shù)據(jù)中心總體發(fā)熱量為116KW，是IT負(fù)載的1.45倍。在現(xiàn)代IDC機(jī)房中，隨著UPS電源的大量的使用，使得用戶安裝的某些負(fù)載，如服務(wù)器等會(huì)對(duì)UPS輸出零地電壓有較高的要求。一般情況下的要求，在我們實(shí)際應(yīng)用時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)UPS沒(méi)開(kāi)機(jī)時(shí)測(cè)量輸出零地電壓會(huì)上升，有可能出現(xiàn)零地電壓超出了要求的范圍。導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法正常工作甚至損壞，為了有效降低領(lǐng)地輸出電壓，保證機(jī)房負(fù)載的正常運(yùn)行，我們通常會(huì)使用隔離變壓器，來(lái)隔斷輸出和輸出之間的電器連接，在變壓器副邊零地短接，達(dá)到降低零地電壓的作用。當(dāng)遇到隔離變壓器短路時(shí)，我們通�？梢圆捎靡韵陆鉀Q方法：

　　1、改變隔離變壓器的常規(guī)設(shè)計(jì)：

　　降低正常工作狀態(tài)下鐵心磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm;

　　一般取Bm=(65%-75%)Bs值，通常Bs=18000~20000高斯;

　　則Bm=14000~15000高斯;

　　如果Bm<50%Bs則可取消短路現(xiàn)象。

　　這樣設(shè)計(jì)的結(jié)果是，變壓器成本提高20%-30%

　　2、增大變壓器輸入端系統(tǒng)配電開(kāi)關(guān)脫扣保護(hù)容量，不要對(duì)此電流保護(hù)。

　　3、隔離變壓器的位置也在考慮之列：

　　如果把變壓器配置在UPS、交流穩(wěn)壓器等設(shè)備的后面，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，可由UPS、交流穩(wěn)壓器等設(shè)備的限流功能進(jìn)行保護(hù)。但沖擊*總是存在的，并且會(huì)對(duì)UPS、交流穩(wěn)壓器等設(shè)備造成輸出短路沖擊。如果在UPS靜態(tài)旁路中加隔離變壓器，變壓器的啟動(dòng)沖擊電流同樣會(huì)影響到輸入配電進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，便系統(tǒng)啟動(dòng)失敗。

　　4、重新啟動(dòng)一次。

　　以上就是簡(jiǎn)單實(shí)用的解決隔離變壓器短路問(wèn)題的方法。