Sisteme de alimentare modulare în aplicații industriale - BENNING
Principiul modularității oferă avantaje tehnice și economice importante în proiectarea și funcționarea sistemelor UPS.
Seria IT a sistemului UPS trifazat ENERTRONIC modular SE
Tehnologiile modulare de putere și conversie au fost folosite cu mult timp în succes în diverse industrii, cum ar fi: B. în IT, în tehnologia datelor și telecomunicațiilor - sau în medicină, unde disponibilitatea echipamentelor în sala de operații sau în secția de terapie intensivă poate face diferența între viață și moarte. Aici nu sunt tolerabile perioadele de nefuncționare. Din ce în ce mai multe spitale se bazează pe sisteme UPS modulare în care modulele individuale pot fi schimbate rapid și ușor chiar și în timpul funcționării.
Ori de câte ori sunt discutate avantajele principiului modular, termeni precum „Disponibilitate”, „Fiabilitate”, „Scalabilitate”, „Flexibilitate”, „Modularitate” și „ Mentenabilitate. Proprietăți care sunt cunoscute în lumea vorbitoare de limbă engleză, în special în industria IT, sub denumirea „ilities”. Dar ce conținut și cerințe specifice descrie? Și de ce arhitectura modulară câștigă încet acceptarea în domeniul aplicațiilor industriale până în prezent? Acest articol este primul dintr-o serie de cinci articole în care David Bond, Managing Director al BENNING Power Electronics (UK) Ltd, explică fundalul acestei terminologii și o rezumă în termeni de sisteme moderne de alimentare modulare de la BENNING.
Stabilit în date/IT de zeci de ani.
Sistemele modulare de alimentare și de conversie au fost o parte integrantă a domeniilor de activitate, cum ar fi Sisteme de birou, servicii bancare, date/IT sau telecomunicații. În aceste segmente de piață, inginerii responsabili au recunoscut avantajele oferite de aceste sisteme modulare de alimentare cu energie într-un stadiu incipient și au împins utilizarea lor înainte. Avantajele precum disponibilitatea ridicată, fiabilitatea, scalabilitatea, flexibilitatea, întreținerea ușoară și alte caracteristici pozitive care îndeplinesc profilurile de cerințe ale numeroaselor procese de afaceri critice pentru afaceri. Din aceste motive, segmentul sistemelor UPS modulare trifazate este în prezent cel mai rapid sector în creștere de pe piața UPS comercială.
Conduși de utilizarea cu succes a acestor sisteme în alte ramuri ale economiei, inginerii mai „conservatori” din sectorul industrial caută acum modalități de a profita de aceste sisteme.
Cu toate acestea, terminologia utilizată pentru a descrie avantajele sistemului respectiv lasă mult spațiu pentru asociații individuale și interpretări tehnice. Prin urmare, acest articol tehnic este destinat să definească termenul „modularitate” din punctul de vedere al unui inginer electric și, pe baza acestui fapt, să explice avantajele centrale pentru proiectarea unei surse de alimentare industriale.
Modularitate în industrie
Sistemele UPS trifazate, care pot fi descrise ca fiind "reale" modulare pe cât posibil, au fost utilizate în sectorul UPS comercial din aprox 2001. Datorită numeroaselor avantaje operaționale, acestea câștigă treptat acceptarea în aplicații industriale. Această dezvoltare rezultă în mare măsură din diferitele priorități, sarcini și cerințele rezultate pe care echipamentul trebuie să le îndeplinească în scopul respectiv.
Cicluri de investiții diferite
Funcționarea unui centru de date, de exemplu, este o zonă de afaceri foarte dinamică, care necesită întotdeauna o densitate mai mare de putere și performanțe IT mai rapide. Pentru a rămâne competitiv, un centru de date este acum nevoit să își reînnoiască complet hardware-ul IT la fiecare trei până la patru ani.
În schimb, există mai multă continuitate într-un mediu de centrală electrică. Odată ce sistemele de control, gestionare și telemetrie au fost instalate, o perioadă de utilizare de până la 20 sau 25 de ani este aproape standard. Cerințele care rezultă din aceste mari diferențe trebuie să conducă inevitabil la perspective diferite din partea inginerilor responsabili - mai ales atunci când se ia o decizie cu privire la introducerea unei noi tehnologii de alimentare cu energie electrică. Dar ce se înțelege exact prin termenul „modularitate”?
Module - părți ale unui întreg
Modularitatea este definită ca împărțirea unui întreg în părți numite blocuri de construcții sau module. În consecință, se pune acum întrebarea pentru o definiție concretă a termenului „modul”.
Deși nu există o definiție general acceptată a acestui termen, majoritatea inginerilor din întreaga lume înțeleg că este o unitate independentă care îndeplinește o funcție specifică. Prin urmare, dorim să folosim această definiție ca bază în acest articol.
Dacă aruncați o privire mai atentă, departamentele de marketing ale companiilor producătoare încearcă din păcate să estompeze diferențele dintre sisteme din diferite motive. Prin urmare, textele de marketing reglate fin din punct de vedere lingvistic nu ajută de obicei la clarificarea diferențelor tehnice în detaliu. Dimpotrivă: deseori duc la neînțelegeri. Este cu atât mai important să înțelegem ce înseamnă exact tehnologiile și arhitecturile de sistem în detaliu.
Arhitectură modulară
Structurile UPS modulare s-au dezvoltat în trei etape diferite - conduse de progresele în dezvoltarea componentelor electrice și electronice, în special în asamblarea plăcilor de circuite imprimate cu componente SMD, introducerea semiconductoarelor de putere (tranzistor bipolar cu poartă izolată, IGBT) și invenția Sisteme „fără transformator”. În același timp, sistemele UPS monobloc tradiționale au fost create în anii 1980 și sistemele UPS bloc modulare în anii 1990. Acestea din urmă sunt înlocuite acum de sistemele UPS modulare în tehnologia slide-in așa cum le cunoaștem astăzi.
Un sistem UPS monobloc cu plăci de circuit instalate individual și componente de circuit
Sisteme monobloc tradiționale
Arhitectură bloc modulară
Progresul tehnologic a dus la dezvoltarea în continuare a proiectării UPS-ului și la apariția sistemelor UPS cu bloc modular. Și în aceste sisteme, fiecare dulap UPS conține toate componentele necesare funcționării sistemului. Dar acum cele mai importante unități de sistem precum B. Redresoare, invertoare și bypass static combinate în ansambluri care ar putea fi denumite blocuri de construcții sau module. Aceste ansambluri sunt autonome, independente și pot fi eliminate individual sau adăugate la sistem.
Valorile de bază ale topologiei blocurilor modulare sunt disponibilitatea crescută a sistemului și opțiunile îmbunătățite de reparații. Deoarece este mult mai ușor și mai rapid să înlocuiți un modul de redresare defect decât să reparați un redresor la fața locului.
Cu toate acestea, în ceea ce privește scalabilitatea lor, sistemele UPS cu bloc modular au, de asemenea, aceleași dezavantaje ca și sistemele monobloc descrise mai sus. Pentru că, deși conțin deja mult mai multă modularitate decât sistemele tradiționale monobloc, ele nu pot fi descrise ca sisteme UPS cu adevărat modulare. Cu toate acestea, acest lucru nu schimbă faptul că acestea sunt încă o soluție excelentă pentru aplicații speciale.
Sistem UPS bloc modular cu redresor separat și secțiuni de putere ale invertorului
Prezentare generală a schemei de circuit a unui sistem UPS cu bloc modular cu secțiuni separate de redresare și putere a invertorului
Sistem UPS în tehnologie modulară slide-in cu module UPS independente și independente
Tehnologie slide-in modulară
În această arhitectură de sistem, fiecare dulap de sistem UPS conține mai multe module UPS independente conectate în paralel. Fiecare modul este o unitate UPS complet independentă. Poate fi preluat sau adăugat la sistemul general, fără a întrerupe conexiunea la sarcinile critice. Posibilitatea înlocuirii sau adăugării de module foarte rapid în timpul funcționării normale a sistemului general este cunoscută sub numele de "hot swap" sau "swap sigur". Este o caracteristică care poate fi utilizată pentru a identifica această topologie UPS.
Schimb facil și neîntrerupt de module datorită tehnologiei hot-plug
Hot Swap = Safe Swap
Deoarece modulele UPS pot fi îndepărtate, schimbate sau completate foarte rapid și în siguranță din sistemul UPS în funcțiune, acest sistem conduce, pe de o parte, la cea mai mare disponibilitate și, pe de altă parte, la flexibilitate maximă datorită scalabilității simple a puterii. După cum am văzut în articolul „Disponibilitate vs. Fiabilitate ”în această serie, în special timpul de reparație foarte scurt pentru aceste sisteme UPS care ajută la maximizarea disponibilității. Articolele despre scalabilitate și flexibilitate vor arăta, de asemenea, modul în care această arhitectură de sistem poate duce atât la investiții inițiale mai mici, cât și la costuri de operare mai mici.
CPA vs. DPA
Concluzie: folosiți avantajul de securitate
Avantajele tehnice și economice ale unui sistem modular UPS „real” nu mai pot fi ignorate la planificarea sistemelor de alimentare cu energie electrică pentru sectorul industrial.
Cu toate acestea, este foarte important să distingem exact ce înseamnă un producător atunci când vorbim de „modularitate”, „modular” sau „modul”. Deoarece, așa cum se arată în acest articol, nu toate modulele sunt de fapt modulare. Pentru a utiliza avantajul de securitate prin toate avantajele modularității „reale”, inginerii responsabili ar trebui, prin urmare, să se asigure absolut că sistemul selectat este capabil de „hot swap” și are o topologie descentralizată (DPA).
În următorul articol din această serie, vom discuta diferențele dintre „disponibilitate” și „fiabilitate”.
Este vorba, de asemenea, de influența pe care o au sistemele UPS modulare „reale” bazate pe redundanță paralelă n + 1 asupra timpilor de reparație și, astfel, a disponibilității generale a sistemului.
Proiectarea sistemului UPS ca CPA (Central Parallel Architecture) - există posibilitatea unui singur punct de eșec, deoarece nu există o redundanță completă.
Proiectare sistem UPS ca DPA (Arhitectură paralelă descentralizată) - nu există un singur punct de eșec din cauza redundanței complete.