如今,隨著技術的發展,靜態UPS的功率損耗逐漸下降。早期具有輸入和輸出變壓器的采用晶閘管技術的在線式UPS(簡稱雙變換式UPS或IEC的“VFI”)的滿載運行效率僅為83%～85%。而目前采用IGBT技術的高頻在線互動式UPS的滿載效率可達到95%～97%。
更加高效,熱量更少
當今的UPS的能源效率提高了15%,而冷卻需求卻在下降,提高了其可靠性。模塊化UPS的平均故障間隔時間(MTBF)從不足2.5萬小時上升到15萬小時;輸出電壓波形失真從5%降低到1%;噪音從95dB(A)降至70dB(A);占地面積甚至減少了90%。
即使雙變換UPS,其效率也達到了96.8%,每千瓦容量的成本降到了以往的*低水平。這對用戶來說是有利的,但廠商從UPS獲利的**方法是提供售后服務。
歐洲廠商生產的UPS基本都取消了變壓器,而在北美,無變壓器的UPS仍然是一個新事物,像APC這樣的廠商也采用了在線互動式拓撲結構,雖然沒有任何頻率的保護,并不是技術上的“在線”式,盡管是這樣,這種架構的UPS在穩定的電網中仍然工作得很好。
上世紀90年代,Invertomatic公司在瑞士推出了經濟模式UPS(ECO模式,工作原理如圖),但市場銷售情況并不樂觀。之后行業廠商推出的模塊化UPS解決了大多數數據中心的部分負荷問題。經濟模式的原理很簡單:當市電穩定時,UPS自主切換到旁路模式供電,降低電力損耗,特別是無變壓器設計的UPS,該模式下UPS整流器仍然工作,為蓄電池充電(需要比飛輪UPS低得多的功率),而逆變器處于待機狀態,旁路(晶閘管開關)開通為負載供電,直到電力出現異常,此時UPS的靜態開關將負載轉移到逆變器,運行在該模式的UPS有個顯著的缺點,就是UPS工作在旁路時并沒有電源質量的改善。
現在有一些“先進”的經濟模式UPS切換時間為2ms而不是4ms,有些則會監測負載失真并做出關于電網的決策,但是基本理念仍然如此,如果電力是穩定的,那么就可以節約電能。
然而這通常會有風險,而經濟模式也沒有什么不同。每當電力出現偏差時,負載就會從旁路切換到正常模式,這與雙變換UPS所提供的保護完全相反。這種切換代表著負載面臨風險,雖然這種風險可能很小,但用戶必須將與其回報進行平衡。
隨著電力成本的上升和概念的推廣,經濟模式已被人們所接受,然而效率并不總是用戶期望的*重要的指標。
采用碳化硅(SiC)的UPS更節能高效
采用經濟模式運行的UPS,具有極大的優勢,但*新開發的碳化硅技術與經濟模式的結合,會產生更大的優勢。目前晶體管制造都是傳統可控硅器件,對于UPS來說,絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)的功能越來越強大且可靠。
但是采用IGBT器件的UPS有一個明顯的缺點，其開關的速度越快(以獲得更高的精度)，電力損失就越高。這主要是因為模塊效率的上限為96.8%，而采用碳化硅器件，理論上可將雙變換UPS效率提高至98%～99%。
合成的碳化硅粉末自1893年以來已經批量生產,采用碳化硅制造的IGBT*初的成本很高,但節能效果也很顯著,而且所有這些都不會將關鍵負荷轉移到電網中,不會增加電力轉換的風險。
在模塊層面上,碳化硅主要有兩個好處:更小的芯片尺寸和更低的動態損耗。在系統層面上,這些優勢可被以多種方式利用。低動態損耗帶來輸出功率的顯著增加,將提供減輕重量和減小體積的機會。值得一提的是,無需額外的冷卻能力就可實現功率的增加,因為與可控硅器件相比,碳化硅帶來實際的損耗減少,可以在相同的冷卻條件下得到更高的輸出功率。低功率損耗可以提高能效,允許設計更高效率的逆變器,所以應用在UPS上更加高效節能。
