Moduláris tápegységek ipari alkalmazásokhoz - BENNING
A modularitás elve fontos műszaki és gazdasági előnyöket kínál az UPS rendszerek tervezésében és üzemeltetésében.
Az ENERTRONIC moduláris SE háromfázisú UPS rendszer informatikai sorozata
A moduláris teljesítmény- és átalakítási technológiákat már régóta sikeresen alkalmazzák a különböző iparágakban, például: B. az informatikában, az adat- és telekommunikációs technológiában - vagy az orvostudományban, ahol a műtőben vagy az intenzív osztályon rendelkezésre álló berendezések különbséget tehetnek élet és halál között. A leállások itt nem tolerálhatók. Egyre több kórház támaszkodik olyan moduláris UPS rendszerekre, amelyekben az egyes modulok még üzem közben is gyorsan és egyszerűen kicserélhetők.
A moduláris elv előnyeinek megvitatásakor az olyan kifejezések, mint "rendelkezésre állás", "megbízhatóság", "skálázhatóság", "rugalmasság", "modularitás" és " Karbantarthatóság. Tulajdonságok, amelyek az angol nyelvterületen, különösen az informatikai iparban ismertek, "ilities" megnevezéssel. De milyen konkrét tartalmat és követelményeket ír le? És miért csak lassan válik elfogadottá a moduláris architektúra az ipari alkalmazások területén? Ez a cikk az öt cikkből álló sorozat első része, amelyben David Bond, a BENNING Power Electronics (UK) Ltd ügyvezető igazgatója ismerteti e terminológia hátterét, és összefoglalja a BENNING modern, moduláris tápellátási rendszereivel.
Évtizedek óta az adat/informatika területén működik.
A moduláris tápegységek és átalakító rendszerek évtizedek óta szerves részét képezik az üzleti területeknek, mint például az irodarendszerek, a banki szolgáltatások, az adatok/informatika vagy a távközlés. Ezekben a piaci szegmensekben a felelős mérnökök már korán felismerték a moduláris tápegységek által nyújtott előnyöket, és előremozdították használatukat. Az olyan előnyök, mint a magas rendelkezésre állás, a megbízhatóság, a méretezhetőség, a rugalmasság, az egyszerű karbantartás és más olyan pozitív tulajdonságok, amelyek megfelelnek a sok üzleti szempontból kritikus üzleti folyamat követelményprofiljának. Ezen okok miatt a háromfázisú, moduláris UPS rendszer szegmens jelenleg a leggyorsabban növekvő szektor a kereskedelmi UPS piacon.
Ezeknek a rendszereknek a gazdaság más ágazataiban történő sikeres alkalmazásából adódóan az ipari szektor "konzervatívabb" mérnökei most keresik a módját, hogy kihasználják ezeket a rendszereket.
Az egyes rendszerelőnyök leírásához használt terminológia azonban bőven teret enged az egyes asszociációknak és a technikai értelmezéseknek. Ennek a műszaki cikknek tehát célja a „modularitás” fogalmának meghatározása villamosmérnök szempontjából, és ennek alapján elmagyarázni az ipari tápegység tervezésének központi előnyeit.
Modularitás az iparban
Háromfázisú UPS-rendszereket, amelyek a lehető legnagyobb mértékben "valódi" modulárisnak nevezhetők, 2001 óta használják a kereskedelmi UPS-szektorban. A számos üzemeltetési előny miatt fokozatosan elfogadták az ipari alkalmazásokat. Ez a fejlődés nagyrészt a különböző prioritásokból, terhelésekből és az azokból fakadó követelményekből adódik, amelyeknek a berendezésnek meg kell felelnie az adott cél érdekében.
Különböző befektetési ciklusok
Az adatközpont működtetése például nagyon dinamikus üzleti terület, amely mindig nagyobb teljesítménysűrűséget és gyorsabb informatikai teljesítményt igényel. A versenyképesség megőrzése érdekében az adatközpont kénytelen három-négy évente teljesen megújítani informatikai hardvereit.
Ezzel szemben az erőművi környezetben nagyobb a folytonosság. A vezérlő, irányító és telemetriai rendszerek telepítése után a 20 vagy 25 éves felhasználási idő szinte szabványos. Az e nagy különbségekből fakadó követelményeknek óhatatlanul eltérő nézőpontokhoz kell vezetniük a felelős mérnökök részéről - különösen akkor, ha egy új áramellátási technológia bevezetéséről döntenek. De hogy mit is értünk pontosan a „modularitás” kifejezés alatt?
Modulok - az egész részei
A modularitást az egésznek az építőelemeknek vagy moduloknak nevezett részekre történő felosztásának definiálják. Ennek megfelelően felmerül a kérdés a "modul" kifejezés konkrét meghatározására.
Noha ennek a kifejezésnek nincs általánosan elfogadott meghatározása, a legtöbb mérnök szerte a világon megértette, hogy ez egy független egység, amely meghatározott funkciót lát el. Ezért ezt a meghatározást szeretnénk alapul venni ebben a cikkben.
Ha jobban megnézzük, a gyártó vállalatok marketing részlegei sajnos különböző okokból megpróbálják elhomályosítani a rendszerek közötti különbségeket. Ezért a nyelvileg finoman hangolt marketingszövegek általában nem segítenek részletesen tisztázni a technikai különbségeket. Ellenkezőleg: gyakran félreértésekhez vezetnek. Annál is fontosabb megérteni, hogy mit jelentenek pontosan a technológiák és a rendszerarchitektúrák.
Moduláris architektúra
A moduláris UPS-struktúrák három különböző szakaszban fejlődtek ki - az elektromos és elektronikus alkatrészek fejlesztésének előrehaladásának köszönhetően, különösen az SMD-alkatrészekkel ellátott nyomtatott áramköri lapok összeszerelésében, az elektromos félvezetők (szigetelt kapu bipoláris tranzisztor, IGBT) bevezetésében és a "Transzformátor nélküli" rendszerek. Ugyanakkor a hagyományos monoblokk UPS rendszerek az 1980-as években, a moduláris blokk UPS rendszerek pedig az 1990-es években jöttek létre. Ez utóbbiak helyébe most a moduláris UPS rendszerek lépnek a csúsztatható technológiában, amilyeneket ma ismerünk.
Monoblokk UPS rendszer egyedileg telepített áramköri kártyákkal és áramköri alkatrészekkel
Hagyományos monoblokk rendszerek
Moduláris blokk architektúra
A technológiai fejlődés az UPS tervezésének továbbfejlesztéséhez és a moduláris blokk UPS rendszerek megjelenéséhez vezetett. Ezekben a rendszerekben is minden UPS-szekrény tartalmazza a rendszer működéséhez szükséges összes elemet. De most a legfontosabb rendszeregységek, mint pl B. Egyenirányítók, inverterek és statikus bypass egységekbe kombinálva, amelyek építőelemeknek vagy moduloknak nevezhetők. Ezek az egységek önállóak, függetlenek és külön-külön eltávolíthatók vagy hozzáadhatók a rendszerből.
A moduláris blokk topológia alapértékei a megnövekedett rendszerelérhetőség és a javított javítási lehetőségek. Mivel a hibás egyenirányító modul cseréje sokkal egyszerűbb és gyorsabb, mint az egyenirányító helyben történő javítása.
Méretezhetőségét tekintve azonban a moduláris blokkú UPS rendszerek ugyanazokkal a hátrányokkal rendelkeznek, mint a fent leírt monoblokk rendszerek. Mivel bár ezek már lényegesen több modularitást tartalmaznak, mint a hagyományos monoblokk rendszerek, nem írhatók le valóban moduláris UPS rendszerként. Ez azonban nem változtat azon a tényen, hogy ezek továbbra is kiváló megoldást jelentenek a speciális alkalmazásokhoz.
Moduláris blokk UPS rendszer külön egyenirányítóval és inverter tápfeszültséggel
Különálló egyenirányító és frekvenciaváltó szakaszokkal ellátott moduláris blokk UPS rendszer áttekintő kapcsolási rajza
UPS rendszer moduláris csúsztatható technológiában, független és független UPS modulokkal
Moduláris csúsztatható technológia
Ebben a rendszerarchitektúrában minden UPS rendszerszekrény több, párhuzamosan összekapcsolt UPS modult tartalmaz. Minden modul egy teljesen független UPS egység. Az egész rendszerből átvehető vagy hozzáadható anélkül, hogy megszakítaná a kapcsolatot a kritikus terhelésekkel. A modulok nagyon gyors cseréjének vagy hozzáadásának lehetősége a teljes rendszer normál működése alatt "hot swap" vagy "biztonságos csere" néven ismert. Ez egy olyan funkció, amellyel azonosítani lehet ezt a UPS topológiát.
Zavartalan és egyszerű modulcsere a hot-plug technológiának köszönhetően
Hot Swap = Biztonsági Csere
Mivel az UPS modulokat nagyon gyorsan és biztonságosan lehet eltávolítani, kicserélni vagy kiegészíteni a futó UPS rendszerből, ez a rendszer egyrészt a maximális rendelkezésre álláshoz, másrészt a maximális rugalmassághoz vezet az egyszerű teljesítményskálázhatóság miatt. Amint ezt a sorozat „Elérhetőség és megbízhatóság” című cikkében tovább ismertetjük, különösen az UPS-rendszerek nagyon rövid javítási ideje segíti a rendelkezésre állás maximalizálását. A méretezhetőségről és rugalmasságról szóló cikkek azt is bemutatják, hogy ez a rendszerarchitektúra hogyan vezethet alacsonyabb kezdeti beruházásokhoz és alacsonyabb működési költségekhez.
CPA és DPA
Következtetés: használja a biztonsági előnyt
Az „igazi” moduláris UPS-rendszerek műszaki és gazdasági előnyeit már nem lehet figyelmen kívül hagyni az ipari szektor áramellátási rendszereinek megtervezésekor.
Nagyon fontos azonban megkülönböztetni, hogy pontosan mit jelent a gyártó, amikor a „modularitásról”, „modulárisról” vagy „modulról” beszél. Mivel, amint az ebben a cikkben látható, nem minden modul valóban moduláris. Annak érdekében, hogy a biztonsági előnyt a "valódi" modularitás összes előnyén keresztül kihasználhassa, a felelős mérnököknek ezért teljesen meg kell győződniük arról, hogy a kiválasztott rendszer képes "hot swap" -ra és decentralizált topológiával (DPA) rendelkezik.
A sorozat következő cikkében megvitatjuk a „rendelkezésre állás” és a „megbízhatóság” közötti különbségeket.
Arról is szól, hogy a párhuzamos n + 1 redundancián alapuló „valódi” moduláris UPS rendszerek milyen hatással vannak a javítási időkre és ezáltal a rendszer teljes rendelkezésre állására.
Az UPS rendszertervezése CPA-ként (Central Parallel Architecture) - egyetlen hibalehetőségre van lehetőség, mivel nincs teljes redundancia.
Az UPS rendszertervezése DPA-ként (Decentralized Parallel Architecture) - a teljes redundancia miatt egyetlen hibapont nem létezik.