UPS散熱風扇及其在UPS系統的作用

2022-06-22
什么是UPS
UPS(Uninterruptible Power Supply),即不間斷電源,是一種含有儲能裝置的不間斷電源。主要用于為部分對電源穩定性要求較高的設備,提供不間斷的電源,為單臺計算機、計算機網絡系統或其它電力電子設備如電磁閥、壓力變送器等提供穩定、不間斷的電力供應。

UPS散熱風扇

UPS的作用簡述
當市電輸入正常時,UPS 將市電穩壓后供應給負載使用,此時的UPS就是一臺交流式電穩壓器,同時它還向機內電池充電;當市電中斷(事故停電)時, UPS 立即將電池的直流電能,通過逆變器切換轉換的方法向負載繼續供應220V交流電,使負載維持正常工作并保護負載軟、硬件不受損壞。
UPS 設備通常對電壓過高或電壓過低都能提供保護,逐漸發展成為一種具有穩壓、穩頻、濾波、抗電磁和射頻干擾、防電壓沖浪等功能的電力保護系統。

UPS為何會發熱
UPS工作在不同的模式下,產生的熱量不相同。在UPS絕大部分運行時間內,工作在主路逆變狀態,運行效率達80%~98%。UPS的2%~20%功率會轉化成熱量。一個100 kVA的UPS系統可以產生5 kW~10 kW的熱量。UPS因散熱等外在因素降低了其容量的使用效率。對于大型的UPS來說,電氣元器件多,熱量損耗大,效率很容易低于95%,低于90%也是非常常見的。這就意味著5%到10%的功率轉換成熱量消耗了。
而且,在UPS電源的設計中,IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)模塊已經得到越來越廣泛的應用。IGBT模塊會產生大量熱量,一般通過導熱硅脂(Tgrease2500、Tgrease300x)或導熱相變材料(TPCM 780SP)與散熱器相連將熱量導出到系統空間。

UPS如何解決散熱問題
UPS電源的工作環境的溫度不高于25℃。如果工作環境溫度超過25℃,每溫升增加10℃,電池的壽命就會縮短一半左右。(參考資料:中國知網《UPS電源的使用與維護》以及《大功率UPS系統關鍵器件壽命分析及其在應用中的影響》)。

UPS散熱風扇

與自然對流冷卻相比,使用散熱風扇冷卻的效果較好,可將系統內溫度降低多達30 ℃。UPS系統中,若無散熱風扇,系統內部的氣流速度過低,將會導致系統內元器件溫升過高。元器件外殼與外界溫度差會超過40 ℃,器件表面到內部熱源還有5 ℃到15 ℃的溫差。UPS元器件及系統故障率會明顯提升。而通過散熱風扇的強制空氣冷卻,40 ℃的溫升可以降到10 ℃以下。因此,幾乎所有功率等級的UPS都會使用強制空氣冷卻,來降低器件的溫升。

UPS散熱風扇

如何提高UPS散熱風扇在系統中的可靠性
UPS可靠性很大程度決定于風冷系統的可靠性。而散熱風扇長時間不停地運轉,是UPS內部比較薄弱容易出問題的環節,屬于易損件。如何才能提高UPS散熱風扇在系統中的可靠性:
1、設置過濾網,減少進入設備內部的灰塵顆粒。軸流風扇的使用壽命實際上取決于軸承的壽命,而軸承的壽命由工作溫度和清潔度來決定。少塵、散熱良好的工作環境,有利于延長散熱風扇的壽命(一盟散熱風扇的壽命可達7萬小時)。
2、采用集中式冗余散熱,將器件散熱片集中在一腔室空間中,設計散熱風道;進行散熱冗余設計,即使有散熱風扇故障,也可以保證系統正常散熱。
3、加強散熱風扇更換的可操作性,比如可帶電更換風扇,維修方便。
當然,選擇適合UPS系統的散熱風扇及散熱風扇品質優良的也是提高UPS系統可靠性的必要前提。

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