UPS散热风扇及其在UPS系统的作用

2022-06-22
什么是UPS
UPS(Uninterruptible Power Supply),即不间断电源,是一种含有储能装置的不间断电源。主要用于为部分对电源稳定性要求较高的设备,提供不间断的电源,为单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备如电磁阀、压力变送器等提供稳定、不间断的电力供应。

UPS散热风扇

UPS的作用简述
当市电输入正常时,UPS 将市电稳压后供应给负载使用,此时的UPS就是一台交流式电稳压器,同时它还向机内电池充电;当市电中断(事故停电)时, UPS 立即将电池的直流电能,通过逆变器切换转换的方法向负载继续供应220V交流电,使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。
UPS 设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护,逐渐发展成为一种具有稳压、稳频、滤波、抗电磁和射频干扰、防电压冲浪等功能的电力保护系统。

UPS为何会发热
UPS工作在不同的模式下,产生的热量不相同。在UPS绝大部分运行时间内,工作在主路逆变状态,运行效率达80%~98%。UPS的2%~20%功率会转化成热量。一个100 kVA的UPS系统可以产生5 kW~10 kW的热量。UPS因散热等外在因素降低了其容量的使用效率。对于大型的UPS来说,电气元器件多,热量损耗大,效率很容易低于95%,低于90%也是非常常见的。这就意味着5%到10%的功率转换成热量消耗了。
而且,在UPS电源的设计中,IGBT(绝缘栅双极型晶体管)模块已经得到越来越广泛的应用。IGBT模块会产生大量热量,一般通过导热硅脂(Tgrease2500、Tgrease300x)或导热相变材料(TPCM 780SP)与散热器相连将热量导出到系统空间。

UPS如何解决散热问题
UPS电源的工作环境的温度不高于25℃。如果工作环境温度超过25℃,每温升增加10℃,电池的寿命就会缩短一半左右。(参考资料:中国知网《UPS电源的使用与维护》以及《大功率UPS系统关键器件寿命分析及其在应用中的影响》)。

UPS散热风扇

与自然对流冷却相比,使用散热风扇冷却的效果较好,可将系统内温度降低多达30 ℃。UPS系统中,若无散热风扇,系统内部的气流速度过低,将会导致系统内元器件温升过高。元器件外壳与外界温度差会超过40 ℃,器件表面到内部热源还有5 ℃到15 ℃的温差。UPS元器件及系统故障率会明显提升。而通过散热风扇的强制空气冷却,40 ℃的温升可以降到10 ℃以下。因此,几乎所有功率等级的UPS都会使用强制空气冷却,来降低器件的温升。

UPS散热风扇

如何提高UPS散热风扇在系统中的可靠性
UPS可靠性很大程度决定于风冷系统的可靠性。而散热风扇长时间不停地运转,是UPS内部比较薄弱容易出问题的环节,属于易损件。如何才能提高UPS散热风扇在系统中的可靠性:
1、设置过滤网,减少进入设备内部的灰尘颗粒。轴流风扇的使用寿命实际上取决于轴承的寿命,而轴承的寿命由工作温度和清洁度来决定。少尘、散热良好的工作环境,有利于延长散热风扇的寿命(一盟散热风扇的寿命可达7万小时)。
2、采用集中式冗余散热,将器件散热片集中在一腔室空间中,设计散热风道;进行散热冗余设计,即使有散热风扇故障,也可以保证系统正常散热。
3、加强散热风扇更换的可操作性,比如可带电更换风扇,维修方便。
当然,选择适合UPS系统的散热风扇及散热风扇品质优良的也是提高UPS系统可靠性的必要前提。

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