Modulárne napájacie systémy v priemyselných aplikáciách - BENNING
Princíp modulárnosti ponúka dôležité technické a ekonomické výhody pri navrhovaní a prevádzke systémov UPS.
Séria IT trojfázového systému UPS ENERTRONIC modulárny SE
Modulárne energetické a konverzné technológie sa už dlho úspešne využívajú v rôznych priemyselných odvetviach, ako napríklad: B. v IT, v dátových a telekomunikačných technológiách - alebo v medicíne, kde dostupnosť zariadenia na operačnej sále alebo na jednotke intenzívnej starostlivosti môže znamenať rozdiel medzi životom a smrťou. Prestoje tu nie sú tolerovateľné. Čoraz viac nemocníc sa preto spolieha na modulárne systémy UPS, v ktorých je možné jednotlivé moduly vymieňať rýchlo a ľahko aj počas prevádzky.
Kedykoľvek sa diskutuje o výhodách modulárneho princípu, pojmy ako „Dostupnosť“, „Spoľahlivosť“, „Škálovateľnosť“, „Flexibilita“, „Modulárnosť“ a „ Udržateľnosť. Vlastnosti, ktoré sú v anglicky hovorenom svete, najmä v IT priemysle, známe pod označením „ilities“. Aký konkrétny obsah a požiadavky však popisuje? A prečo si modulárna architektúra v oblasti priemyselných aplikácií dodnes získava uznanie len pomaly? Tento článok je prvým zo série piatich článkov, v ktorých David Bond, výkonný riaditeľ spoločnosti BENNING Power Electronics (UK) Ltd, vysvetľuje pozadie tejto terminológie a sumarizuje ju z hľadiska moderných modulárnych systémov napájania od spoločnosti BENNING.
Zavedené v dátach/IT po celé desaťročia.
Modulárne systémy napájania a konverzie sú už po celé desaťročia neoddeliteľnou súčasťou obchodných oblastí, ako sú kancelárske systémy, bankovníctvo, dáta/IT alebo telekomunikácie. V týchto trhových segmentoch zodpovední inžinieri uznali výhody, ktoré tieto modulárne systémy napájania ponúkajú, už čoskoro a posunuli ich použitie vpred. Výhody ako vysoká dostupnosť, spoľahlivosť, škálovateľnosť, flexibilita, ľahká údržba a ďalšie pozitívne vlastnosti, ktoré spĺňajú profily požiadaviek mnohých individuálnych obchodných procesov dôležitých pre podnikanie. Z týchto dôvodov je segment trojfázových modulárnych systémov UPS v súčasnosti najrýchlejšie rastúcim odvetvím na komerčnom trhu s UPS.
Na základe úspešného využívania týchto systémov v iných odvetviach ekonomiky hľadajú viac „konzervatívni“ technici v priemyselnom sektore spôsoby, ako tieto systémy využiť.
Avšak terminológia použitá na popísanie výhod daného systému ponecháva dostatok priestoru pre jednotlivé asociácie a technické interpretácie. Tento odborný článok je preto zameraný na definovanie pojmu „modularita“ z pohľadu elektrotechnika a na základe toho vysvetlenie hlavných výhod pri navrhovaní priemyselného napájacieho zdroja.
Modularita v priemysle
Trojfázové systémy UPS, ktoré možno čo najviac označiť ako „skutočné“ modulárne, sa v komerčnom sektore UPS používajú približne od roku 2001. Vďaka početným prevádzkovým výhodám sa postupne dostávajú do povedomia aj v priemyselných aplikáciách. Tento vývoj do značnej miery vyplýva z rôznych priorít, záťaží a z nich vyplývajúcich požiadaviek, ktoré musí zariadenie spĺňať pre príslušný účel.
Rôzne investičné cykly
Napríklad prevádzka dátového centra je veľmi dynamická obchodná oblasť, ktorá si vždy vyžaduje vyššiu hustotu výkonu a rýchlejší výkon IT. Aby zostalo konkurencieschopné, dátové centrum je teraz nútené úplne obnovovať svoj IT hardvér každé tri až štyri roky.
Naproti tomu v prostredí elektrárne existuje väčšia kontinuita. Po nainštalovaní riadiacich, riadiacich a telemetrických systémov je doba používania až 20 alebo 25 rokov takmer štandardná. Požiadavky vyplývajúce z týchto veľkých rozdielov musia nevyhnutne viesť k odlišným perspektívam zodpovedných technikov, najmä keď sa rozhoduje o zavedení novej technológie napájania. Čo sa však presne myslí pod pojmom „modularita“?
Moduly - časti celku
Modularita je definovaná ako rozdelenie celku na časti nazývané stavebné bloky alebo moduly. Preto teraz vyvstáva otázka konkrétnej definície pojmu „modul“.
Aj keď neexistuje všeobecne akceptovaná definícia tohto pojmu, väčšina technikov na celom svete ho chápe ako samostatnú jednotku, ktorá vykonáva konkrétnu funkciu. Chceme preto v tomto článku použiť túto definíciu ako základ.
Ak sa pozriete bližšie, marketingové oddelenia výrobných spoločností sa, bohužiaľ, snažia z rôznych dôvodov zmazať rozdiely medzi systémami. Jazykovo jemne vyladené marketingové texty preto zvyčajne nepomáhajú objasniť technické rozdiely v detailoch. Naopak: často vedú k nedorozumeniam. O to dôležitejšie je podrobne pochopiť, čo presne znamenajú technológie a architektúry systémov.
Modulárna architektúra
Modulárne štruktúry UPS sa vyvinuli v troch rôznych fázach - poháňané pokrokom vo vývoji elektrických a elektronických komponentov, najmä v oblasti montáže dosiek plošných spojov so SMD komponentmi, zavedením výkonových polovodičov (bipolárny tranzistor s izolovanou bránou, IGBT) a vynálezom „Transformátorové“ systémy. Súčasne boli v 80. rokoch vytvorené tradičné monoblokové systémy UPS a v 90. rokoch modulárne blokové systémy UPS. Posledné menované sú teraz nahradené modulárnymi systémami UPS v zásuvnej technológii, ako ich poznáme dnes.
Monoblokový systém UPS s individuálne nainštalovanými obvodovými kartami a komponentmi obvodu
Tradičné monoblokové systémy
Modulárna bloková architektúra
Technologický pokrok viedol k ďalšiemu vývoju dizajnu UPS a vzniku modulárnych blokových systémov UPS. Aj u týchto systémov obsahuje každá skrinka UPS všetky komponenty potrebné na prevádzku systému. Teraz ale najdôležitejšie systémové jednotky ako napr B. Usmerňovače, invertory a statické obtoky spojené do zostáv, ktoré možno označiť ako stavebné bloky alebo moduly. Tieto zostavy sú samostatné, nezávislé a dajú sa jednotlivo zo systému odobrať alebo pridať.
Základné hodnoty topológie modulárneho bloku sú zvýšená dostupnosť systému a vylepšené možnosti opráv. Pretože vymeniť chybný modul usmerňovača je oveľa jednoduchšie a rýchlejšie ako opraviť usmerňovač na mieste.
Pokiaľ však ide o ich škálovateľnosť, majú modulárne blokové systémy UPS tiež rovnaké nevýhody ako vyššie opísané monoblokové systémy. Pretože aj keď už obsahujú podstatne väčšiu modularitu ako tradičné monoblokové systémy, nemožno ich označiť za skutočne modulárne systémy UPS. To však nemení nič na skutočnosti, že sú stále vynikajúcim riešením pre špeciálne aplikácie.
Modulárny blokový systém UPS so samostatnými výkonovými časťami usmerňovača a invertora
Prehľad schémy zapojenia modulárneho blokového systému UPS s oddelenými výkonovými časťami usmerňovača a invertora
Systém UPS v modulárnej zásuvnej technológii s nezávislými a nezávislými modulmi UPS
Modulárna zasúvacia technológia
V tejto systémovej architektúre obsahuje každá systémová skrinka systému UPS niekoľko nezávislých paralelne zapojených modulov UPS. Každý modul je úplne samostatná jednotka UPS. Môže byť prevzatý z alebo pridaný do celého systému bez prerušenia spojenia s kritickými záťažami. Možnosť veľmi rýchlo vymeniť alebo pridať moduly počas normálnej prevádzky celého systému je známa ako „hot swap“ alebo „safe swap“. Je to funkcia, ktorú je možné použiť na identifikáciu tejto topológie UPS.
Neprerušovaná a ľahká výmena modulov vďaka technológii hot-plug
Hot Swap = bezpečný swap
Pretože moduly UPS je možné z prevádzkovaného systému UPS veľmi rýchlo a bezpečne odstrániť, vymeniť alebo doplniť, vedie tento systém na jednej strane k maximálnej dostupnosti a na druhej strane k maximálnej flexibilite vďaka jednoduchej škálovateľnosti napájania. Ako ďalej popíšeme v článku „Dostupnosť vs. spoľahlivosť“ tejto série, maximalizovať dostupnosť pomáha najmä veľmi krátka doba opravy týchto systémov UPS. Články o škálovateľnosti a flexibilite tiež ukážu, ako môže táto architektúra systému viesť k nižším počiatočným investíciám aj k nižším prevádzkovým nákladom.
CPA vs. DPA
Záver: využite výhodu zabezpečenia
Pri plánovaní napájacích zdrojov pre priemyselný sektor už nemožno ignorovať technické a ekonomické výhody „skutočného“ modulárneho systému UPS.
Je však veľmi dôležité presne rozlišovať, čo má výrobca na mysli, keď hovoríme o „modulárnosti“, „modulárnom“ alebo „module“. Pretože ako je uvedené v tomto článku, nie všetky moduly sú v skutočnosti modulárne. Aby bolo možné využiť výhody zabezpečenia prostredníctvom všetkých výhod „skutočnej“ modularity, zodpovední technici by sa preto mali absolútne ubezpečiť, že vybraný systém je schopný „hot swap“ a má decentralizovanú topológiu (DPA).
V nasledujúcom článku v tejto sérii sa budeme zaoberať rozdielmi medzi „dostupnosťou“ a „spoľahlivosťou“.
Ide tiež o vplyv, ktorý majú „skutočné“ modulárne systémy UPS založené na paralelnej redundancii n + 1 na časy opráv a teda na celkovú dostupnosť systému.
Návrh systému UPS ako CPA (Central Parallel Architecture) - existuje možnosť jedného bodu zlyhania, pretože neexistuje úplná redundancia.
Návrh systému UPS ako DPA (Decentralized Parallel Architecture) - jediný bod poruchy neexistuje kvôli úplnej redundancii.