4.3 重量和体积

　　数据中心基础设施是一项费用昂贵的固定资产投资,机房内设备对承重的要求和占用空间越来越受到人们的重视。同时,重量轻体积小的设备还可以减少对运输和安装难度的要求,当然在这方面费用的降低也是可观的。

　　表3给出了这两种结构UPS在功率密度、体积和重量等方面的比较数据。

　　从表3具体数据可以看出,与带输出变压器UPS相比,无输出变压器UPS在功率密度、占地面积、重量等方面的贡献是:

　　功率密度(kW/m2)可提高40%左右;

　　占地面积(m2)可减少25%左右;

　　重量减少50%～80%。

　　4.4 成本

　　与带输出变压器UPS相比,无输出变压器UPS去掉的环节包括:输出隔离变压器;输入12脉波移相变压器及11次无源滤波器。所以无输出变压器的UPS可降低成本是不言而喻的事实。讨论成本时,应考虑以下四个方面:

　　(1)生产和购置成本;

　　(2)能源运行成本(若工作效率高,可降低空调费用);

　　(3)占地、承重要求和运输安装成本;

　　(4)资源浪费成本。

　　第四点实际上是很重要的,为了减少资源浪费,以半导体代替铜和钢铁资源早已成为工业和电子设备发展的趋势,是具有重大经济意义和社会意义的基本策略。

　　4.5 对电性能指标的改进

　　无输出变压器UPS的各项电性能指标绝大多数都相当于带输出变压器UPS,而有些指标却显示出无输出变压器UPS具备更优越的性能。除以上讲到的输入功率因数、工作效率、体积、重量和成本外,以下指标也有明显地改善:

　　(1)输入电压范围更宽。带输出变压器UPS能够适应输入电压±15%的变化已很不易,而无输出变压器UPS可在±(25%～30%)范围内正常工作,不仅表现出对电网很强的适应能力,还可延长电池的使用寿命。

　　(2)输出能力强。这体现在两个方面,一是输出半桥逆变器三相独立输出功率,提高了三相负载不平衡的适应能力;二是去掉了工频变压器,逆变器工作频率又较高,输出滤波环节阻抗更小,所以输出动态性能更好,负载阶跃从100%到0或从0到100%变化时,输出电压变化都可限制在±2%,并在20～40ms内返回到±1%的容限范围以内。

　　5 无输出变压器UPS可输出的功率等级和

　　可靠性问题

　　尽管无输出变压器UPS的电路技术已经很成熟，但能否形成工业化产品，输出功率能达到多大，可靠性水平如何，却与器件水平和性能有直接的关系。

　　5.1 无输出变压器UPS可输出的功率等级

　　下面以500kVA无输出变压器UPS为例,看它对开关功率器件IGBT的耐压和工作电流有什么样的要求。

　　根据图14可知,在UPS直流母线电压为稳定的±400V的情况下,每个桥臂的一支IGBT导通时,另一支截止的IGBT承受的电压将是800Vdc。

　　IGBT的工作电流可根据输出功率和直流母线的最低电压计算出来。

　　在无输出变压器UPS中,以输出半桥逆变器对IGBT的性能要求最高,图20表示了半桥逆变器中各种电流参数的关系。

　　逆变器输出功率:500kVA;

　　单相输出功率:500kVA/3=166.7kVA;

　　单相输出满负载电流有效值:166.7kVA/220V=757.75A;

　　在无输出变压器UPS中,前级PFC整流是稳定的±400V,但是当市电停电而转入电池放电时,就要考虑电池放电下限电压(-11.25%额定电压),所以逆变器单相输出满负载电流有效值应该是:757.75A×(1+0.1125)=843A;

　　逆变器工作在正弦脉宽调制(SPWM)状态下,假定在输出电流峰值期间最大的占空比为4:1,则IGBT工作峰值电流为843A×1.414×1.20=1430.4A,在工作频率5～15kHz情况下,峰值电流的宽度为0.15～0.05ms;

　　选用器件时通常的做法是,在可能的最大的耐压和电流值基础上再增加50%的安全余量,即器件耐压(UCES):800V×1.5=1200V;

　　器件输出电流有效值为843A×1.5=1264.5A;

　　器件输出电流峰值为1430.4A×1.5=2145.6A(0.15～0.05ms)。

　　考虑到工作频率和价格等因素,选用器件时常常是用低容量的器件进行并联,这时存在并联均流的问题,所选并联器（游米儿）