UPS與DC-Bank在半導體廠變頻設備應用中的對比

UPS與DCBank在半導體廠變頻設備應用中的對比摘要：討論了UPS與DCBank在變頻設備應用中的對比，及以DCBank代替UPS的可行性及優(yōu)越性。關鍵詞：UPS；DCBank；變頻器；對比0引言科技不斷進步，確實為我們帶來舒適與方便的生活，不知不覺間我們對科技自動化機器設備依賴日深，然而我們也同時開始飽嘗電力中斷、自動化設備失靈的不便與痛苦。大多數(shù)的電氣設備對于停電并不敏感，停電期間僅造成不便，一旦電力恢復，又可繼續(xù)提供服務，而少數(shù)較精密的設備對停電特別敏感，不僅造成巨大損失，嚴重的話還會對生命造成威脅。對于使用對停電特別敏感的精密設備的半導體廠來講，降低和避免停電及壓降所帶來的影響，直接關乎整廠運營的安全性、穩(wěn)定性和保障半導體廠生產的能力。為確保供電穩(wěn)定性和持續(xù)性，通常會在供電系統(tǒng)中增加不間斷電源來維持供電系統(tǒng)的正常運行。顧名思義，不間斷電源設備(UninterruptiblePowerSupplySystem)提供不間斷、穩(wěn)定而可靠之交流電力，專供計算機及其它重要設備使用，于市電供應失常時，設備仍能維持正常運作，不致造成損壞或癱瘓。目前使用較為廣泛的不間斷電源主要有：UPS、DCBank等。而對于帶變頻器的負載，一般使用UPS或DCBank為主。本文討論了UPS與DCBank在變頻設備應用中的對比，及以DCBank代替UPS的可行性及優(yōu)越性。1方法下面我們將結合某半導體廠同時使用UPS和DCBank的PCW(ProcessCoolingWater制程用冷卻水)系統(tǒng)來對UPS和DCBank在變頻設備實際應用中的性能對比。1.1設備安裝對比1.1.1安裝空間布局在如今的半導體廠，實際產能超出原有的設計已是一種趨勢及公司降低運營成本的一種策略，故如何有效的利用有限的空間對于產能擴充來講是至關重要的一點。以某半導體廠PCW系統(tǒng)所使用的UPS與DCBank為例，此次安裝的DCBank每臺的占地面積約為1.1m2，而UPS則約為每臺4.8m2，占地面積是前者的4倍多，空間有限的廠房安裝USP變頻設備就會顯得捉襟見肘。圖1UPS與DCBank占地面積比較實物圖1.1.2工作環(huán)境對于工作環(huán)境方面，UPS需求更為高一點。UPS由于是采用Online模式供電，自身發(fā)熱量比較大，故一般需要25℃的環(huán)境溫度；加上UPS外殼只有IP20~IP30的防水防塵等級，所以一般UPS安裝位置需要安裝在與水泵房隔離的地方，這樣間接導致UPS安裝成本的增加。而DCBank較之有比較明顯的優(yōu)勢，外殼有IP54及以上的防水防塵等級，加上采用Offline的供電模式，對于環(huán)境溫度的要求也不高，能夠適用于現(xiàn)場相對惡劣的工作環(huán)境。1.2設備運行對比1.2.1電壓及容量UPS提供的電源為AC380V三相標準，需經過變頻器再一次的整流/逆變過程輸出至電機負載端。由于UPS與變頻器為交流串聯(lián)，需增加一級保護，故一般在選擇UPS容量時需要考慮負載端的短路電流，（感性電機負載一般為2-5倍，而通過變頻器一般為1.5-2倍），既UPS容量≥負載總容量/0.8（功率因子）?？蒁CBank提供的電源為DC400V-750V，與變頻器并聯(lián)架構使之只需通過變頻器DCBus逆變后就可輸出至負載端。由于DCBank與變頻器為直流并聯(lián)，無需增加保護級別，故在選擇DCBank容量時可忽略負載的短路電流影響，即DCBank容量=負載總容量。1.2.2供電方式由于UPS的串聯(lián)供電架構，故在正常供電模式下，市電通過UPS的整流、逆變再輸出至變頻器端；一旦發(fā)生市電停電，UPS將自動切換至異常供電模式，由電池通過逆變器輸出至變頻器端。在變頻器的上游形成保護狀態(tài)，但是也增加了另一個故障風險點。表1IPXX防護等級說明表IPxx防塵防水等級表防塵等級(第一個X表示)[]防水等級(第二個X表示)0：沒有保護[]0：沒有保護1：防止大的固體侵入[]1：水滴滴入到外殼無影響2：防止中等大小的固體侵入[]2：當外殼傾斜到15度時，水滴滴入到外殼無影響3：防止小固體進入侵入[]3：水或雨水從60度角落到外殼上無影響4：防止物體大于1mm的固體進入[]4：液體由任何方向潑到外殼沒有傷害影響5：防止有害的粉塵堆積[]5：用水沖洗無任何傷害6：完全防止粉塵進入[]6：可用于船艙內的環(huán)境[]7：可于短時間內耐浸水(1m)[]8：于一定壓力下長時間浸水而對于DCBank而言，由于它是并聯(lián)于變頻器，完全與變頻器處于隔離狀態(tài)，克服了UPS在這方面的缺點。在正常狀態(tài)時DCBank不輸出供電，完全由市電供電至變頻器端；在異常狀態(tài)時則由DCBank切入，供電直流電至變頻器的DCBus。1.2.3工作效率及可靠性通過UPS與DCBank的供電方式可以知道兩者之間工作效率的差距。當交流（市電）供電時，UPS需要通過本體的整流、逆變及變頻器的整流、逆變的4次變換過程才能將電供應至負載端。而DCBank本身不參與正常供電模式下的供電，市電由變頻器整流、逆變的2次變換過程后將電供應至負載端。中間變換環(huán)節(jié)少，風險異常點減少，供電可靠性增加。當市電停電由電池供電時，UPS電池輸出通過逆變器和變頻器的整流、逆變的3次變換過程才能將電供應至負載端。而DCBank電池通過RTM直接將DCPower供應至變頻器的DCBus，再通過變頻器的逆變這1次變換過程就可將電供應至負載端。DCBank1次變換增加輸出電源的可靠性，同時降低多次變換帶來的電能損耗。1.3備用電源設計作為備用電源，其供電的穩(wěn)定性和持續(xù)性是極為重要的，為此如何保證備用電源的RedundantPower是整個設計和安裝考慮的重點。UPS作為成熟產品，其本身支持雙電源的特點是UPS作為備用電源的特色之一，故在設計安裝時只需要提供兩路不同來源的電源即可，UPS本身就可以達到RedundantPowerSupply的功能。而對于DCBank而言，其本身單電源輸入的限制，只能依靠在輸入電源上游增加ATS，以達到RedundantPowerSupply的目的。這點往往在設計時會被忽略，如考慮初期成本的情況下，會給后續(xù)的檢修及維護造成更大的損失和資金投入。2結果與討論參照某半導體廠目前PCW供水系統(tǒng)的備用電源使用狀況，備用電源采用UPS與DCBank共同使用的狀態(tài)，共有4臺UPS和2臺DCBank。我們對其進行優(yōu)化設計，擬采用全部使用DCBank為備用電源，且DCBank增加ATS作為RedundantPowerSource，與全部使用UPS為備用電源的具體技術經濟對比如表2所示：3結束語通過以上對比，我們認為在今后的半導體廠設計與后續(xù)改善中，可以考慮以DCBank代替原有的UPS作為變頻設備的備用電源。原因總結如下：①DCBank的占地面積小，符合我們對空間規(guī)劃及后續(xù)擴充的空間要求；②DCBank對于環(huán)境溫度的需求低，能夠適用于現(xiàn)場相對惡劣的工作環(huán)境；③DCBank容量：負載總容量=1∶1，工作效率高減少電能損耗；④單臺負載相