Модульні системи живлення в промислових цілях - BENNING
Принцип модульності пропонує важливі технічні та економічні переваги при проектуванні та експлуатації систем ДБЖ.
ІТ-серія трифазної системи ДБЖ ENERTRONIC modular SE
Модульні технології живлення та перетворення вже давно успішно використовуються в різних галузях промисловості, таких як: Б. в галузі інформаційних технологій, передачі даних та телекомунікаційних технологій - або в медицині, де наявність обладнання в операційній або в реанімаційному відділенні може зробити різницю між життям та смертю. Тут простої не терпимі. Тому все більше лікарень покладаються на модульні системи ДБЖ, в яких окремі модулі можна швидко і легко обміняти навіть під час роботи.
Коли обговорюються переваги модульного принципу, такі терміни, як "Доступність", "Надійність", "Масштабованість", "Гнучкість", "Модульність" та " Ремонтопридатність. Властивості, які відомі в англомовному світі, особливо в ІТ-галузі, під назвою "ilities". Але який конкретний зміст та вимоги він описує? І чому донині модульна архітектура лише повільно набуває визнання у галузі промислового застосування? Ця стаття є першою в серії із п’яти статей, в якій Девід Бонд, керуючий директор BENNING Power Electronics (UK) Ltd, пояснює передумови цієї термінології та узагальнює її з точки зору сучасних модульних систем живлення від BENNING.
Впродовж десятиліть створений в галузі даних/ІТ.
Модульні системи електропостачання та перетворення є невід’ємною частиною таких галузей бізнесу, як офісні системи, банківська справа, передача даних/ІТ або телекомунікації протягом десятиліть. У цих сегментах ринку відповідальні інженери вже на ранніх етапах визнали переваги, які пропонують ці модульні системи живлення, і просунули їх використання вперед. Такі переваги, як висока доступність, надійність, масштабованість, гнучкість, простота обслуговування та інші позитивні особливості, що відповідають вимогам багатьох індивідуальних бізнес-критичних бізнес-процесів. З цих причин трифазний модульний сегмент системи ДБЖ є на сьогоднішній день найбільш швидкозростаючим сектором на комерційному ринку ДБЖ.
Рухомі успішним використанням цих систем в інших галузях економіки, більш "консервативні" інженери в промислових секторах зараз шукають шляхи, щоб скористатися цими системами.
Однак термінологія, що використовується для опису відповідних системних переваг, залишає багато місця для окремих асоціацій та технічних інтерпретацій. Отже, ця спеціальна стаття покликана визначити термін "модульність" з точки зору інженера-електрика та, виходячи з цього, пояснити основні переваги конструкції промислового джерела живлення.
Модульність у промисловості
Трифазні системи ДБЖ, які можна охарактеризувати як "справжні" модульні, наскільки це можливо, використовуються в комерційному секторі ДБЖ приблизно з 2001 року. Завдяки численним експлуатаційним перевагам вони також поступово набувають визнання в промислових цілях. Цей розвиток значною мірою зумовлений різними пріоритетами, навантаженнями та відповідними вимогами, яким обладнання повинно відповідати для відповідної мети.
Різні інвестиційні цикли
Наприклад, робота центру обробки даних - це дуже динамічна сфера бізнесу, яка завжди вимагає більшої щільності енергії та швидшої ІТ-продуктивності. Щоб залишатися конкурентоспроможним, центр обробки даних тепер змушений повністю оновлювати своє ІТ-обладнання кожні три-чотири роки.
На відміну від цього, в середовищі електростанції спостерігається більша безперервність. Після встановлення систем управління, управління та телеметрії період використання до 20 або 25 років стає майже стандартним. Вимоги, що виникають внаслідок цих великих розбіжностей, неминуче повинні призвести до різних точок зору відповідальних інженерів - особливо коли приймається рішення про впровадження нової технології енергопостачання. Але що саме мається на увазі під терміном "модульність"?
Модулі - частини цілого
Модульність визначається як поділ цілого на частини, які називаються будівельними блоками або модулями. Відповідно, зараз виникає питання щодо конкретного визначення терміна "модуль".
Хоча загальновизнаного визначення цього терміна не існує, більшість інженерів у всьому світі розуміють, що це незалежний підрозділ, який виконує певну функцію. Тому ми хочемо використовувати це визначення як основу в цій статті.
Якщо придивитися уважніше, маркетингові відділи виробничих компаній, на жаль, намагаються з різних причин розмити відмінності між системами. Тому точно налаштовані маркетингові тексти, як правило, не допомагають детально з’ясувати технічні відмінності. Навпаки: вони часто призводять до непорозумінь. Тим важливіше зрозуміти, що конкретно означають технології та архітектури систем.
Модульна архітектура
Модульні структури ДБЖ розвивались на трьох різних етапах - завдяки досягненням у розробці електричних та електронних компонентів, особливо при складанні друкованих плат із SMD-компонентами, впровадженні силових напівпровідників (біполярний транзистор із ізольованим затвором, IGBT) та винаході "Трансформаторні" системи. У той же час традиційні моноблочні системи ДБЖ були створені в 1980-х роках, а модульні блокові ДБЖ-системи - в 1990-х. Останні зараз замінюються модульними системами ДБЖ у технології вставки, як ми їх знаємо сьогодні.
Моноблочна система ДБЖ з індивідуально встановленими платами та компонентами схеми
Традиційні моноблочні системи
Модульна блокова архітектура
Технічний прогрес призвів до подальшого розвитку конструкції ДБЖ та появи модульних блокових систем ДБЖ. У цих системах також кожна шафа ДБЖ містить усі компоненти, необхідні для роботи системи. Але зараз найважливіші системні блоки, такі як B. Випрямлячі, інвертори та статичний байпас, об’єднані в збірки, які можна назвати будівельними блоками або модулями. Ці вузли є автономними, незалежними і можуть бути окремо вилучені з системи або додані до неї.
Основними значеннями модульної топології блоку є збільшення доступності системи та покращення можливостей ремонту. Оскільки замінити несправний модуль випрямляча набагато простіше і швидше, ніж відремонтувати випрямляч на місці.
Однак, що стосується їх масштабованості, модульні блокові ДБЖ-системи також мають ті ж недоліки, що і моноблочні системи, описані вище. Оскільки, хоча вони вже містять значно більшу модульність, ніж традиційні моноблочні системи, їх не можна охарактеризувати як справді модульні системи ДБЖ. Однак це не змінює того факту, що вони все ще є чудовим рішенням для спеціальних застосувань.
Модульна блокова система ДБЖ з окремими випрямними та інверторними силовими секціями
Оглядова електрична схема модульної блокової системи ДБЖ з окремими силовими секціями випрямляча та інвертора
Система ДБЖ у модульній вставній технології з незалежними та незалежними модулями ДБЖ
Модульна вбудована технологія
У цій системній архітектурі кожна шафа системи ДБЖ містить кілька незалежних модулів ДБЖ, підключених паралельно. Кожен модуль є повністю незалежним блоком ДБЖ. Його можна взяти з загальної системи або додати до неї, не перериваючи підключення до критичних навантажень. Можливість дуже швидко замінити або додати модулі під час нормальної роботи загальної системи відома як "гаряча заміна" або "безпечна заміна". Ця функція може бути використана для ідентифікації цієї топології ДБЖ.
Безперебійний та простий обмін модулями завдяки технології гарячих підключень
Hot Swap = Безпечний обмін
Оскільки модулі ДБЖ можуть бути вилучені, замінені або доповнені дуже швидко та безпечно із працюючої системи ДБЖ, ця система, з одного боку, забезпечує максимальну доступність, а з іншого боку - максимальну гнучкість завдяки простому масштабуванню потужності. Як ми далі опишемо у статті “Доступність проти надійності” цієї серії, зокрема, дуже короткий час ремонту цих систем ДБЖ допомагає максимізувати доступність. Статті про масштабованість та гнучкість також покажуть, як ця архітектура системи може призвести як до нижчих початкових інвестицій, так і до нижчих експлуатаційних витрат.
CPA проти DPA
Висновок: використовувати перевагу безпеки
Технічні та економічні переваги «реальної» модульної системи ДБЖ більше не можна ігнорувати при плануванні систем електропостачання для промислового сектору.
Однак дуже важливо точно розрізнити, що має на увазі виробник, говорячи про “модульність”, “модуль” або “модуль”. Оскільки, як показано в цій статті, не всі модулі насправді є модульними. Для того, щоб використати перевагу безпеки завдяки всім перевагам "реальної" модульності, відповідальні інженери повинні бути абсолютно впевнені, що обрана система має можливість "гарячої заміни" та має децентралізовану топологію (DPA).
У наступній статті цієї серії ми обговоримо відмінності між "доступністю" та "надійністю".
Також йдеться про вплив, який “реальні” модульні системи ДБЖ, засновані на паралельному резервуванні n + 1, мають на час ремонту і, отже, загальну доступність системи.
Дизайн системи ДБЖ як CPA (Central Parallel Architecture) - існує ймовірність однієї точки відмови, оскільки немає повної надмірності.
Дизайн системи ДБЖ як DPA (децентралізована паралельна архітектура) - єдиної точки відмови не існує через повну надмірність.