UPS與DC-Bank在半導(dǎo)體廠變頻設(shè)備應(yīng)用中的對(duì)比

UPS與DCBank在半導(dǎo)體廠變頻設(shè)備應(yīng)用中的對(duì)比摘要：討論了UPS與DCBank在變頻設(shè)備應(yīng)用中的對(duì)比，及以DCBank代替UPS的可行性及優(yōu)越性。關(guān)鍵詞：UPS；DCBank；變頻器；對(duì)比0引言科技不斷進(jìn)步，確實(shí)為我們帶來舒適與方便的生活，不知不覺間我們對(duì)科技自動(dòng)化機(jī)器設(shè)備依賴日深，然而我們也同時(shí)開始飽嘗電力中斷、自動(dòng)化設(shè)備失靈的不便與痛苦。大多數(shù)的電氣設(shè)備對(duì)于停電并不敏感，停電期間僅造成不便，一旦電力恢復(fù)，又可繼續(xù)提供服務(wù)，而少數(shù)較精密的設(shè)備對(duì)停電特別敏感，不僅造成巨大損失，嚴(yán)重的話還會(huì)對(duì)生命造成威脅。對(duì)于使用對(duì)停電特別敏感的精密設(shè)備的半導(dǎo)體廠來講，降低和避免停電及壓降所帶來的影響，直接關(guān)乎整廠運(yùn)營的安全性、穩(wěn)定性和保障半導(dǎo)體廠生產(chǎn)的能力。為確保供電穩(wěn)定性和持續(xù)性，通常會(huì)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(yùn)行。顧名思義，不間斷電源設(shè)備(UninterruptiblePowerSupplySystem)提供不間斷、穩(wěn)定而可靠之交流電力，專供計(jì)算機(jī)及其它重要設(shè)備使用，于市電供應(yīng)失常時(shí)，設(shè)備仍能維持正常運(yùn)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(duì)于帶變頻器的負(fù)載，一般使用UPS或DCBank為主。本文討論了UPS與DCBank在變頻設(shè)備應(yīng)用中的對(duì)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(jié)合某半導(dǎo)體廠同時(shí)使用UPS和DCBank的PCW(ProcessCoolingWater制程用冷卻水)系統(tǒng)來對(duì)UPS和DCBank在變頻設(shè)備實(shí)際應(yīng)用中的性能對(duì)比。1.1設(shè)備安裝對(duì)比1.1.1安裝空間布局在如今的半導(dǎo)體廠，實(shí)際產(chǎn)能超出原有的設(shè)計(jì)已是一種趨勢(shì)及公司降低運(yùn)營成本的一種策略，故如何有效的利用有限的空間對(duì)于產(chǎn)能擴(kuò)充來講是至關(guān)重要的一點(diǎn)。以某半導(dǎo)體廠PCW系統(tǒng)所使用的UPS與DCBank為例，此次安裝的DCBank每臺(tái)的占地面積約為1.1m2，而UPS則約為每臺(tái)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(shè)備就會(huì)顯得捉襟見肘。圖1UPS與DCBank占地面積比較實(shí)物圖1.1.2工作環(huán)境對(duì)于工作環(huán)境方面，UPS需求更為高一點(diǎn)。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(jí)，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(dǎo)致UPS安裝成本的增加。而DCBank較之有比較明顯的優(yōu)勢(shì)，外殼有IP54及以上的防水防塵等級(jí)，加上采用Offline的供電模式，對(duì)于環(huán)境溫度的要求也不高，能夠適用于現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)惡劣的工作環(huán)境。1.2設(shè)備運(yùn)行對(duì)比1.2.1電壓及容量UPS提供的電源為AC380V三相標(biāo)準(zhǔn)，需經(jīng)過變頻器再一次的整流/逆變過程輸出至電機(jī)負(fù)載端。由于UPS與變頻器為交流串聯(lián)，需增加一級(jí)保護(hù)，故一般在選擇UPS容量時(shí)需要考慮負(fù)載端的短路電流，（感性電機(jī)負(fù)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(fù)載總?cè)萘?0.8（功率因子）。可DCBank提供的電源為DC400V-750V，與變頻器并聯(lián)架構(gòu)使之只需通過變頻器DCBus逆變后就可輸出至負(fù)載端。由于DCBank與變頻器為直流并聯(lián)，無需增加保護(hù)級(jí)別，故在選擇DCBank容量時(shí)可忽略負(fù)載的短路電流影響，即DCBank容量=負(fù)載總?cè)萘俊?.2.2供電方式由于UPS的串聯(lián)供電架構(gòu)，故在正常供電模式下，市電通過UPS的整流、逆變?cè)佥敵鲋磷冾l器端；一旦發(fā)生市電停電，UPS將自動(dòng)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(hù)狀態(tài)，但是也增加了另一個(gè)故障風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。表1IPXX防護(hù)等級(jí)說明表IPxx防塵防水等級(jí)表防塵等級(jí)(第一個(gè)X表示)[]防水等級(jí)(第二個(gè)X表示)0：沒有保護(hù)[]0：沒有保護(hù)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(dāng)外殼傾斜到15度時(shí)，水滴滴入到外殼無影響3：防止小固體進(jìn)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(jìn)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(jìn)入[]6：可用于船艙內(nèi)的環(huán)境[]7：可于短時(shí)間內(nèi)耐浸水(1m)[]8：于一定壓力下長時(shí)間浸水而對(duì)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(diǎn)。在正常狀態(tài)時(shí)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(shí)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(dāng)交流（市電）供電時(shí)，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(yīng)至負(fù)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(yīng)至負(fù)載端。中間變換環(huán)節(jié)少，風(fēng)險(xiǎn)異常點(diǎn)減少，供電可靠性增加。當(dāng)市電停電由電池供電時(shí)，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(yīng)至負(fù)載端。而DCBank電池通過RTM直接將DCPower供應(yīng)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(yīng)至負(fù)載端。DCBank1次變換增加輸出電源的可靠性，同時(shí)降低多次變換帶來的電能損耗。1.3備用電源設(shè)計(jì)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(gè)設(shè)計(jì)和安裝考慮的重點(diǎn)。UPS作為成熟產(chǎn)品，其本身支持雙電源的特點(diǎn)是UPS作為備用電源的特色之一，故在設(shè)計(jì)安裝時(shí)只需要提供兩路不同來源的電源即可，UPS本身就可以達(dá)到RedundantPowerSupply的功能。而對(duì)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(dá)到RedundantPowerSupply的目的。這點(diǎn)往往在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)被忽略，如考慮初期成本的情況下，會(huì)給后續(xù)的檢修及維護(hù)造成更大的損失和資金投入。2結(jié)果與討論參照某半導(dǎo)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(tái)UPS和2臺(tái)DCBank。我們對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比如表2所示：3結(jié)束語通過以上對(duì)比，我們認(rèn)為在今后的半導(dǎo)體廠設(shè)計(jì)與后續(xù)改善中，可以考慮以DCBank代替原有的UPS作為變頻設(shè)備的備用電源。原因總結(jié)如下：①DCBank的占地面積小，符合我們對(duì)空間規(guī)劃及后續(xù)擴(kuò)充的空間要求；②DCBank對(duì)于環(huán)境溫度的需求低，能夠適用于現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)惡劣的工作環(huán)境；③DCBank容量：負(fù)載總?cè)萘?1∶1，工作效率高減少電能損耗；④單臺(tái)負(fù)載相