Suuntaajatopologian vaikutus UPS-laitteen hyötysuhteeseen

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2013-04-22
Major/Subject
Sähkökäytöt
Mcode
S3016
Degree programme
EST - Elektroniikka ja sähkötekniikka
Language
fi
Pages
8+62
Series
Abstract
Palvelinsalien määrä lisääntyy jatkuvasti, ja samalla myös niiden energiankulutus kasvaa. Palvelinsalit vaativat jatkuvaa häiriötöntä sähkönsyöttöä riippumatta tulojännitteen laadusta. Sähkönsyötön varmistamiseksi käytetään UPS-laitteita. UPS-laitteen hyötysuhde on tärkeä tekijä koko palvelinsalin energiatehokkuudessa. Tässä työssä tutkitaan, miten erilaiset suuntaajatopologiat UPS-laitteen tasa- ja vaihtosuuntaajissa vaikuttavat laitteessa syntyviin häviöihin. Työssä tutkittavia topologioita ovat perinteinen kaksitasoinen suuntaajatopologia sekä kaksi vaihtoehtoista kolmitasoista topologiaa. Eri topologioilla syntyviä häviöitä tutkitaan erilaisissa kuormituspisteissä. Toisaalta häviöiden muuttumista tutkitaan myös silloin, kun kytkentätaajuutta muutetaan tai tulo- ja lähtösuodattimien parametreja vaihdetaan. Häviöiden määrittämistä varten työssä kehitetään simulointimalli, jolla voidaan simuloida UPS-laitteen tasa- ja vaihtosuuntaajia erilaisissa toimintapisteissä. Tämä simulointimalli verifioidaan kaksitasoisen topologian osalta käyttäen mittaustuloksia ja kaikkien topologioiden osalta käyttäen analyyttisia häviöyhtälöitä. Molemmilla tutkituista kolmitasoisista topologioista saavutetaan perinteistä kaksitasoista topologiaa parempi hyötysuhde kaikissa tutkituissa toimintapisteissä. Pienentyneet tehopuolijohdekomponenttien häviöt selittävät suurimman osan hyötysuhteen parantumisesta, mutta myös pienentyneillä kuristinhäviöillä laitteen tulo- ja lähtösuodattimissa on suuri merkitys.

The amount of data centers is continuously growing and also the energy consumption of the data centers is increasing. The data centers require uninterruptible power supply, regardless of the quality of input voltage. To ensure the quality of power supply, uninterruptible power systems (UPS) are used. The efficiency of the UPS unit is an important factor in the total energy efficiency of a data center. This study examines the power losses in an UPS unit with different converter topologies. The converter topologies analyzed in this study are the traditional two-level topology and two alternative three-level topologies. The power losses with different topologies are examined with various loads, different switching frequencies and filter inductances used in the input and output filters. A simulation model is developed to determine the power losses. The simulation model is capable of simulating the rectifier and inverter of the UPS unit in various points of operation. The simulation model is verified by comparing the simulation results with the measured losses of a two-level converter. The simulation results are also compared to analytical loss equations. The total power losses of the unit are smaller with both of the examined three-level converter topologies than with the two-level topology in all of the examined points of operation. The losses in the power semiconductor components form the largest difference between the topologies. Also the inductor losses in the input and output filters are considerably lower in the three-level topologies than in the two-level topology.
Description
Supervisor
Kyyrä, Jorma
Thesis advisor
Uusitalo, Jari
Keywords
UPS, hyötysuhde, kolmitasoinen, häviöt, IGBT, diodi, kuristin, kondensaattori
Other note
Citation