Cách triển khai các hệ thống nguồn Rack Meanwell linh hoạt, mật độ cao và bền vững

MEANWELL NCP-3200 SERIES

Ngày càng có nhiều ứng dụng của ngành đòi hỏi nguồn cung cấp năng lượng gắn trên giá đỡ bền vững, mật độ cao và linh hoạt khi chúng ta hướng tới các hệ thống năng lượng với khả năng chuyển đổi năng lượng hiệu quả cao và quản lý năng lượng thông minh. Để tránh rắc rối khi thiết kế bộ chuyển đổi năng lượng và hệ thống quản lý năng lượng ngay từ đầu, các nhà thiết kế hệ thống không cần tìm đâu xa ngoài một tùy chọn có sẵn có thể cung cấp tới 128 kW trong một khung gầm thông minh duy nhất. Dòng sản phẩm bộ nguồn chuyển mạch và bộ sạc pin NCP-3200 sê-ri 3200 W gắn trên giá của MEAN WELL là giải pháp lý tưởng.

Các nhà thiết kế hệ thống cần các hệ thống năng lượng gắn trên giá bền vững, mật độ cao và linh hoạt cho các ứng dụng khác nhau như quản lý năng lượng trong trung tâm dữ liệu và lắp đặt truyền thông, sạc xe điện (EV), hoạt động làm vườn và nông nghiệp, hệ thống đốt cháy, v.v. Để hỗ trợ tính bền vững, các hệ thống năng lượng này yêu cầu chuyển đổi năng lượng hiệu quả cao và quản lý năng lượng thông minh. Mặc dù có thể thiết kế bộ chuyển đổi năng lượng và hệ thống quản lý năng lượng từ đầu, nhưng đây là một hoạt động tốn thời gian và đầy thách thức liên quan đến việc đạt được nhiều chứng chỉ. Bộ chuyển đổi nguồn có thể cần cung cấp nhiều loại điện áp bao gồm 24, 48 hoặc 380 Vdc, làm tăng nỗ lực thiết kế. Ngoài ra, các vấn đề về tích hợp hệ thống, bao gồm phát triển phần mềm và chương trình cơ sở, có thể gây khó khăn và làm chậm thời gian triển khai.

Thay vào đó, các nhà thiết kế có thể sử dụng các bộ chuyển đổi năng lượng và hệ thống quản lý năng lượng có sẵn có thể cung cấp tới 128 kilowatt (kW) trong một khung thông minh duy nhất, với tùy chọn xếp chồng nhiều khung cho các ứng dụng công suất cao hơn. Bộ biến đổi nguồn có điện áp đầu ra danh định là 24, 48 và 380 Vdc cũng có thể lập trình được. Các thiết bị 24 và 48 Vdc có thể hoạt động ở chế độ cấp nguồn hoặc bộ sạc pin được chọn bằng lệnh PMBus hoặc CANBus hoặc hệ thống quản lý nguồn chuyên dụng. Chúng có đầu vào AC phổ quát, hiệu suất lên tới 94,5% và chia sẻ dòng điện tích cực. Chúng được thiết kế để đáp ứng nhiều tiêu chuẩn ngành, bao gồm tiêu chuẩn miễn nhiễm sụt áp SEMI F47 với đầu vào 200 Vac.

Bài viết này bắt đầu bằng việc xem xét các xu hướng chính của ngành, bao gồm nhu cầu ngày càng nhiều năng lượng hơn trong cùng một không gian vật lý, hệ thống năng lượng xanh và bền vững cũng như khả năng quản lý năng lượng tiên tiến để hỗ trợ các yêu cầu ứng dụng đang phát triển. Sau đó, nó trình bày các tính năng và khả năng của NCP-3200, dòng bộ nguồn chuyển đổi gắn trên giá 3200 W và bộ sạc pin từ MEAN WELL. Nó kết thúc với một bản tóm tắt ngắn gọn về khả năng của bộ điều khiển thông minh CMU2.

Nhiều sức mạnh và tính năng hơn, ít không gian hơn

Các hệ thống nguồn rackmount thường được thiết kế xung quanh các giá đỡ cao 1U (1,75 inch hoặc 44,45 mm (mm)) rộng 19 hoặc 23 inch. Để có được nguồn điện cao hơn vào không gian giá đỡ cố định đòi hỏi phải có nguồn điện hiệu suất cao. Các bộ nguồn này phải có khả năng hoạt động song song để cung cấp công suất đầu ra cao kết hợp và chúng cần kết nối để hỗ trợ giám sát và kiểm soát hệ thống. Ví dụ: có thể yêu cầu một hệ thống điện giá đỡ nhỏ gọn duy nhất cho các ứng dụng như máy tính và truyền thông để cung cấp công suất hơn 100 kW 48 Vdc và bao gồm bộ điều khiển hệ thống chuyên dụng (Hình 1). Đối với các ứng dụng có thể hưởng lợi từ nguồn DC (HVDC) điện áp cao, có sẵn các thiết bị cung cấp 380 Vdc.

Hình 1: Hệ thống giá treo này sử dụng 40 bộ nguồn song song (phía dưới) và bộ điều khiển chuyên dụng (phía trên) để cung cấp công suất 128 kW 48 Vdc cho bộ khuếch đại RF. (Hình ảnh: MEANWELL)

Nguồn điện 380vdc

Lưới điện siêu nhỏ sử dụng 380 Vdc có thể cải thiện hiệu quả và giảm chi phí trong các ứng dụng khác nhau và đang được phát triển và triển khai cho các cơ sở thương mại và công nghiệp, trung tâm dữ liệu và cơ sở viễn thông, cơ sở hạ tầng sạc EV cũng như các hoạt động nông nghiệp và làm vườn trong nhà. Việc sử dụng 380 Vdc cần ít dòng điện hơn để cung cấp mức công suất tương đương, cho phép sử dụng dây dẫn nhỏ hơn. Đồng đắt tiền và dây dẫn nhỏ hơn góp phần làm giảm chi phí hệ thống phân phối. Dòng điện thấp hơn dẫn đến tổn thất truyền tải điện năng thấp hơn (giảm IR) trong hệ thống cáp, cải thiện hiệu quả phân phối điện năng.

Sử dụng 380 Vdc trong trung tâm dữ liệu hoặc cài đặt viễn thông có thể dẫn đến chi phí vốn (CAPEX) và chi phí vận hành (OPEX) thấp hơn từ 7% đến 15% so với phân phối điện 48 Vdc truyền thống1. Mức tiết kiệm thực tế cần được tính toán dựa trên mức công suất và điều kiện hoạt động cụ thể. Phân phối điện 380 Vdc mang lại lợi ích tương tự trong sản xuất chất bán dẫn, hệ thống lưu trữ năng lượng nối lưới, chiếu sáng nhà kính quy mô thương mại và các ứng dụng khác.

Trong trường hợp nhà kính thương mại, nguồn điện 380 Vdc đang được sử dụng để cung cấp năng lượng cho số lượng lớn đèn LED. Ngoài những lợi ích về hiệu quả và chi phí đã nêu ở trên, hệ thống chiếu sáng LED trong nhà kính giúp giảm sản sinh nhiệt bức xạ, đơn giản hóa việc duy trì nhiệt độ và độ ẩm tối ưu. Nhiệt độ màu của LEDS có thể được kiểm soát chính xác để cây phát triển tối ưu, điều chỉnh thời kỳ ra hoa và màu sắc, thúc đẩy quả chín vào những thời điểm cụ thể và nâng cao chất lượng (Hình 2).

Hình 2: Sử dụng phân phối điện 380 Vdc cho chiếu sáng LED có thể mang lại nhiều lợi ích cho nhà kính công nghiệp, bao gồm chi phí thấp hơn và năng suất cao hơn. (Ảnh: Dreamstime)

Bộ chuyển đổi nguồn rack 3.2 kW 1U

Các nhà thiết kế hệ thống phân phối điện có thể sử dụng các bộ nguồn sê-ri NCP-3200 từ MEAN WELL có sẵn trong các kiểu máy cung cấp nguồn 24 và 48 Vdc cũng như nguồn 380 Vdc tuân thủ an toàn điện áp thấp (SELV). Các mẫu 24 và 48 Vdc (được gọi là thiết bị ‘2 trong 1’) có sẵn với các cài đặt chương trình cơ sở được tối ưu hóa để hoạt động dưới dạng nguồn điện một chiều hoặc bộ sạc pin. Các bộ nguồn này có thể hoạt động từ đầu vào từ 90 đến 264 Vạc hoặc 127 đến 400 Vdc. Ví dụ về nhiều mô hình có sẵn bao gồm (Hình 3):

• NCP-3200-024 , với đầu ra 24 Vdc, 133 Ampe (A)
• NCP-3200-24CAN , với đầu ra 24 Vdc, 133 A và kết nối CAN
• NCP-3200-048 , với đầu ra 48 Vdc, 67 A
• NCP-3200-48CAN , với đầu ra 48 Vdc, 67 A và kết nối CAN
• NCP-3200-380 , với đầu ra 380 Vdc, 8,4 A
• NCP-3200-380CAN , với đầu ra 380 Vdc, 8,4 A và kết nối CAN

Hình 3: Bộ nguồn và bộ sạc pin NCP-3200 3200W. (Hình ảnh: meanwell)

Sê-ri NCP-3200 có điện áp đầu ra có thể lập trình và dòng điện đầu ra có thể được điều chỉnh bằng tín hiệu tương tự bên ngoài hoặc các giao thức truyền thông kỹ thuật số (PMBus/CANBus). Chúng có thể được định cấu hình ở chế độ bộ sạc bằng PMBus, CANBus hoặc giao diện SBP-001 độc quyền của MEAN WELL. Ở chế độ sạc pin, những nguồn cung cấp này có các chế độ sạc tích hợp và có thể được lập trình bởi người dùng. Các tính năng bổ sung bao gồm:

• Tích hợp ORing FET hoặc diode, tùy thuộc vào điện áp đầu ra, để hỗ trợ trao đổi nóng.
• Chia sẻ dòng điện hoạt động lên tới 10 giá đỡ với tối đa 4 đơn vị trên mỗi giá đỡ.
• Tự động điều khiển tốc độ quạt thông minh.
• Phạm vi nhiệt độ hoạt động -30 đến 70 °C, giảm tải trên 50 °C.
• Điều khiển bật/tắt từ xa.
• Bảo vệ ngắn mạch, quá tải, quá áp với thiết lập lại tự động và bảo vệ quá nhiệt.
• Đáp ứng các tiêu chuẩn tương thích điện từ (EMC) của Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC) về phát thải và độ nhạy.

Bộ điều khiển thông minh đa năng

Bộ nguồn NCP-3200 được thiết kế để tích hợp với Bộ điều khiển thông minh đa năng CMU2 đa ngành của MEAN WELL . Bộ điều khiển này có thể đặt dòng điện và điện áp đầu ra, đồng thời giám sát hoạt động của nguồn điện, bao gồm nhiệt độ bên trong, tốc độ quạt, số sê-ri và phiên bản chương trình cơ sở. Nó có thể điều khiển từ xa một đơn vị, hệ thống hoặc nguồn điện song song. Chương trình cơ sở dành riêng cho ứng dụng có sẵn để quản lý năng lượng, hệ thống thử nghiệm đốt cháy, chiếu sáng làm vườn và sạc EV. Và người dùng có thể phát triển phần sụn bổ sung cho các ứng dụng tùy chỉnh. Các tính năng chính của bộ điều khiển CMU2 bao gồm (Hình 4):

• Bảng điều khiển cảm ứng 7” và các nút để vận hành tại chỗ
• Cổng Ethernet cho màn hình và điều khiển tại chỗ hoặc từ xa
• Các giao thức truyền thông PMBus, CANbus, RS-485 và RS-232 có thể lựa chọn
• Bốn đầu ra rơle do người dùng lập trình để giám sát hoặc cảnh báo từ xa
• Giao diện người dùng giám sát và kiểm soát dựa trên web (UI)

Hình 4: Bộ điều khiển CMU2 có sẵn trong cấu hình giá treo (trên cùng bên trái) và độc lập (dưới cùng bên trái). (Hình ảnh: MEANWELL)

Bản tóm tắt

Một loạt các ứng dụng, bao gồm công nghiệp, năng lượng xanh, trung tâm dữ liệu, thông tin liên lạc và vận hành nhà kính, có thể được hưởng lợi từ bộ nguồn và bộ sạc pin gắn trên giá đỡ có mật độ năng lượng cao. Các nhà thiết kế nguồn cho những hệ thống đó có thể sử dụng các bộ NCP-3200 sê-ri 3,2 kW từ MEAN WELL có thể hoạt động như nguồn điện hoặc bộ sạc pin để cung cấp tới 128 kW trong mười giá đỡ cao 1U rộng 19 inch, bao gồm cả bộ điều khiển hệ thống. Các bộ chuyển đổi nguồn này bao gồm một bộ tính năng toàn diện và có sẵn với các đầu ra 24, 48 và 380Vdc.

NCP-3200