1、“工頻機(jī)” 和高頻機(jī)區(qū)別,所謂的“工頻機(jī)”傳統(tǒng)可控硅整流UPS,技術(shù)特征： 整流器采用可控硅 逆變器采用IGBT 變壓器,3 ,整流器,逆變器,變壓器,帶輸出變壓器的UPS（大功率）,采用可控硅整流器的UPS，其逆變器輸出端必須采用一個升壓變壓器，如此才能輸出三相380V，否則UPS無法工作。 該變壓器是逆變器不可缺少的一部分,U,W,V,U1,W1,V1,N,不帶輸出變壓器的UPS,此類UPS采用BOOST電路，將380V直流通過PWM斬波成交流正弦波 UPS可選裝輸出隔離變壓器（1：1）,UPS,負(fù)載,選裝輸出變壓器,UPS為什么可以不帶輸出變壓器,整流器,升壓器,+,+,逆變器,INV.

2、 STATIC SW.,RES. STATIC SW.,U,V,W,N,U1,V1,W1,N1,U2,V2,W2,N2,輸入,輸出,380VDC,比較-殊途同歸,整流,逆變,升壓,市電,負(fù)載,整流,逆變,升壓,市電,負(fù)載,變壓器的作用被曲解,隔離變壓器真正作用在于改變電網(wǎng)的配電制式，即改變零線 在中國國內(nèi)，隔離變壓器被賦予了隔離干擾的錯誤定義 隔離變壓器的作用是用來隔離零線的，還不是隔離干擾的,無論UPS是否有變壓器，UPS都以對市電火線進(jìn)行了隔離； 而無論UPS輸出是否有變壓器，UPS都未對零線隔離,請記住,在任何電源內(nèi)部，加入變壓器都是迫不得已的做法 對于隔離變壓器，所有UPS廠商都是選件

3、 所有的UPS廠家都以能夠取消變壓器而榮，并以此作為技術(shù)領(lǐng)先的說辭。 加入變壓器并不能為系統(tǒng)帶來可靠性的提高，而只會導(dǎo)致系統(tǒng)效率下降,輸出變壓器,旁路變壓器,主輸入變壓器,真正的隔離變壓器應(yīng)加在這里,UPS發(fā)展歷程,可控硅 整流器,可控硅 逆變器,可控硅 整流器,GTR 逆變器,可控硅 整流器,IGBT 逆變器,IGBT 整流器,IGBT 逆變器,第一代,第二代,第三代,第四代,IGBT功率元件,IGBT：絕緣柵雙極晶體管 誕生于1988年，是目前最先進(jìn)可靠的功率開關(guān)元件 目前已被全球所有UPS廠商用于逆變器的功率元件 2000年各大UPS廠商起開始將IGBT成功用于UPS的整流器,IGBT功

4、率元件,UPS發(fā)展趨勢,高頻化 小型化 模塊化 智能化 取消UPS機(jī)內(nèi)沉重的變壓器是UPS的技術(shù)大進(jìn)步,所謂“工頻機(jī)”的問題,輸入電壓范圍小 15% 頻率范圍小6% 輸入功率因數(shù)低0.80.85 輸入諧波失真大33% 效率低92%（88%） 體積大 重量重等 從技術(shù)發(fā)展看，隨著新材料、新原理、新器件的不斷出現(xiàn)，所謂的“工頻機(jī)”必將退出UPS的歷史舞臺,所謂“工頻機(jī)”的技術(shù)誤區(qū),由于有了變壓器： 抗干擾能力強(qiáng)？ 能適應(yīng)電網(wǎng)電壓的惡劣環(huán)境？ 減少負(fù)載對逆變器的沖擊，提高UPS的可靠性？ 能提高輸出電壓的精度？ 變壓器的真正作用： 升壓 為負(fù)載產(chǎn)生中線,工頻機(jī)與高頻機(jī)區(qū)別,“工頻”這種電路方案在上個

5、世紀(jì)就開始應(yīng)用在UPS上了。高頻的界線就是20kHz，因?yàn)樵谶@個頻率上正好脫出了人的聽覺范圍，上個世紀(jì)七十年代初就已經(jīng)提出了20kHz革命的口號，不過那時候還處在這種高頻的初期，電源也以小功率脈寬調(diào)制（PWM）直流輸出電壓為主，由于該項(xiàng)技術(shù)的復(fù)雜性，應(yīng)用在UPS上還是近十多年的事。 我國所以還保留了生產(chǎn)工頻機(jī)的一片沃土，這有兩方面的原因：首先是許多廠家基本來自于仿制，而仿制高頻機(jī)不像仿制工頻機(jī)那么容易，在仿制成功之前，工頻機(jī)仍是保業(yè)之本；另一方面也依賴于某些用戶對新事物的不敏感和對老產(chǎn)品的眷戀。盡管高頻機(jī)的地盤在不斷擴(kuò)大和工頻機(jī)的地盤逐漸縮小，但也給工頻機(jī)生產(chǎn)廠家?guī)砹艘欢ǖ摹吧虣C(jī)”，原因是競

6、爭對手少了。只要他們的銷售人員能夠說服消息閉塞的用戶，在投標(biāo)中就幾乎碰不到幾個對手的競爭，成功的機(jī)會就很大。,工頻機(jī)特點(diǎn)及原理,若保留工頻機(jī)的一席之地必須要有使用戶認(rèn)可的理由，于是變壓器具有“特殊作用”的理由也就產(chǎn)生了：比如它能夠抗干擾、緩沖負(fù)載突變，還能提高UPS的可靠性。因?yàn)樵谛麄髡呖磥砀哳l機(jī)UPS沒有變壓器，既然高頻機(jī)沒有變壓器就無法和有變壓器的設(shè)備相比，從而使用戶對該變壓器留下深刻印象，甚至認(rèn)為無變壓器的UPS就不能可靠的工作，好像這個變壓器是為了這些目的專門加上的，是不是這樣呢？回答是否定的。首先他把變壓器誤當(dāng)成了電抗器，豈不知電抗器和變壓器有著本質(zhì)的區(qū)別。再就是這個變壓器是工頻機(jī)全

7、橋逆變器不可分離的構(gòu)成部分，而且作用也很簡單，下面進(jìn)行討論。,輸出隔離變壓器的升壓作用電原理圖,工頻機(jī)特點(diǎn)及原理,工頻機(jī)變壓器的第一個作用變壓 UPS輸出的220V正弦波交流電壓的峰峰值電壓是620V，而一般單相UPS的輸入整流電壓才310V（這還不包括一般為196V電池的情況），為了使逆變器不失真地輸出220V正弦波交流電壓，逆變器前面的直流電壓必須是650V870V。由于工頻機(jī)逆變器的輸入電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于這個值，所以必須加一個輸出變壓器將電壓提升到額定峰值以上才可使用，如圖1所示。圖中所示為電池電壓為192V的情況，在中小功率中，為了節(jié)約成本，一般都不將電池電壓做得太高，所以輸出隔離變壓器一般

8、為升壓工作方式。圖中虛線以左的部分為輸入隔離變壓器，現(xiàn)在已不作為標(biāo)配。,工頻機(jī)特點(diǎn)及原理,工頻機(jī)變壓器的第二個作用對零線的隔離 工頻機(jī)UPS采用的是全橋逆變器，如圖1所示。這種逆變器輸出的不是一根火線和一根零線，而是兩根火線。圖2給出了在電壓正弦波輸出與輸入同步，無變壓器和不接地情況下，正半波時的電流流動方向和途徑，如圖中箭頭所示。此時電路工作正常，因?yàn)殡娏靼凑Ｂ窂揭来瘟鬟^兩個整流管和兩個逆變管，如圖2所示，負(fù)半波也是如此。然而用戶的設(shè)備都要求輸入電源接地，而我國的用電制度則是零和地在變電站就連接在一起了，所以這里的接地就帶來了災(zāi)難。,工頻機(jī)特點(diǎn)及原理,輸出隔離變壓器不能隔離干擾和緩沖負(fù)載，

9、更不能提高設(shè)備的可靠性 首先要建立的一個概念是：UPS的輸出必須具有良好的動態(tài)性能，就是說它的輸出端必須就有跟隨負(fù)載快速變化的優(yōu)越性能。換言之，不允許輸出端有任何抗干擾和緩沖的功能，這是對電壓源的基本要求。所以變壓器的任何所謂的緩沖都是不允許的，實(shí)際上也都是這樣。 目前所有UPS的隔離變壓器都是為了變壓和隔離零線的目的而接入的，并沒有隔離干擾和緩沖負(fù)載突變的的功能。圖4給出了這種變壓器的結(jié)構(gòu)電原理圖。從圖中可以看出，變壓器的初級和次級之間都有絕緣層，他們就構(gòu)成了一個一定容量的電容器C，電容器的容抗和頻率是成反比關(guān)系的，即： （1） 式中： XC是變壓器初次級間等效分布電容的容抗，單位是歐姆（）

10、。 f是干擾信號的頻率。單位是赫茲（Hz）。 C是變壓器初次級間等效分布電容量，單位為法拉（F）。,工頻機(jī)特點(diǎn)及原理,從這個公式可以看出，頻率越高，容抗就越小，也就是說干擾信號的頻率越高，這個電容通路就越容易被穿過。由于一般干擾信號的頻率是很高的，可以直接穿過變壓器而長驅(qū)直入去干擾負(fù)載。若是較低頻率的干擾到來，它就會按照變壓器的變比按比例變換過去干擾負(fù)載。正因?yàn)樽儔浩鞑⒉豢垢蓴_，所以幾乎所有UPS都在輸入和輸出端加有輸入/輸出濾波器，如圖5所示。,高頻機(jī)特點(diǎn)及原理,高頻機(jī)UPS真的沒有變壓器嗎？ 一般認(rèn)為高頻機(jī)沒有變壓器，這是一種誤解。實(shí)際上在高頻機(jī)UPS中也有變壓器，比如UPS輸出交流電壓2

11、20V時的電壓幅度峰峰值也是620V，而UPS中的電池電壓一般小功率都在192V以下，比如24V，36V，48V，等等。如果沒有變壓器又如何將這些低電壓上升至620V呢！在人們的習(xí)慣中大都認(rèn)為有線圈和鐵心的才叫變壓器，否則就不是變壓器，這就有些片面了。凡是能將一個電壓值變換為另一個電壓值的裝置都應(yīng)該是變壓器，只是人們還不習(xí)慣而已。不能以外形如何來定義，要以功能而論。又比如電磁爐和微波爐哪一個外形也不像習(xí)慣上做飯的爐子；宇宙飛船既沒有能飛的翅膀也不像船但對這些東西，人們已習(xí)慣了，也就叫開了。高頻機(jī)UPS由于有了這個電子變壓器又帶來了很多好處：由于所在的位置不同（不在輸出端），不但可以變壓，而且還

12、有輸入功率因數(shù)校正功能，它可以將輸入功率因數(shù)校正到接近于1，這是工頻電磁變壓器所無法實(shí)現(xiàn)的；它的抗干擾功能也是工頻變壓器所無法比擬的，這是因?yàn)槠胀姶攀阶儔浩鞅仨殞⑤斎氲碾妷翰ㄐ螞]有失真地傳遞到輸出端，所以也就將干擾一并送出。,高頻機(jī)特點(diǎn)及原理,高頻機(jī)的電子變壓器則不然，所示的電路是將輸入電壓波形進(jìn)行切割后儲能送出：當(dāng)整流正弦半波電壓波形到來時，開關(guān)S閉合，電流經(jīng)電感L和開關(guān)S和輸入形成回路，此時能量儲存在電感L中，開關(guān)S按照一定的頻率開斷與閉合，當(dāng)開關(guān)斷開后，儲存在L中的能量與輸入的能量疊加后一起沿虛線方向給二極管D后面的電容和負(fù)載供電，而后再重復(fù)下一個同樣的周期。由電子變壓器取能時，并不將

13、其送出，而是以靜態(tài)的形式儲存，不取能時再將儲存在電感中的能量送出。換言之，即使電網(wǎng)中有干擾，也會將動態(tài)干擾在儲能過程中平復(fù)，就像波浪翻滾的河水流入湖泊后就會“偃旗息鼓”，平靜下來，而由湖泊向外提供的水流則是平緩的。誰也不會相信電池向外提供的電流中會有干擾成分。 從上面的分析可以看出，工頻機(jī)變壓器抗干擾和緩沖之說是沒有理論根據(jù)的，而高頻機(jī)的變壓器從電路上就可明顯地看出它的對干擾隔離性能。,相互的比較,工頻機(jī)UPS的變壓器不但不能提高系統(tǒng)的可靠性，而且還會使其降低可靠性. 1.從可靠性的觀點(diǎn)出發(fā)，多一個串聯(lián)環(huán)節(jié)就多一個故障點(diǎn)。而工頻機(jī)UPS就比高頻機(jī)多一個變壓器環(huán)節(jié)，只要這個環(huán)節(jié)的可靠性不是100

14、%，就會降低系統(tǒng)的可靠性，而變壓器的可靠性又不是100%，因此這個變壓器降低系統(tǒng)的可靠性是肯定的。 2.包括UPS在內(nèi)的電子設(shè)備在高溫下最容易出故障，機(jī)器內(nèi)的高溫除外部環(huán)境溫度外，主要來自內(nèi)部的功率損耗，而變壓器作為機(jī)器的一部分，其功耗不可小視，一般要求變壓器的效率要大于95%，做到97%就不錯了。就是說變壓器功耗構(gòu)成了機(jī)內(nèi)溫升的一部分，如果沒有這個變壓器，就沒有這部分附加溫升，機(jī)器出故障的可能性就會小一點(diǎn)。 從以上兩點(diǎn)可以看出，這個變壓器不但對UPS的可靠性沒有貢獻(xiàn)，而且還會降低其可靠性。而高頻機(jī)由于取消了這個環(huán)節(jié)，少了一個發(fā)熱源，當(dāng)然可靠性就要高一點(diǎn)。 也許有的認(rèn)為由于變壓器重，重心穩(wěn)定、

15、結(jié)實(shí)，因而就能抗干擾和使設(shè)備可靠性提高。這種從物理概念上去套用電子性能的觀點(diǎn)是一種誤解，因?yàn)檫@是風(fēng)、馬、牛各不相干的兩個概念。不屬于一個領(lǐng)域。 從上面的討論已明顯看出高頻機(jī)的優(yōu)越性。由于UPS發(fā)展的方向首先是高頻化，這是歷史發(fā)展的必然規(guī)律，所以目前幾乎所有的國內(nèi)UPS生產(chǎn)廠家，在生產(chǎn)工頻機(jī)的同時還在生產(chǎn)著同容量的高頻機(jī)，以備萬一有一天用戶都改用了高頻機(jī)，好及時推上去，不至于青黃不接。,高頻機(jī)的性能,1,全I(xiàn)GBT的綠色 UPS 輸入功率因數(shù)： 0.99 輸入電流諧波失真度： 3% 發(fā)電機(jī)配比： 1:1.1,高頻機(jī)的性能,消除電網(wǎng)中的各種污染和干擾 超寬輸入電壓范圍: 20% (滿載) -50% +20% (半載) 超寬輸入頻率范圍: 45 65 Hz 抑制電網(wǎng)諧波反饋污染,適應(yīng)惡劣電網(wǎng)環(huán)境,適合新時代負(fù)載供電需要,新時代負(fù)載供電特點(diǎn) 高功率因數(shù)0.9 負(fù)載高功率密度，體積重量降低 80%的UPS負(fù)載率50%,負(fù)載功率因數(shù)在提高,kVA,kW,10年前計(jì)算機(jī)設(shè)備功率因數(shù)普遍為0.60.7 今天的計(jì)算機(jī)和服務(wù)器均采用了輸入功率因數(shù)校正，計(jì)算機(jī)PF普遍為0.9 更能適應(yīng)今天的主流設(shè)備,現(xiàn)代服務(wù)器 功率因數(shù) = 0.9,傳統(tǒng)服務(wù)器 功率因數(shù)