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UPS工频机与高频机的比较

来源:机房360 作者:周志敏 更新时间:2010-3-23 23:52:42

摘要:世界知名UPS厂商在技术选型和将来发展趋势上都是以高频为绝对主力方向的,30kVA及以下的UPS都以高频机为主,这与高频机负载动态响应速度快,能量密度高,体积小,噪声小,价格低(特别是小机)有很大关系,特别是高频机可以做到输入有源功率因数校正,真正代表将来绿色电源的发展趋势。

   
  4 隔离变压器在皿B中的作用
 
  4.1工频变压器的作用
  
  UPS输出的220V正弦波交流电压的峰峰值电压是620V,而一般单相UPS的输入整流电压才为310V(这还不包括一般196V电池的情况),为了不失真地输出220V正弦波交流电压,逆变器前面的直流电压必须是650~870V。由于工频机逆变器的输入电压远远低于这个值,所以必须加一个输出变压器将电压提升到额定峰值以上才可使用,如图1所示。图1为蓄电池电压为192V的情况,在中小功率中,为了节约成本,一般都不将蓄电池电压做得太高,所以输出隔离变压器一般为升压工作方式。

    4.2对中性线的隔离作用
  
  无输出变压器和有输出变压器的UPS的等效电路如图2所示,工频机采用的是全桥变换器,这种变换器输出的不是一根相线和一根申性线,而是两根相线。但一般的UPS负载要求必须有中性线,如果没有输出隔离变压器,将一根相线硬性接中性线,如图2(a)所示,就会导致UPS的工作不正常。图中给出了在电压正弦波正半波时的电流流动方向和途径,负半波也是如此。从图中可以看出,由于中性线的接入,使负载电流经过负载后不是经过整流器和逆变管,而直接流回市电的中性线输入端,在这种情况下,图中用虚线标出的一只整流器和一只逆变功率管就未起作用。按照正常的工作程序,负载电流应该流过两个桥式电路的各两只开关管,如图2(c)所示,其等效电路如图2(d)所示。由电路中可以看出,当在输出端增加了隔离变压器后,就可以在变压器的二次侧(负载输入端)连接市电的中性线,于是就构成了一个可靠的供电系统。

 4.3 隔离变压器不能隔离干扰和缓冲负载
 
    目前所有UPS的隔离变压器都是为了变压和隔离中性线的目的而接入的,并没有隔离干扰和缓冲负载突变的功能。图3给出了这种变压器的结构原理图。从图中可以看出,变压器的一次侧和二次侧之间都有绝缘层,它们就构成了一个一定容量的电容器C,电容器的容抗和频率成反比关系,频率越高,容抗就越小,也就是说干扰信号的频率越高,这个电容通路就越容易被穿过。由于一般干扰信号的频率是很高的,可以直接穿过变压器而长驱直入去干扰负载。若是较低频率的干扰到来,它就会按照变压器的变比按比例变换过去干扰负载。正因为变压器并不抗干扰,所以几乎所有UPS都在输入和输出端加有输入/输出滤波器,如图3所示。

  同样,该变压器也没有缓冲负载电流突然变化的能力。根据能量守恒定律,变压器、二次侧之间的能量传递是等量的,即  
  U1I1=U2I2      
  比如当负载端短路时,一次电流电就会趋向于无穷大,为了平衡负载端的变化,变压器一次侧电流几也会趋向于无穷大。显然变压器的漏感可阻止电流的突然变化,但因变压器的漏感很小,不足以阻止这种变化,另方面,高频机的输出端照样串有小容量的电感,在这点上二者是等效的,都起不了关键作用。为了弥补这个不足,所以在所有UPS的输出端都接有电流传感器,一旦出现过载或短路现象,就用停止逆变器工作的方法来保护。
  
  4.4高频机的变压器
  
  高频机UPS中也有变压器,比如UPS输出交流电压220V时的电压幅度峰峰值约620V,而UPS中的蓄电池电压一般小功率是1g2V或者更低。在小功率高频UPS中的整流器和逆变器之间有一个BOOST升压电路,这就是电子变压器。高频机UPS由于有了这个电子变压器又带来了很多优点:不但可以变压,而且还有输入功率因数校正功能,它可以将输入功率因数校正到接近于1,这是工频变压器所无法实现的;它的抗干扰功能也是工频变压器无法比拟的,这是因为普通电磁式变压器将输入的电压波形没有失真地传递到输出端,所以也将干扰一并送出。高频机的电子变压器则不然,如图4(a)示的电路是将输入电压波形进行切割后储能送出:当整流正弦半波电压波形到来时,开关S闭合,电流经电感L和开关S和输入形成回路,如图中实线所示,此时能量储存在电感L中,开关S按照一定的频率开断与闭合,当开关断开后,储存在L中的能量沿虚线方向给二极管VD后的电容和负载供电,而后再重复下一个同样的周期。其波形的关系如图4(b)和图4(c)所示。从图中可以看出,电子变压器取能时,并不将其送出,而是以静态的形式储存,不取能时再将储存在电感中的能量送出。换言之,即使电网中有干扰,也会将动态干扰在储能过程中平复。

    从上面的讨论已明显看出高频机的优越性,实际上,现在的大部分工频机也己经高频化,不用高频化的工频机,其单相机的输入功率因数不会高于0.7;三相机的输入功率因数在无PFC的情况下也不会高于0.8;几乎所有工频机的逆变器都采用了高频PWM技术。
  
  责任编辑:小柯

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