从工频机UPS到高频塔式机UPS的发展

　　工频机结构UPS技术出现在上世纪70年代，因其整流工作频率与电网频率一致而得名。受制于当时半导体技术发展，逆变器中IGBT器件耐压只能做到600V，故母线电压受限，逆变器输出电压不能做到380V;而且工频机逆变器是全桥电路，输出为三相火线，无法满足单相IT负载和三相四线制负载的需求，必须进行Δ-Y转换。为解决这些问题，厂家在工频机逆变器输出端加入了变压器用于升压和产生中线，以使输出电压满足负载的要求，这便是工频机内置变压器的真实目的。图-1所示为工频机的典型拓扑。

 

　　图-1 工频机典型拓扑

　　而到上世纪90年代，第三代沟槽型IGBT面世，其耐压能力提升至1200V，促使了UPS技术的革新。通过整流侧高频升压电路将母线电压提升至700V左右，逆变器输出电压可以做到380V，输出变压器得以取消。而这种整流逆变电路都工作在高频(几kHz以上)且没有输出变压器的UPS就被称为高频UPS。图-2所示为一典型的高频机拓扑。

 

图-2 高频机典型拓扑

　　高频UPS与工频UPS的对比

　　1. 工频机输入功率因数低、谐波高

　　工频机UPS采用可控硅半控整流，6脉冲整流UPS输入功率因数低于0.7，谐波高达30%;12脉冲整流UPS输入功率因数最高仅为0.8，谐波高达15%，即使加上谐波处理措施，功率因数最高也只能改善至0.95。相比之下，高频机采用IGBT-PFC全控整流，输入功率因数业界均可做到0.99，谐波电流小于3%。严重的谐波污染不仅可能干扰其他设备无法工作、使控制与保护器件误动作外，而且直接导致投资大幅增加：客户需要购买额外的谐波处理设备降低谐波;如果前端接柴油发电机备电，发电机的容量要配置为UPS容量的2-3倍，同时前级配电器件、线缆等均需要提升20%左右，而高频机只需前端发电机容量配置为UPS容量的1.2-1.5倍即可，配电容量和UPS容量保持一致或略高。