1、工频机与高频机的演进

　　上世纪60年代末诞生了第一代基于半导体器件的UPS，该UPS一共有五个变压器，其中整流器输入用的是自耦变压器，另外有一副绕组用于电池充电，逆变则用了四个隔离变压器，通过不同的相位叠加成脉波式阶梯逆变电压，再通过LC滤波器，变成正弦波。国内通常把这种含逆变隔离变压器的UPS称为工频机。经过几十年的发展，得益于半导体的进步，在上世纪90年代，工频机逆变器已经减少为一个隔离变压器(见图二)，而到了本世纪初，各大UPS厂商纷纷推出了逆变器无隔离变压器的UPS，称为高频机。

 

　　图一 第一代基于半导体的UPS(不包含旁路)

 

　　图二 12脉波、单隔离变压器的工频机UPS

　　2、隔离变压器在UPS中的作用分析

　　从架构来看，工频机与高频机最大的区别在于高频机省去了逆变隔离变压器，正是因为省去了该隔离变压器，高频UPS的重量、体积均大幅度减小，效率提升明显，相对工频机有强大的竞争优势。由于工频机已经诞生几十年，很多UPS用户对高频机产生了怀疑，认为高频机没有隔离变压器，会产生如下一些问题：

　　a).输出没有被隔离;

　　b).无法抑制干扰;

　　c).无法降低零地电压;

　　d).无法实现故障隔离;

　　e).无法抑制低频的3n次谐波。

　　本文从原理上进行比较，来探讨相比有输出隔离变压器的工频机，去掉输出隔离变压器的高频机是否真的产生了上述问题。

 

　　图三 无隔离变压器UPS典型拓扑

　　2.1、输入与输出隔离

　　正常情况下，隔离变压器可以提供原副边的隔离作用，而有些场景，如果原边在其他路径与副边有电气连接，则隔离变压器就失去了隔离作用。大家都知道，高频机没有隔离变压器，输出与输入没有隔离作用，而工频机是否就提供了隔离作用呢?图二为包含UPS旁路的工频机，可以看出，在主旁同源的情况下(K1闭合)，市电主输入、旁路输入与输出之间并没有被隔离，而在主旁不同源的情况下(K1断开)，主输入与输出隔离，但旁路输入与输出之间还是没有被隔离，即输出还是没有被隔离。工频机除非在图二中的旁路或输出(位置1或位置2)再增加一个隔离变压器，才能提供输出隔离作用，而这需要额外再增加一个隔离变压器。而如果要增加一个额外的隔离变压器，高频机在输出位置增加一个额外的隔离变压器以后，也可以提供输出隔离作用。工频机的逆变隔离变压器并没有给UPS输出提供真正的隔离作用。