一、工頻機(jī)UPS和高頻UPS的概念

靜止變換式工頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS技術(shù)出現(xiàn)在上世紀(jì)70年代，毫無(wú)疑問(wèn)在當(dāng)時(shí)屬尖端技術(shù)，幾十年來(lái)也為電力電子技術(shù)領(lǐng)域作出了重要的貢獻(xiàn)。隨著IT技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展，工頻機(jī)UPS組件暴露出一些缺點(diǎn)，比如體積大、重量大、功耗大和輸入功率因數(shù)低等不利因素，大大影響了數(shù)據(jù)中心的可靠性。

在歷史發(fā)展中總是遵循這樣一個(gè)規(guī)律：每當(dāng)一種技術(shù)阻礙生產(chǎn)力發(fā)展時(shí)，就會(huì)有一種新的技術(shù)產(chǎn)生出來(lái)講起代替。毫不例外，高頻機(jī)UPS技術(shù)問(wèn)世了。為了區(qū)別工頻UPS，就起了一個(gè)高頻機(jī)UPS的名字。原來(lái)那種輸入輸出都工作在50Hz并且有輸出變壓器的電路結(jié)構(gòu)就稱作工頻機(jī)UPS；而這種輸入輸出電路都工作在20kHz以上且沒(méi)有的輸出變壓器的電路就稱為高頻機(jī)UPS。

二、高頻UPS的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

1、輸入功率因數(shù)高

工頻機(jī)UPS一般在200kVA以下的輸入電路都采用了可控硅6脈沖整流，輸入功率因數(shù)不超過(guò)0.8，諧波電流高達(dá)30%。如果前端接發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)的容量至少是UPS容量的3倍；如果是小功率UPS，發(fā)電機(jī)的容量至少要5倍于UPS。

任何容量的高頻機(jī)UPS的輸入功率因數(shù)都可做到0.99甚至以上，諧波電流小于5%，前置發(fā)電機(jī)的容量理論上和UPS容量相同，大大縮減了投資和占地面積等。尤其是對(duì)市電的充分利用具有良好的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。

2、本身功耗小

在同樣指標(biāo)下，比如要求輸入功率因數(shù)為0.95以上時(shí)，工頻機(jī)UPS就必須外加諧波濾波器或改為12脈沖整流，就是說(shuō)前面要增加一個(gè)設(shè)備，再加上輸出變壓器，就比高頻機(jī)UPS多了兩個(gè)環(huán)節(jié)。由于此二者的影響，使得工頻機(jī)UPS的效率比高頻機(jī)UPS低5%。在同樣是100kW的容量時(shí)工頻機(jī)UPS每年要比高頻機(jī)UPS多消耗5萬(wàn)度電。

3、對(duì)外*小

*有兩種，一種是聽(tīng)得到的機(jī)械噪聲，一種是聽(tīng)不到的電噪聲，這兩種噪聲工頻機(jī)UPS都有，形成了對(duì)設(shè)備和對(duì)人的傷害。電噪聲影響機(jī)器的穩(wěn)定度，機(jī)械噪聲影響人的身心健康，降低工作效率。

而高頻機(jī)UPS由于工作在20kHz以上，20kHz是人的耳朵聽(tīng)不到的頻率，工作環(huán)境保持安靜。又由于而高頻機(jī)UPS的輸入功率因數(shù)高達(dá)0.99以上，幾乎是線性，所以對(duì)外*幾乎為零。

4、體積小、重量輕

工頻機(jī)UPS由于有了輸出變壓器和適應(yīng)50Hz的電感電容等低頻器件使得體積重量都很大。比如某品牌200kVA工頻機(jī)UPS重1達(dá)380kg，而同是這一家的250kVA高頻機(jī)UPS重量只有830kg。

5.全數(shù)字技術(shù)

工頻機(jī)UPS開(kāi)始是模擬技術(shù)，現(xiàn)在一般發(fā)展為數(shù)字與模擬相結(jié)合的技術(shù)。模擬技術(shù)的可靠性要比數(shù)字技術(shù)低。而高頻機(jī)UPS技術(shù)是一種全數(shù)字化技術(shù)，不言而喻，可靠性是很高的。

6.對(duì)電網(wǎng)的適應(yīng)能力強(qiáng)

工頻機(jī)UPS對(duì)于適應(yīng)輸入電壓±15%的變化已很不易；而高頻機(jī)UPS甚至適應(yīng)輸入電壓±30%以上的變化，這又大大延長(zhǎng)了電池的壽命。

7.能將并機(jī)環(huán)流衰減到幾乎為零

工頻機(jī)UPS的并聯(lián)就是變壓器的直接并聯(lián)，而變壓器的直接并聯(lián)最容易產(chǎn)生環(huán)流，而且這個(gè)環(huán)流的路徑暢通無(wú)阻，高頻機(jī)UPS由于沒(méi)有輸出變壓器，其環(huán)流路徑上處處是障礙，小于2V的電壓差根本形不成環(huán)流，而工頻機(jī)UPS在此情況下就會(huì)形成很大的環(huán)流。

有些人說(shuō)，高頻機(jī)UPS沒(méi)有輸出變壓器，再加之一些用戶缺乏技術(shù)概念，于是就賦予了變壓器很多具神秘色彩的功能。比如這個(gè)變壓器可以抗*、可以緩沖負(fù)載浪涌電流、可以隔直流、可以適應(yīng)電網(wǎng)電壓的沖擊和變化，等等。

在這里，不要忽略電源的基本功能，UPS是電壓源，電壓源的基本功能是輸出電壓動(dòng)態(tài)性能要好，即無(wú)論負(fù)載在允許范圍內(nèi)如何變化，電壓總是穩(wěn)定的。

有人說(shuō)這個(gè)變壓器是為了在逆變器功率管損壞時(shí)隔斷直流電流到負(fù)載的通路而加入的，對(duì)此說(shuō)法不妨做一個(gè)探討，看一看變壓器是否有個(gè)直流的功能。首先承認(rèn)這種變壓器是變換交流電的。假如不用來(lái)變換交流電而是施加直流，將電池組開(kāi)關(guān)S閉合，由于變壓器繞組內(nèi)阻相當(dāng)?。ń朴诙搪罚┚蜁?huì)在電池組和變壓器初級(jí)繞組之間形成相當(dāng)大的電流，一直到將電池組或?qū)Ь€或繞組燒斷為止。換言之，這種電源變壓器不能加直流。

下面就來(lái)討論逆變器功率管損壞情況。逆變器功率管的損壞有兩種情況：斷開(kāi)或穿通（短路）。出了UPS全橋逆變器一個(gè)功率管（比如VT2）開(kāi)路（斷開(kāi)）的情況。在此情況下的電流路徑只能是一個(gè)方向的，就是說(shuō)只能輸出一個(gè)極性的半波。一個(gè)極性就意味著含直流成分，直流電流分量在變壓器初級(jí)繞組中的積累會(huì)使繞組達(dá)到飽和狀態(tài)，就類似于繞組短路，形成很大的電流，以致將變壓器和電池這個(gè)回路燒斷為結(jié)束。這個(gè)直流電流倒是沒(méi)有進(jìn)入負(fù)載端，但UPS本身燒毀了。

再看逆變器一支功率管（比如VT2）穿通（短路）的情況。只要VT4一導(dǎo)通就形成對(duì)前面直流電壓的短路狀態(tài)。強(qiáng)大的電流可將VT4瞬間炸毀，如果不是炸斷就更危險(xiǎn)，它可能會(huì)將電池組燒毀。某公司就因如此一舉燒毀72節(jié)100A電池。在這種情況下也是隔斷了直流，同樣是把UPS給燒毀了。

如果UPS供電設(shè)備在逆變器功率管損壞的情況下不但保護(hù)了IT設(shè)備，同時(shí)也保證了本身的安然無(wú)恙，這樣的隔直流功能才有實(shí)際意義，這才是用戶真正需要的。

在大功率三相UPS中這個(gè)變壓器具有隔斷三次諧波的能力，但必須是D-Y連接?？上У氖沁@種連接方法消除的是線電壓上的三次諧波，而相電壓上的諧波不能消除，

再說(shuō)逆變器本身產(chǎn)生的三次諧波幾乎為零，根本不用到輸出端去消除。而負(fù)載大都用相電壓220V，并且還破壞相電壓波形而產(chǎn)生三次諧波。

工頻機(jī)UPS輸出變壓器的基本功能就是變壓和產(chǎn)生隔離接地點(diǎn)，其他功能只是想像中的一種美好愿望。

三、高頻機(jī)UPS與工頻機(jī)UPS的現(xiàn)狀

因?yàn)楦哳l機(jī)UPS對(duì)技術(shù)與工藝以及生產(chǎn)手段的要求非常嚴(yán)格，一般也不容易仿制，20kHz以上的高頻機(jī)UPS容量都小于100kVA，只有少數(shù)制造廠的技術(shù)真正過(guò)關(guān)，并且已顯示出強(qiáng)大的生命力。在大功率范圍雖然不能做到20kHz，但可以采用高頻機(jī)結(jié)構(gòu)，比如用IGBT高頻整流（相對(duì)于50Hz而言），頻率一般在15kHz以下，多數(shù)廠家已可做到200kVA，但也不乏佼佼者，比如秀康UPS10年前就可做到8kHz/480kVA，伊頓9395UPS也可做到15kHz/1200kVA，并已成為美國(guó)的軍方指定產(chǎn)品。這說(shuō)明高頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS技術(shù)早已成熟。在我國(guó)軍方和金融等重要部門也紛紛采用，并收到了良好的效果。

四、所謂兩個(gè)發(fā)展方向

現(xiàn)在有一種說(shuō)法：高頻機(jī)UPS和工頻機(jī)UPS是兩個(gè)發(fā)展方向。這種觀點(diǎn)不外乎說(shuō)：高頻機(jī)UPS與工頻機(jī)UPS并存；節(jié)能減排與浪費(fèi)能量和資源并存；先進(jìn)與落后并存…所謂技術(shù)上的并存應(yīng)該是不可替代的，比如自行車雖然比汽車跑得慢，但它們?cè)谝欢ǔ潭壬鲜腔ハ嗖豢商娲摹?/P>

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