工频UPS和高频UPS电源的区别.docx
工频UPS和高频UPS电源的区别目前ups的开展方向是高频机型ups替代工频机型UPS, 因为首先高频机型ups相比工频机型ups来讲，不仅取消了 笨重的变压器，在效率方面也是提高了近5吼可是国内的现 状就是还有些户对高频机不太信任，这一方面也是因为宣传 的缘故。造成了普遍用户对高频机的不信任。虽然工频机型 UPS使用的历史比拟长，但由于它固有的缺点想真正提高机 房节能是不太可能实现的，如图1所示。技术总是在开展的，新技术代替旧技术是历史的开展规 律。然而，新旧之间的替代与转换一般并不是那么顺利，人 类社会是这样，自然、科技领域也是如此。现在的电子技术 已进入数字化时代，这是不可逆转的技术开展规律，各行各 业迟早都要集中到这一条路上来，但就某一个时期来说开展 是不平衡的，这中间有很多因素的影响，比方各自的技术发 展水平不同，人员对新技术的认识和承受能力不同等等。具 体到UPS领域又何尝不是如此。一、工频机UPS和高频UPS的一般概念静止变换式工频机构造UPS技术出现在上个世纪70年 代，毫无疑问在当时属尖端技术，几十年间也为电子电器技 术领域作出了不朽的奉献，有口皆碑。一般说任何技术的先 进性是相对而言，任何先进的产品也有其一定的适用期。随 着IT技术的出现与开展，工频机UPS组件暴露出它的缺点， 比方体积大、重量大、功耗大和输入功率因数低等不利因素 大大影响了数据中心的可靠性。在历史开展中总是遵循这样一个规律：每当一种技术阻 碍生产力开展时，就会有一种新的技术产生出来代替。毫不 例外，高频机UPS技术问世了。为了区别以前的UPS,就起 了一个高频机UPS的名字。原来那种输入输出都工作在50Hz 并且有输出变压器的老的电路构造就称作工频机UPS；而这 种输入输出电路都工作在20kHz以上且没有的输出变压器的 电路就称为高频机UPS。二、高频UPS比工频机UPS有哪些优点1、输入功率因数高工频机UPS 一般在200kVA以下的输入电路都采用了可 控硅6脉冲整流，输入功率因数不超过0. 8,谐波电流有30% 之大。如果前面接发电机，发电机的容量至少要3倍于UPS 功率；如果是单相小功率UPS,发电机的容量至少要5倍于 UPS功率。但是，任何容量的高频机UPS的输入功率因数都可做到 0.99或甚至以上，谐波电流小于5%,前置发电机的容量理 论上和UPS功率一样，大大缩减了投资和占地面积等。尤其 是对市电的充分利用具有良好的经济意义和社会意义。2、本身功耗小在同样指标下，比方要求输入功率因数为0. 95以上时， 工频机UPS就必须外加谐波滤波器或改为12脉冲整流，就 是说前面要增加一个设备，再加上输出变压器，就比高频机 UPS多了两个环节，如图1所示。由于此二者的影响，使得 工频机UPS的效率比高频机UPS低5%o在同样是lOOkW的容 量时工频机UPS每年要比高频机UPS多消耗5万度电！这在 中央号召节能减排的今天，能源的节约具有深远意义。图1高输入功率因数下的工频机UPS和高频机UPS构造 方框3、对外干扰小UPS的干扰一般有两种，一种是听得到的机械噪声，一 种是听不到的电噪声，这两种噪声工频机UPS都有，形成了 对设备和对人的伤害。电噪声影响机器的稳定度，机械噪声 影响人的身心安康，降低工作效率。而高频机UPS由于工作在20kHz以上，20kHz是人的耳 朵听不到的频率，使工作环境安静下来。又由于一般的高频 机UPS的输入功率因数高达0.99以上，几乎是线性，所以 对外干扰几乎为零。4、体积小、重量轻工频机UPS由于有了输出变压器和适应50Hz的电感电 容等低频器件使得体积重量都很大。比方某品牌200kVA工 频机UPS重1380kg,而同是这一厂家的250kVA高频机UPS 重量只有830kgo5、全数字技术工频机UPS开始是模拟技术，现在一般开展为数字与模 拟相结合的技术。模拟技术的可靠性要比数字技术低。而高 频机UPS技术是一种全数字化技术，不言而喻，可靠性是很 高的。6、对电网的适应能力强工频机UPS对于适应输入电压±15%的变化已很不易； 而高频机UPS甚至适应输入电压±30%以上的变化，这又大 大延长了 UPS的电池寿命。7、能将并机环流衰减到几乎为零工频机UPS的并联就是变压器的直接并联，而变压器的 直接并联最容易产生环流，而且这个环流的路径畅通无阻, 如图2 (a)所示；高频机UPS由于没有输出变压器，它们的 并联如图2 (b)所示，可以看出这里的环流路径上处处是障 碍，小于2V的电压差根本形不成环流，而工频机UPS在此 情况下就会形成很大的环流。图2两种UPS并联方框图总之，高频机UPS在性能上不但能完全替代工频机UPS, 而且还具有很多后者没有的特点。工频机UPS的生产厂商和推销者为了延长产品的销售寿 命，在其他性能指标上无法与高频机UPS抗敌，就把希望寄 托在输出变压器上，因为高频机UPS没有这个变压器，再加 之一些用户缺乏技术概念，于是就赋予了变压器很多具有神 秘色彩的功能。比方这个变压器可以抗干扰、可以缓冲负载 浪涌电流、可以隔直流、可以适应电网电压的冲击和变化, 等等。在这里，不要忽略电源的基本功能，UPS是电压源，电 压源的基本功能是输出电压动态性能要好，即无论负载在允 许范围内如何变化，电压总是稳定的。根本不允许变压器对负载开展什么“抵抗”或“缓冲”。图3全桥逆变器UPS输出变压器原理图有的人就表示，这个变压器是为了在逆变器功率管损坏 时隔断直流电流到负载的通路而参加的，对此说法不妨做一 个探讨，看一看变压器是否有阻隔直流的功能。图3示出了 一般变压器的工作情况。首先成认这种变压器是变换交流电 的，如图中正弦波。（ ：/版权所有）假设不用来变换 交流电而是施加直流，如图2中将电池组开关S闭合，由于 变压器绕组内阻相当小（近似于短路）就会在电池组和变压 器初级绕组之间形成相当大的电流，一直到将电池组或导线 或绕组烧断为止。换言之，这种电源变压器不能加直流。下面就来讨论逆变器功率管损坏情况。逆变器功率管的 损坏有两种情况：断开或穿通（短路）。图4示出了 UPS全 桥逆变器一个功率管（比方VT2）开路（断开）的情况。从 图中可以看出，在此情况下的电流路径只能是一个方向的, 就是说只能输出一个极性的半波，如图中所示。一个极性就 意味着含直流成分，直流电流分量在变压器初级绕组中的积 累会使绕组到达饱和状态，就类似于绕组短路，形成很大的 电流，以致将变压器和电池这个回路烧断时才结束。这个直 流电流倒是没有进到负载端，但UPS本身烧了。图4全桥逆变器UPS一个功率管开路情况原理图再看逆变器一支功率管（比方VT2）穿通（短路）的情 况。只要VT4 导通就形成对前面直流电压的短路状态，如 图5所示。强大的电流可将VT4瞬间炸毁，如果不是炸断就 更危险，它可能会将电池组烧毁。某电子公司就因为这原因， 一举烧毁了 72节100AH电池。在这种情况下也是隔断了直 流，同样是把自己给烧毁了。以上两种情况都是用烧毁UPS本身的代价而保护了 IT 设备，这对IT设备用户是不是就算是一种福音呢？当然不 是，因为不管是烧毁UPS还是IT设备都会使系统崩溃而无 法继续工作。图5全桥逆变器UPS一个功率管穿通情况原理图如果UPS供电设备在逆变器功率管损坏的情况下不但保 护了 IT设备，同时也保证了本身的安然无恙，这样的隔直 流功能才有实际意义，这才是用户真正需要的。在大功率三相UPS中这个变压器具有隔断三次谐波的能 力，但必须是D-Y连接，如图6所示。可惜的是这种连接方 法消除的是线电压上的三次谐波，而相电压上的谐波不能消 除，图6 UPS输出三相变压器的连接如图6右图所示。再说逆变器本身产生的三次谐波几乎 为零，根本不用到输出端去消除。而负载大都用相电压220V, 并且还破坏相电压波形而产生三次谐波。因此在这里谈什么 消除三次谐波好似没有实用价值。工频机UPS输出变压器的基本功能就是变压和产生隔离 接地点，其他功能只是想像中的一种美好愿望。三、高频机UPS与工频机UPS的现状因为高频机UPS对技术与工艺以及生产手段的要求非常 严格，一般也不容易防制，20kHz以上的高频机UPS容量都 小于lOOkVA,只有少数制造厂的技术真正过关，并且已显示 出强大的生命力。在大功率范围虽然不能做到20kHz,但可 以采用高频机构造，比方用IGBT高频整流（相对于50Hz而 言），频率一般在15kHz以下，多数厂家已可做到200kVA, 但也有佼佼者，比方秀康10年前就可做到8kHz/480kVA,伊 顿9395也可做到15kHz/1200kVA,并已成为美国的军方指定 产品。这说明高频机构造UPS技术早已成熟。在我国军方和 金融等重要部门也纷纷采用，并收到了良好的效果。当然工频机构造UPS在这种情况下的日子会越来越艰难, 好在是还有那么一批厂家的高频机构造UPS没有过关，还得 主推工频机UPS,作为市场手段多说一些当前用工频机UPS 更合适之类的语言，多说一些工频机的好处和多找一些高频 机的缺点均属正常现象，这可以理解，也可能是认识问题。 但不要认为工频机UPS技术永远不落后。从科学开展观来说， 以后一段时间内无疑是高频机UPS的市场。不可否认，高频 机UPS同样也有退出历史舞台的一天，当然那是后话。四、所谓两个开展方向现在有一种说法：高频机UPS和工频机UPS是两个开展 方向。这就使人糊涂了：难道效率低的产品也是开展方向？难道部考虑节能减排了 吗？难道消耗资源和笨重的产品也是开展方向？总之,这种观点不外乎说：高频机UPS与工频机UPS并存；节能减 排与浪费能量和资源并存；先进与落后并存所谓技术上的 并存应该是不可替代的，比方自行车虽然比汽车跑得慢，但 它们在一定程度上是互相不可替代的；而这里的UPS技术却 是可以完全替代的。这就像汽车2型可以替代1型，3型可 以替代2型一样的道理。
