山頓ups不間斷電源SE15KNTL在線式

不要認(rèn)為工頻UPS永遠(yuǎn)比高頻UPS差,不要認(rèn)為工頻UPS永遠(yuǎn)都不可能趕上或超過(guò)高頻UPS,這種成見(jiàn)的看法不利于UPS技術(shù)的發(fā)展。發(fā)表本文的目的是試圖改變這種看法,說(shuō)明工頻UPS是可以趕上或超過(guò)高頻UPS的。兩種UPS各有特點(diǎn),相互促進(jìn)相互競(jìng)爭(zhēng)對(duì)UPS技術(shù)的發(fā)展會(huì)更有利。比一邊倒地只支持某一種UPS要好些。

當(dāng)前的UPS機(jī)型有兩種,即工頻UPS與高頻UPS。兩種UPS的主要區(qū)別是所用整流器型式的不同,前者用的是多相工頻整流器,后者用的是高頻開(kāi)關(guān)式整流器。

前兩年曾出現(xiàn)過(guò)工頻與高頻UPS之爭(zhēng),多數(shù)人支持高頻UPS,致使工頻UPS從原來(lái)的熱銷機(jī)型變成了不受歡迎的機(jī)型。這就迫使喜歡工頻UPS的人發(fā)奮去研發(fā)新的改進(jìn)方式。我是支持高頻UPS的,但我更支持研發(fā)新的工頻UPS,目的是形成競(jìng)爭(zhēng),互相促進(jìn),以推動(dòng)UPS技術(shù)的不斷發(fā)展。

老式工頻UPS有三大缺點(diǎn):一是市電輸入功率因數(shù)低,二是體積重量大,三是調(diào)節(jié)特性是非線性的,有位移因數(shù)存在。因此對(duì)工頻UPS的改進(jìn)就必須從兩個(gè)方面入手:一是將老式12脈波晶閘管多相相控整流器改成24相自耦變壓器整流器,二是采用Boost阻抗源逆變器,用PWMDC/DCBoost變換器取代晶閘管多相相控整流器。經(jīng)過(guò)這兩項(xiàng)改進(jìn)可以使工頻整流變壓器的體積重量減少85%,使市電輸入功率因數(shù)提高到0.9994,使控制特性線性化,去掉了位移因數(shù)的影響,滿足了市電電壓波動(dòng)±30%的控制要求,同時(shí)也使UPS的生產(chǎn)成本降低、效率提高。

山頓ups不間斷電源SE15KNTL在線式

世界UPS廠商在技術(shù)選型和將來(lái)發(fā)展趨勢(shì)上都是以高頻為主力方向的，30kVA及以下的UPS都以高頻機(jī)為主，這與高頻機(jī)負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，能量密度高，體積小，噪聲小，價(jià)格低(特別是小機(jī))有很大關(guān)系，特別是高頻機(jī)可以做到輸入有源功率因數(shù)校正，真正代表將來(lái)綠色電源的發(fā)展趨勢(shì)。

(1)工頻機(jī)：以傳統(tǒng)的模擬電路原理來(lái)設(shè)計(jì)，機(jī)器內(nèi)部電力器件(如變壓器、電感、電容器等)都較大，一般在帶載較大運(yùn)行時(shí)存在較小噪聲，但該機(jī)型在惡劣的電網(wǎng)環(huán)境條件中耐抗性能較強(qiáng)，可靠性及穩(wěn)定性均比高頻機(jī)強(qiáng)。

(2)高頻機(jī)：利用高頻開(kāi)關(guān)技術(shù)，高頻機(jī)逆變頻率一般在20kHz以上。但高頻機(jī)在惡劣的電網(wǎng)及環(huán)境條件下耐受能力差，較適用于電網(wǎng)比較穩(wěn)定及灰塵較少、溫/濕度合適的環(huán)境。UPS發(fā)展的方向是高頻化、小型化、智能化和綠色化。因?yàn)樾⌒突梢怨?jié)省投資、提高效率、節(jié)約空間等。小型化的前提是高頻化，只有高頻化才可實(shí)現(xiàn)小型化。小型化的一個(gè)目標(biāo)就是取消輸入/輸出隔離變壓器。以前由于技術(shù)、器件和材料的原因，給UPS加入了輸入/輸出隔離變壓器，使得產(chǎn)品笨重、性能差、耗能大而且價(jià)格貴。后來(lái)由于新器件的問(wèn)世，1980年由美國(guó)IPM公司首先推出的新方案成功地取消了輸入隔離變壓器，近幾年由于技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和成熟，推出了半橋逆變器變換方案，又成功地取消了輸出隔離變壓器，使UPS的性能又有了很大程度的提高，這就是人們所說(shuō)的高頻機(jī)，它進(jìn)一步使UPS縮小了體積、改善了性能、減輕了重量、提高了效率、降低了成本和提高了可靠性。所以上的公司大都放棄了帶有輸出隔離變壓器UPS的生產(chǎn)。

2、高頻機(jī)與工頻機(jī)比較

高頻機(jī)與工頻機(jī)比較而言：尺寸小、重量輕、運(yùn)行效率高(運(yùn)行成本低)、噪聲低，適合于辦公場(chǎng)所，性價(jià)比高(同等功率下價(jià)格低)，對(duì)空間、環(huán)境影響小，相對(duì)而言，高頻UPS對(duì)復(fù)印機(jī)、激光打印機(jī)和電動(dòng)機(jī)引起的沖擊(SPIKE)和暫態(tài)響應(yīng)(TRANSIENT)易受影響，由于工頻機(jī)的變壓器把市電與負(fù)載隔離，在市電惡劣的環(huán)境下，工頻機(jī)比高頻機(jī)能提供更安全和可靠的保護(hù)，在某些場(chǎng)合如醫(yī)療等，要求UPS有隔離裝置，因此，對(duì)工業(yè)、醫(yī)療、交通等應(yīng)用，工頻機(jī)是較好的選擇。兩者的選擇要根據(jù)用戶的不同、安裝環(huán)境、負(fù)載情況等條件權(quán)衡考慮。

高頻機(jī)不帶隔離變壓器，其輸出中性線存在高頻電流，主要來(lái)自市電電網(wǎng)的諧波*、UPS整流器和高頻逆變器脈動(dòng)電流、負(fù)載的諧波*等，其*電壓不僅數(shù)值高而且難以消除。而工頻機(jī)的輸出地電壓低，而且不存在高頻分量，對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信安全來(lái)講，更加重要。

高頻機(jī)輸出沒(méi)有變壓器隔離，如果逆變功率器件發(fā)生短路，則直流母線(DCBUS)上的高直流電壓直接加到負(fù)載上，這是安全隱患，而工頻機(jī)則不存在此問(wèn)題。高頻機(jī)與工頻機(jī)性能比較的指標(biāo)見(jiàn)下表：

表1高頻機(jī)與工頻機(jī)性能比較的指標(biāo)

從以上的比對(duì)中可以清晰地看出工頻機(jī)在很多方面優(yōu)于高頻機(jī)。對(duì)于可靠性要求較高的一些重要、關(guān)鍵部位的電源保護(hù)方案還應(yīng)以工頻機(jī)。工頻機(jī)的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單，存在的問(wèn)題是：

1)輸入輸出變壓器尺寸大。

2)用于消除高次諧波的輸出濾波器尺寸大。

3)變壓器和電感產(chǎn)生音頻噪聲。

4)對(duì)負(fù)載和市電變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能較差。

5)效率低。

6)輸入無(wú)功率因數(shù)校正，對(duì)電網(wǎng)污染較嚴(yán)重。

7)成本高，特別對(duì)于小容量機(jī)型，無(wú)法與高頻機(jī)相比。

世界UPS廠商在技術(shù)選型和將來(lái)發(fā)展趨勢(shì)上都是以高頻為主力方向的，30kVA及以下的UPS都以高頻機(jī)為主，這與高頻機(jī)負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，能量密度高，體積小，噪聲小，價(jià)格低(特別是小機(jī))有很大關(guān)系，特別是高頻機(jī)可以做到輸入有源功率因數(shù)校正，真正代表將來(lái)綠色電源的發(fā)展趨勢(shì)。

3、電路結(jié)構(gòu)

工頻機(jī)與高頻機(jī)的概念主要是對(duì)整流部分而言，工頻機(jī)是可控整流，傳統(tǒng)技術(shù)可做到12相整流;而高頻機(jī)的整流是二極管不控整流十IGBT的高頻直流升壓環(huán)節(jié)。對(duì)逆變器而言都是IGBT的SPWM高頻逆變工作方式(除早期的可控硅逆變工作模式UPS，目前已經(jīng)淘汰)。另外，工頻機(jī)的輸出變壓器*，由于其整流逆變等環(huán)節(jié)均為降壓環(huán)節(jié)，因此在輸出側(cè)必須有升壓變壓器作為電壓的調(diào)整。而高頻機(jī)由于具有DC/DC升壓環(huán)節(jié)，其輸出側(cè)不必要加升壓環(huán)節(jié)(升壓變壓器)，對(duì)于需要加裝隔離變壓器的現(xiàn)場(chǎng)，高頻機(jī)也可按照要求加裝隔離變壓器選件，其作用也由原來(lái)的必要配置轉(zhuǎn)變?yōu)榭蛇x配置。UPS的電氣結(jié)構(gòu)所以發(fā)生了更新變化，主要是由于元器件的發(fā)展，IGBT作為UPS的主要功率元件技術(shù)更加成熟，無(wú)論從容量、結(jié)構(gòu)，還是可靠性上都大大地提高了，加之UPS數(shù)字化程度不斷深入促成了新一代大中型UPS的主流結(jié)構(gòu)由原來(lái)的工頻機(jī)轉(zhuǎn)向高頻機(jī)(正如當(dāng)年晶閘管逆變器被大功率晶體管GTR取代，之后又被IGBT逆變器取一樣)。UPS電氣結(jié)構(gòu)的更新直接的效果就是UPS主機(jī)體積的縮小，質(zhì)量的減小，而更重要的是電氣性能的提高。

早期大中型UPS主回路結(jié)構(gòu)采用晶閘管整流將輸人的交流電整為直流，蓄電池直接配置在直流母線上，當(dāng)輸入市電正常時(shí)，靠整流晶閘管的調(diào)節(jié)對(duì)蓄電池充電，同時(shí)為GTR或ICBT結(jié)構(gòu)的橋式逆變器供電，逆變器將直流逆變?yōu)榻涣?，后?jīng)過(guò)輸出變壓器的升壓及濾沒(méi)提供純正的交流輸出。從其結(jié)構(gòu)中可以看出，從整流(從交流變?yōu)橹绷?到逆變(在從直流變?yōu)榻涣?的過(guò)程中，每個(gè)環(huán)節(jié)都是降壓環(huán)節(jié)，在此種結(jié)構(gòu)的UPS中，必須在輸出側(cè)加入升壓變壓器，將逆變輸出的較低恒定電壓升至合理的輸出范圍，終提供了恒定的220V/380V輸出。

目前較為*的UPS主回路結(jié)構(gòu)采用不控整流加升壓環(huán)節(jié)，將交流輸入通過(guò)整流橋全波整流為直流后，采用IGBT元件組成的DC/DC電路升壓到一個(gè)較高的恒定直流電壓，并將其作為直流母線，為蓄電池充電電路及逆變輸出部分提供電能。由于直流母線電壓足夠高經(jīng)過(guò)IGBT高頻逆變調(diào)整后，可直接得到恒定的逆變輸出電壓，*可以省掉輸出升壓變壓器。

在上述的兩種UPS結(jié)構(gòu)中，后者在所有功率環(huán)節(jié)均采用了IGBT技術(shù)，因此此種結(jié)構(gòu)的UPS又為全I(xiàn)GBTUPS。由于數(shù)字技術(shù)的引入，大大提高了IGBT元件的開(kāi)關(guān)頻率，與前者相比，在很多方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。