工頻ups和高頻ups電源的區(qū)別

時間：2021-07-09作者：上海全邁智能科技有限公司瀏覽：36

目前ups的發(fā)展方向是高頻機型ups替代工頻機型ups，因為首先高頻機型ups相比工頻機型ups來講，不僅取消了笨重的變壓器，在效率方面也是提高了近5%?？墒菄鴥鹊默F(xiàn)狀就是還有些戶對高頻機不太信任，這一方面也是因為宣傳的緣故。造成了普遍用戶對高頻機的不信任。雖然工頻機型ups使用的歷史比較長，但由于它固有的缺點想真正提高機房節(jié)能是不太可能實現(xiàn)的，如圖1所示。

技術總是在發(fā)展的，新技術代替舊技術是歷史的發(fā)展規(guī)律。然而，新舊之間的替代與轉換一般并不是那么順利，人類社會是這樣，自然、科技領域也是如此?，F(xiàn)在的已進入數(shù)字化時代，這是不可逆轉的技術發(fā)展規(guī)律，各行各業(yè)遲早都要集中到這一條路上來，但就某一個時期來說發(fā)展是不平衡的，這中間有很多因素的影響，比如各自的技術發(fā)展水平不同，人員對新技術的認識和接受能力不同等等。具體到ups領域又何嘗不是如此。

一、工頻機ups和高頻ups的一般概念

靜止變換式工頻機結構ups技術出現(xiàn)在上個世紀70年代，毫無疑問在當時屬**技術，幾十年間也為電子電器技術領域作出了不朽的貢獻，*。一般說任何技術的**性是相對而言，任何**的產(chǎn)品也有其一定的適用期。隨著it技術的出現(xiàn)與發(fā)展，工頻機ups組件暴露出它的缺點，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規(guī)律：每當一種技術阻礙生產(chǎn)力發(fā)展時，就會有一種新的技術產(chǎn)生出來代替。毫不例外，高頻機ups技術問世了。為了區(qū)別以前的ups，就起了一個高頻機ups的名字。原來那種輸入輸出都工作在50hz并且有輸出變壓器的老的電路結構就稱作工頻機ups；而這種輸入輸出電路都工作在20khz以上且沒有的輸出變壓器的電路就稱為高頻機ups。

二、高頻ups比工頻機ups有哪些優(yōu)點

1、 輸入功率因數(shù)高

工頻機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**過0.8，諧波電流有30%之大。如果**接發(fā)電機，發(fā)電機的容量至少要3倍于ups功率；如果是單相小功率ups，發(fā)電機的容量至少要5倍于ups功率。

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

2、 本身功耗小

在同樣指標下，比如要求輸入功率因數(shù)為0.95以上時，工頻機ups就必須外加諧波濾波器或改為12脈沖整流，就是說**要增加一個設備，再加上輸出變壓器，就比高頻機ups多了兩個環(huán)節(jié)，如圖1所示。由于此二者的影響，使得工頻機ups的效率比高頻機ups低5%。在同樣是100kw的容量時工頻機ups每年要比高頻機ups多消耗5萬度電！這在*號召節(jié)能減排的今天，能源的節(jié)約具有深遠意義。



圖1 高輸入功率因數(shù)下的工頻機ups和高頻機ups結構方框

3、 對外干擾小

ups的干擾一般有兩種，一種是聽得到的機械噪聲，一種是聽不到的電噪聲，這兩種噪聲工頻機ups都有，形成了對設備和對人的傷害。電噪聲影響機器的穩(wěn)定度，機械噪聲影響人的身心健康，降低工作效率。

而高頻機ups由于工作在20khz以上，20khz是人的耳朵聽不到的頻率，使工作環(huán)境安靜下來。又由于一般的高頻機ups的輸入功率因數(shù)高達0.99以上，幾乎是線性，所以對外干擾幾乎為零。

4、 體積小、重量輕

工頻機ups由于有了輸出變壓器和適應50hz的電感等低頻器件使得體積重量都很大。比如某品牌200kva工頻機ups重1380kg，而同是這一廠家的250kva高頻機 ups 重量只有830kg。

5、全數(shù)字技術

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

6、對電網(wǎng)的適應能力強

工頻機ups對于適應輸入電壓±15%的變化已很不易；而高頻機ups甚至適應輸入電壓±30%以上的變化，這又大大延長了ups的電池壽命。

7、能將并機環(huán)流衰減到幾乎為零

工頻機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)較容易產(chǎn)生環(huán)流，而且這個環(huán)流的路徑暢通無阻，如圖2（a）所示；高頻機ups由于沒有輸出變壓器，它們的并聯(lián)如圖2（b）所示，可以看出這里的環(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ups在此情況下就會形成很大的環(huán)流。



圖2 兩種ups并聯(lián)方框圖

總之，高頻機ups在性能上不但能完全替代工頻機ups，而且還具有很多后者沒有的特點。

工頻機ups的生產(chǎn)廠商和推銷者為了延長產(chǎn)品的銷售壽命，在其他性能指標上無法與高頻機 ups抗敵，就把希望寄托在輸出變壓器上，因為高頻機 ups沒有這個變壓器，再加之一些用戶缺乏技術概念，于是就賦予了變壓器很多具有神秘色彩的功能。比如這個變壓器可以抗干擾、可以緩沖負載浪涌電流、可以隔直流、可以適應電網(wǎng)電壓的沖擊和變化，等等。

在這里，不要忽略的基本功能，ups是電壓源，電壓源的基本功能是輸出電壓動態(tài)性能要好，即無論負載在允許范圍內如何變化，電壓總是穩(wěn)定的。根本不允許變壓器對負載進行什么“抵抗”或“緩沖”。



圖3 全橋逆變器ups輸出變壓器原理圖

有的人就表示，這個變壓器是為了在逆變器功率管損壞時隔斷直流電流到負載的通路而加入的，對此說法不妨做一個探討，看一看變壓器是否有阻隔直流的功能。圖3示出了一般變壓器的工作情況。首先承認這種變壓器是變換交流電的，如圖中正弦波。/版權所有）假如不用來變換交流電而是施加直流，如圖2中將電池組開關s閉合，由于變壓器繞組內阻相當?。ń朴诙搪罚┚蜁陔姵亟M和變壓器初級繞組之間形成相當大的電流，一直到將電池組或導線或繞組燒斷為止。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：斷開或穿通（短路）。圖4示出了ups全橋逆變器一個功率管（比如vt2）開路（斷開）的情況。從圖中可以看出，在此情況下的電流路徑只能是一個方向的，就是說只能輸出一個極性的半波，如圖中所示。一個極性就意味著含直流成分，直流電流分量在變壓器初級繞組中的積累會使繞組達到飽和狀態(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回路燒斷時才結束。這個直流電流倒是沒有進到負載端，但ups本身燒了。



圖4 全橋逆變器ups一個功率管開路情況原理圖

再看逆變器一支功率管（比如vt2）穿通（短路）的情況。只要vt4一導通就形成對**直流電壓的短路狀態(tài)，如圖5所示。強大的電流可將vt4瞬間炸毀，如果不是炸斷就較危險，它可能會將電池組燒毀。某電子公司就因為這原因，一舉燒毀了72節(jié)100ah電池。在這種情況下也是隔斷了直流，同樣是把自己給燒毀了。

以上兩種情況都是用燒毀ups本身的代價而保護了it設備，這對it設備用戶是不是就算是一種福音呢？當然不是，因為不論是燒毀ups還是it設備都會使系統(tǒng)崩潰而無法繼續(xù)工作。



圖5 全橋逆變器ups一個功率管穿通情況原理圖

如果ups供電設備在逆變器功率管損壞的情況下不但保護了it設備，同時也保證了本身的安然無恙，這樣的隔直流功能才有實際意義，這才是用戶真正需要的。

在大功率三相ups中這個變壓器具有隔斷三次諧波的能力，但必須是d-y連接，如圖6所示?？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，



圖6 ups輸出三相變壓器的連接

如圖6右圖所示。再說逆變器本身產(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。因此在這里談什么消除三次諧波好像沒有實用**。

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

三、高頻機ups與工頻機ups的現(xiàn)狀

因為高頻機ups對技術與工藝以及生產(chǎn)手段的要求非常嚴格，一般也不容易防制，20khz以上的高頻機ups容量都小于100kva，只有少數(shù)制造廠的技術真正過關，并且已顯示出強大的生命力。在大功率范圍雖然不能做到20khz，但可以采用高頻機結構，比如用igbt高頻整流（相對于50hz而言），頻率一般在15khz以下，多數(shù)廠家已可做到200kva，但也有*，比如秀康10年前就可做到8khz/480kva，伊頓9395也可做到15khz/1200kva，并已成為美國的軍方*產(chǎn)品。這說明高頻機結構ups技術早已成熟。在我國軍方和金融等重要部門也紛紛采用，并收到了良好的效果。

當然工頻機結構ups在這種情況下的日子會越來越艱難，好在是還有那么一批廠家的高頻機結構ups沒有過關，還得主推工頻機ups，作為市場手段多說一些當前用工頻機ups較合適之類的語言，多說一些工頻機的好處和多找一些高頻機的缺點均屬正常現(xiàn)象，這可以理解，也可能是認識問題。但不要認為工頻機ups技術永遠不落后。從科學發(fā)展觀來說，以后一段時間內無疑是高頻機ups的市場。不可否認，高頻機ups同樣也有退出歷史舞臺的一天，當然那是后話。

四、所謂兩個發(fā)展方向

現(xiàn)在有一種說法：高頻機ups和工頻機ups是兩個發(fā)展方向。這就使人糊涂了：

難道效率低的產(chǎn)品也是發(fā)展方向？難道部考慮節(jié)能減排了嗎？

難道耗費資源和笨重的產(chǎn)品也是發(fā)展方向？

總之，這種觀點不外乎說：高頻機ups與工頻機ups并存；節(jié)能減排與浪費能量和資源并存；**與落后并存…所謂技術上的并存應該是**的，比如自行車雖然比汽車跑得慢，但它們在一定程度上是互相**的；而這里的ups技術卻是可以完全替代的。這就像汽車2型可以替代1型，3型可以替代2型一樣的道理。


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