解析工頻與高頻UPS性能與選購要點(diǎn)

　　用戶在購買大功率UPS的時(shí)候，嘗嘗面臨在工頻機(jī)和高頻機(jī)之間不知道如何選擇，不清楚到底是買工頻機(jī)好還是選高頻機(jī)劃算的問題。筆者從下面幾點(diǎn)來分析工頻機(jī)和高頻機(jī)之間的區(qū)別，希望能對大家今后在選擇UPS的時(shí)候有所助益。

　　1 工頻機(jī)和高頻機(jī)的原理分析

　　工頻機(jī)和高頻機(jī)是按UPS的設(shè)計(jì)電路工作頻率來區(qū)分的。工頻機(jī)是以傳統(tǒng)的模擬電路原理設(shè)計(jì)，由晶閘管（SCR）整流器、IGBT逆變器、旁路和工頻升壓隔離變壓器組成。因其整流器和變壓器工作頻率均為工頻50Hz，顧名思義叫工頻UPS。

　　高頻機(jī)通常由IGBT高頻整流器、電池變換器、逆變器和旁路組成。IGBT可以通過控制加在門極的驅(qū)動(dòng)來控制其開通與關(guān)斷，IGBT整流器開關(guān)頻率通常在幾千赫到幾十千赫，甚至高達(dá)上百千赫，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工頻機(jī)，因此稱為高頻UPS。

　　2 隔離變壓器的原理分析

　　隔離變壓器是利用電磁感應(yīng)原理，對配電或信號進(jìn)行電氣隔離的裝置。隔離變壓器在UPS中通常被設(shè)計(jì)在逆變器的輸出端，可以起到增加UPS性能改善負(fù)載端供電質(zhì)量的作用。

　　通常，UPS的輸出隔離變壓器有以下四大優(yōu)點(diǎn)：

　　（1）降低零地電壓，優(yōu)化UPS末端供電網(wǎng)絡(luò)

　　UPS的逆變輸出安裝隔離變壓器可以隔離輸入和輸出之間的電氣連接，從而有效地降低輸出的零地電壓。由于隔離變壓器的副邊繞組采用Y型接法，中性點(diǎn)接地后產(chǎn)生新的零線，從而達(dá)到降低零地電壓的目的。事實(shí)上，HP、IBM、SUN的小型機(jī)因?yàn)橐ＷC精密的計(jì)算能力與高可靠的數(shù)據(jù)處理傳輸能力，都會(huì)對零地電壓有極高的要求，加裝隔離變壓器可以徹底解決因?yàn)榱愕仉妷浩咚斐傻囊恍﹩栴}。

　?。?）濾除負(fù)載端諧波，提高供電質(zhì)量

　　隔離變壓器本身具有電感特性，輸出隔離變壓器可以濾除負(fù)載端的大量低次諧波，減少高頻干擾，并可以使高次諧波大幅度衰減。采用電源隔離變壓器，可以有效地抑制竄入交流電源中的噪聲干擾，提高設(shè)備的電磁兼容性。

　?。?）增強(qiáng)過載短路保護(hù)能力，保護(hù)負(fù)載與UPS主機(jī)

　　由于其自身的特性，隔離變壓器是UPS中工作最為穩(wěn)定的器件。UPS在正常工作過程中，如果遇到大的短路電流，變壓器會(huì)產(chǎn)生反向電動(dòng)勢，延緩短路電流對負(fù)載以及逆變器的沖擊破壞，具有保護(hù)負(fù)載與UPS主機(jī)的作用。

　?。?）UPS故障時(shí)保護(hù)負(fù)載

　　高額UPS的AC/DC變換部分采用高頻化設(shè)計(jì)，提高了UPS的輸入功率因數(shù)（0.98以上）及輸入電壓范圍，DC/AC逆變部分高頻化減少了輸出濾波電感的體積，功率密度大。由于無輸出隔離變壓器，一旦逆變器橋臂的IGBT被擊穿短路，BUS母線直流高電壓將加到負(fù)載上，危及負(fù)載的安全。輸出隔離變壓器具有“通交流阻直流”的能力，可以解決此類問題，在UPS發(fā)生故障時(shí)能夠使負(fù)載安全運(yùn)行。　　3 從工頻機(jī)和高頻機(jī)的性能對比來分析

　?。?）在可靠性方面，工頻機(jī)要優(yōu)于高頻機(jī)

　　工頻機(jī)采用晶閘管（SCR）整流器，該技術(shù)經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展和革新，已經(jīng)非常成熟，其抗電流沖擊能力非常強(qiáng)。由于SCR屬于半控器件，不會(huì)出現(xiàn)直通、誤觸發(fā)等故障。相比而言，高頻機(jī)采用的IGBT高頻整流器雖然開關(guān)頻率較高，但是IGBT工作時(shí)有嚴(yán)格的電壓、電流工作區(qū)域，抗沖擊能力較低。因此在總體可靠性方面，IGBT整流器比SCR整流器低。

　?。?）在環(huán)境適應(yīng)性方面，高頻機(jī)要優(yōu)于工頻機(jī)

　　高頻機(jī)是以微處理器作為處理控制中心，將繁雜的硬件模擬電路燒錄于微處理器中，以軟件程序的方式來控制UPS的運(yùn)行。因此，體積、重量等方面都有明顯的降低，噪音也較小，對空間、環(huán)境影響小，因此比較適合于對可靠性要求不太苛刻的辦公場所。正因?yàn)槿绱?，許多廠家的中小功率UPS普遍推出了高頻機(jī)。

　?。?）在負(fù)載對零地電壓的要求方面，工頻機(jī)要優(yōu)于高頻機(jī)

　　大功率三相高頻機(jī)零線會(huì)引入整流器并作為正負(fù)母線的中性點(diǎn)，這種結(jié)構(gòu)就不可避免地造成整流器和逆變器高頻諧波耦合在零線上，抬升零地電壓，造成負(fù)載端零地電壓抬高，很難滿足IBM、HP等服務(wù)器廠家對零地電壓小于1V的場地需求。另外，在市電和發(fā)電機(jī)切換時(shí)，高頻機(jī)往往因零線缺失而必須轉(zhuǎn)旁路工作，在特定工況下可能造成負(fù)載閃斷的重大故障。工頻機(jī)因整流器不需要零線參與工作，在零線斷開時(shí)，UPS可以保持正常供電。

　　綜上所述，工頻機(jī)UPS和高頻機(jī)UPS的差異主要表現(xiàn)在隔離變壓器上，而工頻機(jī)對隔離變壓器的使用，在很大程度上提升了UPS的可靠性。從綜合性能方面來講，工頻機(jī)和高頻機(jī)則各有優(yōu)劣，至少在當(dāng)前，不存在誰取代誰的問題。用戶在選購設(shè)備的時(shí)候應(yīng)當(dāng)立足于自身的實(shí)際需要，而不是盲目跟從。比如，用戶要建設(shè)中大型的數(shù)據(jù)中心，那么對可靠性和穩(wěn)定性的要求就應(yīng)當(dāng)放在第一位，大功率的工頻機(jī)UPS就應(yīng)當(dāng)是首選；如果是一般的辦公場所應(yīng)用，或者主要考慮到設(shè)備對空間的占用，則可以采用高頻機(jī)UPS。