談高頻機UPS和工頻機UPS的“耐沖擊能力”

一、問題的提出

當代技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)到了高頻機UPS代替工頻機UPS的時代。不可否認數(shù)年來工頻機UPS對IT的發(fā)展作出了卓越的貢獻。但隨著歷史的發(fā)展和技術(shù)的提高電子產(chǎn)品也在不斷更新，世上沒有一成不變的東西，而且這種變化總是朝著節(jié)能的方向，這就是歷史。比如早期的“大哥大”手機，既笨重又費電，但當時有多少人以擁有大哥大而自豪！

但這種令人羨慕的的東西只能打電話，連短信也發(fā)不了，腰里還必須掛一個BB機。再看今天的手表移動電話，縮小了多少倍！功能還比大哥大多，這都是高頻的功勞。

早期的UPS又何嘗不是如此，上世紀60年代的UPS也是龐大無比，一臺20kVA的電動發(fā)電機帶著一個5t重的大飛輪，后備時間也只有5s?，F(xiàn)代工頻機UPS 300kVA，是前者容量的15倍，才2.2t，就算上5s的電池也只有前者的一半，這是多大的進步??！現(xiàn)代高頻機UPS 300kVA，其體積和重量幾乎是工頻機UPS的三分之一，這是不是又進了一步！

圖1 發(fā)展中的幾種UPS比較

高頻機UPS取代工頻機UPS是必然的。但由于從工頻機UPS到高頻機UPS是一個技術(shù)上的飛躍，沒有一定的技術(shù)實力很難登上這個臺階，這就需要有一個過度時期。在這期間一些工頻機UPS制造者把匆忙仿造的不成熟的產(chǎn)品推向市場，破壞了高頻機 UPS的聲譽，誤導(dǎo)了一些用戶?？磥磉@些廠還得靠工頻機 UPS維持市場，再加之一些用戶對工頻機UPS的感情和對高頻機 UPS的不明真相，工頻機產(chǎn)品市場還可以延續(xù)一段時間。在此期間工頻機UPS制造者一定要加緊步伐推出高頻機產(chǎn)品。不要被一些誤導(dǎo)言論所左右，那樣會吃虧的。

比如在前兩年有的撰稿說高頻機UPS有幾大致命弱點，所謂致命就是不可克服的，并聲言“時至今日UPS業(yè)界還沒制造出200kVA以上的可靠的高頻機UPS”。事實上，此前在南京湯山溫泉賓館一次電信方面的會議上，一個公司就提供了一份近三年在國內(nèi)銷售了250?500kVA高頻機 UPS“零”故障的報告。并且該公司也早已推出成熟的1100kVA容量的單機產(chǎn)品。同時在國內(nèi)市場上也已有幾家公司成功推出了500kVA高頻機 UPS，可見上述文章需要商榷。但由于高頻機 UPS銷量的直線上升，如圖2所示，高頻機UPS不可靠的宣傳就自動偃旗息鼓了。

圖2 近7年國內(nèi)UPS銷量情況

現(xiàn)在又有了新的宣傳：有的地方用高頻機UPS，有的地方還得用工頻機UPS，原因是“高頻機UPS不如工頻機UPS耐沖擊”。此種說法一出，又使一些用戶陷入五里霧中。到底這種說法有無根據(jù)呢？

二、沖擊的來源和耐沖擊的機理1、沖擊的來源

沖擊來自兩個方向，一個是輸入端，一個是負載端，空間干擾可以忽略，因為機器都是金屬外殼，又加之都是室內(nèi)，而且上述的宣傳也是指的輸入和輸出。

首先看輸入沖擊，輸入一般情況下是電網(wǎng)的波動，這是一種慢變化，不能稱其為是沖擊。再就是附近有什么大的設(shè)備在啟動和停止時對電網(wǎng)形成一定的沖擊，但一般幅度不大，強度也不大，最嚴重的是雷電感應(yīng)浪涌電壓的沖擊。這種雷電電壓的前沿可小到1?s以下，可導(dǎo)致可控硅整流器導(dǎo)通。

UPS對這種浪涌電壓的沖擊耐力如何呢？這可從它們的電路結(jié)構(gòu)來分析。圖3示出了兩種三相（單相也一樣）電路的主電路原理圖。從圖中可以看到，兩種電路的輸入整流器前面都有一個前置濾波器，其功能就是抑制輸入干擾的。從圖3（b）可以看出，高頻機UPS的輸入電路除了有一個前置濾波器外，由于高頻整流器的需要，在整流器前面有多了一個串聯(lián)電感。這個電感除了是高頻整流器的的構(gòu)成部分外，對抗沖擊干擾也會起到積極作用，因為電感的作用就是反抗電流的突然變化，就是抗沖擊。因此在耐輸入沖擊上比工頻機UPS有多了一級保險，顯然就不能說在這個方向上的耐沖擊能力比高頻機UPS強，而是比它弱。

（b）一般高頻機UPS的主電路結(jié)構(gòu)原理圖

圖3 兩種UPS的主電路結(jié)構(gòu)原理圖

再看來自負載端的沖擊，這種沖擊不外乎這三種形：

正常的脈沖工作方式、負載電流的突然變化和負載端突然短路。

A. 正常的脈沖工作方式可有UPS輸出電壓的峰值系數(shù)解決，一般這個值為3?1就可以滿 足負載的要求了，而這個值是一般UPS都可以達到的。

B. 負載電流的突然變化

也就是說單機房中大部分或全部用電機器突然同時滿載工作向電源索要電流，這就出現(xiàn)一個超過額定值的電流沖擊，如果這個電流脈沖持續(xù)時間長，根據(jù)UPS的過載能力，一般是過載到125% 10min，150% 30s，就將負載切換到旁路。如果這個脈沖持續(xù)時間很短，就有逆變器直接提供。那么這兩種UPS誰能耐這種沖擊呢？那就看一下電源的原理結(jié)構(gòu)。

電源分為電壓源（也稱穩(wěn)壓源）和電流源（也稱穩(wěn)流源）如圖4所示，就是電壓源的電原理圖。圖中E是電源的電動勢，是穩(wěn)定不變的；I是電源流過負載的電流，U1是負載R兩端的電壓， r（ZU ）是電源的內(nèi)阻（阻抗）。負載兩端的電壓為

一般這個電壓要求是穩(wěn)定不變的，但從上式中看到負載R是一個變量，R的變化也導(dǎo)致了電流I的變化，這樣一來負載端的電壓就無法穩(wěn)定了。于是人們想，如果后面一項

就可以使

電壓就穩(wěn)定了。如果能使內(nèi)阻

就可做出穩(wěn)壓源。使內(nèi)阻等于零的方法只有電子電路才可以做出這樣的調(diào)整。UPS和其它用電路調(diào)整的電源就是這樣一種文雅裝置。所有電壓源的一個重要指標就是輸出電壓的動態(tài)性能。動態(tài)性能越好，輸出電壓越穩(wěn)定。對UPS而言其動態(tài)穩(wěn)定性的指標就表現(xiàn)在對輸出電壓波形失真度的要求，對線性負載要求小于或等于3%，對非線性負載要求小于或等于5%。

而這樣的指標無論工頻機UPS還是高頻機UPS都可以達到。

所以耐負載沖擊是一切電壓源的基本性能。不過由于工頻機UPS多了一個輸出變壓器，而變壓器的內(nèi)阻是不可調(diào)整的、固定的，所以其內(nèi)阻要比高頻機UPS大一些。有的認為多了變壓器還多了一項抗干擾能力，說變壓器抗干擾是一個大誤區(qū)，只有非線性和慣性器件才能抗干擾。為了減小變壓器對電源內(nèi)阻的影響，在繞制的時候要盡量減小其漏感，因為漏感會影響動態(tài)性能。至于抗干擾變壓器那是另一回事，這里談的是UPS的輸出變壓器。

至于說工頻機UPS能抗短路，無異于說工頻機UPS的內(nèi)阻抗大，再說工頻機UPS的輸出變壓器能分辨哪是短路哪是正常工作的大電流脈沖嗎？這都是想象的，沒有根據(jù)的。

有的可能問：既然高頻機UPS耐沖擊能力不比工頻機UPS差，那么為什么沖壞的都是高頻機UPS呢？首先要問：這種說法是由哪里傳出來的，再問何以證明高頻機UPS是被沖壞的，損壞的高頻機UPS是什么品牌，花多少錢買的…這些不能一概而論。據(jù)筆者所知損壞的這些高頻機UPS大都不是成熟的產(chǎn)品，是匆忙仿造的或剛出世不久沒有經(jīng)過時間考驗的贗品。大都是質(zhì)量問題。比如一個制造商既生產(chǎn)工頻機UPS又生產(chǎn)同容量的高頻機UPS，而且又首推工頻機UPS，那么他的高頻機UPS就不可靠。這和專門制造高頻機UPS的廠家在產(chǎn)品質(zhì)量上區(qū)別很大。這和工頻機UPS一樣，質(zhì)量好的產(chǎn)品可靠性高，但價格也高。有些用戶既要低價產(chǎn)品又要可靠性高，出了問題又怨天怨地怨產(chǎn)品！

話又說回來，工頻機UPS損壞者也不在少數(shù)。筆者近幾年接觸的真正被沖擊壞的進口名牌工頻機UPS也很嚴重。如圖5所示就是相信工頻機UPS耐沖擊而損壞的例子。該系統(tǒng)

是由進口5臺150kVA UPS組成的4+1供電系統(tǒng)，系統(tǒng)輸出端除直接帶一部分負載外，還接了一臺300kVA的變壓器。如圖5所示，變壓器的后面又帶了負載。不知何時變壓器所帶負載沒工作，于是就將變壓器輸入開關(guān)斷開了。突然有一天市電停電，正在電池工作狀態(tài)時，有人將變壓器開關(guān)閉合，眾所周知，變壓器啟動時有一個電流沖擊，合閘后不到5s電池組起火、逆變器匯流排燒毀，燒毀100AH電池70余節(jié)！

圖6所示為某國家質(zhì)檢單位UPS供電系統(tǒng)圖，系統(tǒng)采用了雙總線供電方案，每一路由2臺200kVA 容量的UPS做1+1連接。供電系統(tǒng)在正常工作中，前面有人將開關(guān)閘刀由市

電1#切換到市電2#，這個過程有一個輸入電流突變（市電2由空載到加載），也算是沖擊，結(jié)果每一路燒毀了一臺UPS。這樣的例子不在少數(shù)，能不能就得出工頻機UPS不耐沖擊的結(jié)論呢？肯定不能。對于大量的UPS產(chǎn)品而言這畢竟還是少數(shù)。

就是說，不論是工頻機UPS還是高頻機UPS都有損壞的幾率，不能斷章取義。