變壓器為什么不能作為區(qū)分兩種UPS的標志

當前電子技術已進入數字時代，作為電子技術的能源也應該與其適應。高頻機UPS也已全部采用了數字技術，而工頻機UPS有不少還滯留在數字與模擬相結合的時代。真正高頻機UPS的工作頻率是20kHz以上。因為人耳朵聽得見的頻率是16Hz~20kHz，人的耳朵對20kHz和以上頻率的聲音就相應不了啦，聽不見了。對開關電源來說，工作頻率越高損耗就越大，散熱就越困難。因此目前20kHz還是一道坎，UPS單機功率做到100kVA以上還有些困難。但100kVA以上功率的UPS也不一定非工作在20kHz不可，比如目前已有的做到了15kHz，只是有些聲音罷了。

圖4 兩種負載使市電電壓波形呈現不同結果的情況

但電路結構仍可以采用IGBT整流和半橋逆變結構，高頻機UPS的其它特點仍然保留下來，照樣是一個好的方案。即使不工作在20kHz，比如一般是5~15kHz，仍然是50Hz工頻的100~300倍，相對而言難道這就是高頻了。因此為了區(qū)別于20kHz，就稱為“高頻機型”。而工頻機UPS原來是整流器和逆變器都工作在50Hz的工頻，但后來采用IGBT后也工作在50Hz工頻的一百倍甚至200倍以上，相比之下這也算是高頻了。但可惜的是它的整流器可控硅器件仍工作在50Hz的工頻，也就是說這種UPS的一只腳跨進了高頻的門坎，而另一只腳還停留在工頻的原地，這既不能算作“高頻機型”UPS，也不能全算工頻機，為了區(qū)別“高頻機型”UPS，就暫稱為“工頻機型”UPS。由此可見，只要“工頻機型”UPS再向前跨上一步就是“高頻機型”UPS了。換言之，只要“工頻機型”UPS的輸入整流器將半控的可控硅器件換成全控的IGBT就可以工作在高頻了。而且這樣一來也給用戶帶來了莫大的好處，尤其對大功率來說，整流器和逆變器都是上百公斤的大家伙，作為備件而言實在是令人卻步。而整流器改用IGBT后，就可和逆變器共用一套備件。

而且取消UPS中的輸出電磁變壓器，代之以電子變壓器，效率可以提高幾個百分點，從而也提高了設備本身的可靠性。因為效率的提高意味著功耗的降低，從而降低了機內溫度。因為機器在高溫下容易出故障，根據阿雷紐斯定律：溫度每升高10°C，電子元器件（包括電池）的壽命就減半。所以提高效率就意味著提高了可靠性。另一方面，可控硅整流器電路還是破壞輸入市電正弦電壓波形的罪魁禍首：不論從電網來的電壓波形多么好，到了六脈沖整流UPS前面就被破壞了，如圖4（b）所示。將輸入功率因數降低到0.8左右。而上述電壓加到線性負載上的時侯，線性負載的輸入功率因數就是1，如圖4（a）所示。這就說明六脈沖整流輸入的UPS是非線性負載，會使市電輸入電壓波形失真。有的誤認為這種失真是市電輸入本身的問題，此論不敢茍同。為什么同樣的市電電壓波形帶電爐子之類的線性負載時就不失真，而帶六脈沖整流器UPS時就失真了呢？這能賴電網嗎？不言而喻，這就是可控硅整流器破壞的結果。0.8的輸入功率因數是不符合國家對負載端輸入功率因數0.9的要求的。為了將輸入功率因數提高到0.95以上，就必須附加許多環(huán)節(jié)而構成十二脈沖整流。比如某品牌300kVA的UPS, 六脈沖整流時的重量是1.6噸，而構成十二脈沖整流后的重量就一下子增加到2.2噸，增加了600公斤！其整機效率也很難達到90%。

（a）某品牌300kVA的高頻機型UPS外形圖 （b）某品牌300kVA的工頻機型UPS外形圖

圖5 300kVA的高頻機型UPS和工頻機型UPS的外形

而某品牌同樣是300kVA的高頻機型UPS，其總重量才0.83噸，而且輸入功率因數在0.99以上，并且其整機效率也可達95%以上。這兩種UPS的外形圖如圖5（a）和（b）所示。又比如同樣是300kW的UPS，高頻機型UPS就比工頻機型UPS每年節(jié)約150,000度電，這在當今已將節(jié)能減排作為國策的時代又是多么可貴的貢獻??！

據初略估計，目前大約有200萬臺服務器在24h運行，以每臺平均功耗400W計，就是800,000kW，需2000臺400kVA（按kVA= kW計）UPS，在輸入功率因數30.95的情況下，某400kVA工頻機 UPS重約2.3噸，而某高頻機型UPS約重900kg，每臺相差約1.4噸，2000臺工頻機 UPS就比高頻機型UPS多出2800噸器材！而且這些器材都是貴重物品，比如接插件和開關觸點上的鍍金和鍍銀，半導體器件的稀土元素硅和鍺，變壓器的高純度銅和矽鋼片，開關用的特種不銹鋼材，電纜用的銅和鋁，電纜護套用的橡膠和高級塑料，機架用的高標號的鋼…哪一種都不是輕易獲得的。如果將這些節(jié)約下來的器材再移作它用，又會創(chuàng)造多么大的價值！