解析工頻與高頻UPS性能與選購要點(diǎn)

　　用戶(hù)在購買(mǎi)大功率UPS的時(shí)候，嘗嘗面臨在工頻機和高頻機之間不知道如何選擇，不清楚到底是買(mǎi)工頻機好還是選高頻機劃算的問(wèn)題。筆者從下面幾點(diǎn)來(lái)分析工頻機和高頻機之間的區別，希望能對大家今后在選擇UPS的時(shí)候有所助益。

　　1 工頻機和高頻機的原理分析

　　工頻機和高頻機是按UPS的設計電路工作頻率來(lái)區分的。工頻機是以傳統的模擬電路原理設計，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(guò)控制加在門(mén)極的驅動(dòng)來(lái)控制其開(kāi)通與關(guān)斷，IGBT整流器開(kāi)關(guān)頻率通常在幾千赫到幾十千赫，甚至高達上百千赫，遠遠高于工頻機，因此稱(chēng)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中通常被設計在逆變器的輸出端，可以起到增加UPS性能改善負載端供電質(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)：

　?。?）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(xiàn)，從而達到降低零地電壓的目的。事實(shí)上，HP、IBM、SUN的小型機因為要保證精密的計算能力與高可靠的數據處理傳輸能力，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為零地電壓偏高所造成的一些問(wèn)題。

　?。?）濾除負載端諧波，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，提高設備的電磁兼容性。

　?。?）增強過(guò)載短路保護能力，保護負載與UPS主機

　　由于其自身的特性，隔離變壓器是UPS中工作最為穩定的器件。UPS在正常工作過(guò)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，延緩短路電流對負載以及逆變器的沖擊破壞，具有保護負載與UPS主機的作用。

　?。?）UPS故障時(shí)保護負載

　　高額UPS的AC/DC變換部分采用高頻化設計，提高了UPS的輸入功率因數（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(wú)輸出隔離變壓器，一旦逆變器橋臂的IGBT被擊穿短路，BUS母線(xiàn)直流高電壓將加到負載上，危及負載的安全。輸出隔離變壓器具有“通交流阻直流”的能力，可以解決此類(lèi)問(wèn)題，在UPS發(fā)生故障時(shí)能夠使負載安全運行。　　3 從工頻機和高頻機的性能對比來(lái)分析

　?。?）在可靠性方面，工頻機要優(yōu)于高頻機

　　工頻機采用晶閘管（SCR）整流器，該技術(shù)經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀的發(fā)展和革新，已經(jīng)非常成熟，其抗電流沖擊能力非常強。由于SCR屬于半控器件，不會(huì )出現直通、誤觸發(fā)等故障。相比而言，高頻機采用的IGBT高頻整流器雖然開(kāi)關(guān)頻率較高，但是IGBT工作時(shí)有嚴格的電壓、電流工作區域，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)境適應性方面，高頻機要優(yōu)于工頻機

　　高頻機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(lái)控制UPS的運行。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(chǎng)所。正因為如此，許多廠(chǎng)家的中小功率UPS普遍推出了高頻機。

　?。?）在負載對零地電壓的要求方面，工頻機要優(yōu)于高頻機

　　大功率三相高頻機零線(xiàn)會(huì )引入整流器并作為正負母線(xiàn)的中性點(diǎn)，這種結構就不可避免地造成整流器和逆變器高頻諧波耦合在零線(xiàn)上，抬升零地電壓，造成負載端零地電壓抬高，很難滿(mǎn)足IBM、HP等服務(wù)器廠(chǎng)家對零地電壓小于1V的場(chǎng)地需求。另外，在市電和發(fā)電機切換時(shí)，高頻機往往因零線(xiàn)缺失而必須轉旁路工作，在特定工況下可能造成負載閃斷的重大故障。工頻機因整流器不需要零線(xiàn)參與工作，在零線(xiàn)斷開(kāi)時(shí)，UPS可以保持正常供電。

　　綜上所述，工頻機UPS和高頻機UPS的差異主要表現在隔離變壓器上，而工頻機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(lái)講，工頻機和高頻機則各有優(yōu)劣，至少在當前，不存在誰(shuí)取代誰(shuí)的問(wèn)題。用戶(hù)在選購設備的時(shí)候應當立足于自身的實(shí)際需要，而不是盲目跟從。比如，用戶(hù)要建設中大型的數據中心，那么對可靠性和穩定性的要求就應當放在第一位，大功率的工頻機UPS就應當是首選；如果是一般的辦公場(chǎng)所應用，或者主要考慮到設備對空間的占用，則可以采用高頻機UPS。