談高頻機UPS和工頻機UPS的“耐沖擊能力”

一、問(wèn)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(shí)代。不可否認數年來(lái)工頻機UPS對IT的發(fā)展作出了卓越的貢獻。但隨著(zhù)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(méi)有一成不變的東西，而且這種變化總是朝著(zhù)節能的方向，這就是歷史。比如早期的“大哥大”手機，既笨重又費電，但當時(shí)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(huà)，連短信也發(fā)不了，腰里還必須掛一個(gè)BB機。再看今天的手表移動(dòng)電話(huà)，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(wú)比，一臺20kVA的電動(dòng)發(fā)電機帶著(zhù)一個(gè)5t重的大飛輪，后備時(shí)間也只有5s?，F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(jìn)步??！現代高頻機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(jìn)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(gè)技術(shù)上的飛躍，沒(méi)有一定的技術(shù)實(shí)力很難登上這個(gè)臺階，這就需要有一個(gè)過(guò)度時(shí)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(chǎng)，破壞了高頻機 UPS的聲譽(yù)，誤導了一些用戶(hù)?？磥?lái)這些廠(chǎng)還得靠工頻機 UPS維持市場(chǎng)，再加之一些用戶(hù)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(chǎng)還可以延續一段時(shí)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。不要被一些誤導言論所左右，那樣會(huì )吃虧的。

比如在前兩年有的撰稿說(shuō)高頻機UPS有幾大致命弱點(diǎn)，所謂致命就是不可克服的，并聲言“時(shí)至今日UPS業(yè)界還沒(méi)制造出200kVA以上的可靠的高頻機UPS”。事實(shí)上，此前在南京湯山溫泉賓館一次電信方面的會(huì )議上，一個(gè)公司就提供了一份近三年在國內銷(xiāo)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(shí)在國內市場(chǎng)上也已有幾家公司成功推出了500kVA高頻機 UPS，可見(jiàn)上述文章需要商榷。但由于高頻機 UPS銷(xiāo)量的直線(xiàn)上升，如圖2所示，高頻機UPS不可靠的宣傳就自動(dòng)偃旗息鼓了。

圖2 近7年國內UPS銷(xiāo)量情況

現在又有了新的宣傳：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(shuō)法一出，又使一些用戶(hù)陷入五里霧中。到底這種說(shuō)法有無(wú)根據呢？

二、沖擊的來(lái)源和耐沖擊的機理1、沖擊的來(lái)源

沖擊來(lái)自?xún)蓚€(gè)方向，一個(gè)是輸入端，一個(gè)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，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(dòng)，這是一種慢變化，不能稱(chēng)其為是沖擊。再就是附近有什么大的設備在啟動(dòng)和停止時(shí)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，可導致可控硅整流器導通。

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構來(lái)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(gè)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(gè)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(gè)串聯(lián)電感。這個(gè)電感除了是高頻整流器的的構成部分外，對抗沖擊干擾也會(huì )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(shuō)在這個(gè)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的主電路結構原理圖

圖3 兩種UPS的主電路結構原理圖

再看來(lái)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解決，一般這個(gè)值為3?1就可以滿(mǎn) 足負載的要求了，而這個(gè)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(shuō)單機房中大部分或全部用電機器突然同時(shí)滿(mǎn)載工作向電源索要電流，這就出現一個(gè)超過(guò)額定值的電流沖擊，如果這個(gè)電流脈沖持續時(shí)間長(cháng)，根據UPS的過(guò)載能力，一般是過(guò)載到125% 10min，150% 30s，就將負載切換到旁路。如果這個(gè)脈沖持續時(shí)間很短，就有逆變器直接提供。那么這兩種UPS誰(shuí)能耐這種沖擊呢？那就看一下電源的原理結構。

電源分為電壓源（也稱(chēng)穩壓源）和電流源（也稱(chēng)穩流源）如圖4所示，就是電壓源的電原理圖。圖中E是電源的電動(dòng)勢，是穩定不變的；I是電源流過(guò)負載的電流，U1是負載R兩端的電壓， r（ZU ）是電源的內阻（阻抗）。負載兩端的電壓為

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

就可以使

電壓就穩定了。如果能使內阻

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

而這樣的指標無(wú)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(guò)由于工頻機UPS多了一個(gè)輸出變壓器，而變壓器的內阻是不可調整的、固定的，所以其內阻要比高頻機UPS大一些。有的認為多了變壓器還多了一項抗干擾能力，說(shuō)變壓器抗干擾是一個(gè)大誤區，只有非線(xiàn)性和慣性器件才能抗干擾。為了減小變壓器對電源內阻的影響，在繞制的時(shí)候要盡量減小其漏感，因為漏感會(huì )影響動(dòng)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(shuō)工頻機UPS能抗短路，無(wú)異于說(shuō)工頻機UPS的內阻抗大，再說(shuō)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(méi)有根據的。

有的可能問(wèn)：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(wèn)：這種說(shuō)法是由哪里傳出來(lái)的，再問(wèn)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(qián)買(mǎi)的…這些不能一概而論。據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(méi)有經(jīng)過(guò)時(shí)間考驗的贗品。大都是質(zhì)量問(wèn)題。比如一個(gè)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(zhuān)門(mén)制造高頻機UPS的廠(chǎng)家在產(chǎn)品質(zhì)量上區別很大。這和工頻機UPS一樣，質(zhì)量好的產(chǎn)品可靠性高，但價(jià)格也高。有些用戶(hù)既要低價(jià)產(chǎn)品又要可靠性高，出了問(wèn)題又怨天怨地怨產(chǎn)品！

話(huà)又說(shuō)回來(lái)，工頻機UPS損壞者也不在少數。筆者近幾年接觸的真正被沖擊壞的進(jìn)口名牌工頻機UPS也很?chē)乐?。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

是由進(jìn)口5臺150kVA UPS組成的4+1供電系統，系統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(shí)變壓器所帶負載沒(méi)工作，于是就將變壓器輸入開(kāi)關(guān)斷開(kāi)了。突然有一天市電停電，正在電池工作狀態(tài)時(shí)，有人將變壓器開(kāi)關(guān)閉合，眾所周知，變壓器啟動(dòng)時(shí)有一個(gè)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！

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

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

就是說(shuō)，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。