高頻機型UPS的外接變壓器損壞負載

高頻機型UPS在中大功率的情況下，電池放電時(shí)系統效率就更不是問(wèn)題提出者所說(shuō)降低2的事情了。一般在中大功率的高頻機型UPS申，虛擬電源已遠不能滿(mǎn)足大電流輸出的要求，這時(shí)的電容器只能作為負載突變時(shí)補充電池內阻過(guò)大而給不出前沿電流的問(wèn)題。后面的大電流還是要靠大容量的電池組提供，如圖12所示。不論是圖12a) 所示的具有兩個(gè)直流電源的高頻機型UPS還是圖12(b)所示的只具有一個(gè)直流電源的高頻機型UPS，幾乎都至少采用了32節12V電池串聯(lián)或電壓相近的電池串聯(lián)方案。這些電池組的額定電壓都遠高于交流220V的峰值電壓310V。所以在市電斷電以后，充電環(huán)節也停止了工作，靠電池本身的能量來(lái)維持設定的后備時(shí)間，一直到電池電壓降低到逆變器關(guān)機電壓電平。這時(shí)的關(guān)機電壓電平一般在320一332V，這一點(diǎn)與工頻機型UPS逆變器的工作一樣，所以這2扎就不存在了。真正存在的倒是工頻機型UPS的輸出變壓器，見(jiàn)圖12(c)。這個(gè)變壓器占去了工頻機UPS近三分之二的空間和2以上的功耗。如果非要說(shuō)"致命"的話(huà)，應該到工頻機型UPS中去找。實(shí)際上有些人就是小題大做，工頻機型UPS盡管功耗大，但經(jīng)過(guò)這么多年的使用，也一直工作得很好，更沒(méi)人說(shuō)這是個(gè)致命的問(wèn)題。

高頻機型ups的外接變壓器會(huì )損壞負載

　　取消輸出隔離變壓器是高頻機型UPS的一大特點(diǎn)，也是一大優(yōu)點(diǎn)，因為它降低了系統功耗、體積、重量初價(jià)格?？捎械娜朔且涯玫舻倪@個(gè)變壓器再加上去，當然這里有的用戶(hù)也有這樣的要求，不過(guò)用戶(hù)的要求大都是受了某些廠(chǎng)家的誤導所致，據說(shuō)其目的是為了降低零地電壓。盡管如此，有的問(wèn)題提出者還不放心，說(shuō)是"零地電壓仍然偏高，仍然繼續危害用電設備的安全運行"。那就暫且給高頻機型UPS加上隔離變壓器，如圖13(a)所示，看一看這個(gè)論斷如何?？梢员容^一下圖13(a)和(b)兩個(gè)電路?，F在兩個(gè)逆變器的輸出都接人了變壓器，可以看出兩個(gè)逆變器的工作方式都是脈寬調制型式，調制頻率也都差不多，也可以說(shuō)是一樣。所以從逆變器功率管的工作來(lái)說(shuō)是沒(méi)有區別的;為了向負載送出正弦波電壓，就必須加裝低通濾渡器，將調制時(shí)的高頻成分濾掉，只允-隊-隊許 50Hz的正弦波通過(guò)，從圖中也可看出其二者都有這個(gè)濾波環(huán)節，只是高頻機型UPS的諧波濾波器在變壓器之前，而工頻機型UPS一的諧波濾波器在變壓器之后，就是說(shuō)現在二者的這個(gè)環(huán)節不但有，而且一樣。所不同的是濾波環(huán)節與變壓器的位置。這樣一來(lái)就可以看出，在高頻機型UPS中，高次諧波在變壓器之前就被濾掉了，通過(guò)零線(xiàn)回到了直流BUS的負端，即高頻機型UPS的高次諧波根本沒(méi)迸人變壓器初級繞組。而工頻機型UPS的高次諧波是在變壓器后面才被濾掉的，換言之是在靠近負載端被濾掉的。這就出現了一個(gè)問(wèn)題，按照問(wèn)題提出者的說(shuō)法，靠負載近的高次諧波形成的零地電壓加不到負載上去，也不影響負載的T作;反而是離負載遠的"此高次諧波形成的零地電壓一定會(huì )加到負載上去，繼續危害負載的安全運行。同樣的電路原理反而會(huì )得出兩種不同的結果，不知是分析出來(lái)的還是測量出來(lái)的這種結果。好象從'圖理論上就說(shuō)不通。

　　有的地方說(shuō)高頻機型UPS外加變壓器后還會(huì )帶來(lái)使設備燒毀的隱患。還說(shuō)高頻機型UPS"一旦因故出現輸出停電或閃斷故障"時(shí)，外接隔離變壓器就會(huì )出現"反激型的瞬態(tài)尖峰電壓"，足以燒毀IT設備。當輸入突然恢復供電時(shí)，又會(huì )導致并機系統"嚴重過(guò)載"，等等。令人不解的是，一樣的供電環(huán)節，一樣的功能，就是工頻機型換成了高頻機型，只一字之差，二者的結果就不一樣了。難道說(shuō)工頻機型UPS就不會(huì )出現輸出停電或閃斷故障?即使出了故障，其變壓器會(huì )不會(huì )產(chǎn)生"反激型的瞬態(tài)尖峰電壓"?當輸入突然恢復供電時(shí)，工頻機型UPS也不會(huì )導致并機系統嚴重過(guò)載。難道說(shuō)外接隔離變壓器的影響是高頻機型UPS固有的嗎?對高頻機型UPS來(lái)說(shuō)根本就沒(méi)有外加變壓器的必要。首先，如前所說(shuō)零地電壓就不是千擾源，再說(shuō)也沒(méi)有傳遞零地電壓的通道。影響用電設備的是常摸干擾，共模干擾是如何迸人用電設備的?圖14示出了常模干擾和共模干擾原理圖，若使干擾電壓起作用，就必須有能量，這里的能量就是電流與電壓相乘的功率，即干擾源與被干擾對象(用電設備)必須形成電流回路。從圖中可以看出，常模干擾電流是火線(xiàn)與零線(xiàn)之間的電壓形成的，可以隨著(zhù)電源與負載形成電流回路。而共模電壓 (在這里是零地電壓)則是零線(xiàn)與地線(xiàn)之間的電壓，根本與用電設備形不成電流的閉環(huán)回路，不論是電壓還是電流都沒(méi)有到達用電設備的通道，又何談干擾?又何談"危害這些用電設備的安全運行"。

　　令人不解的是，同樣的變壓器接在高頻機型UPS逆變器的輸出就有那么多的"隱患"，而接在工頻機型UPS逆變器的輸出就具有了更優(yōu)異的抗"沖擊性"負載的能力。實(shí)際上這是電抗器或扼流圈的特性。暫且不說(shuō)概念上的誤解，姑且把這個(gè)變壓器當成電感性的，就是這個(gè)電感性在某種說(shuō)法下:用在高頻機型 UPS逆變器的輸出端就會(huì )出現損壞用電設備的"反激型的瞬態(tài)尖峰電壓"，而用在工頻機型UPS逆變器的輸出就具有了更優(yōu)異的抗"沖擊性"負載的能力。不僅如此，還成了"跨接在UPS與整流濾波型非線(xiàn)性負載之間的'5OHz濾波器'，它將大幅度提高UPS承擔具有高峰比的沖擊性電流的能力"?？磥?lái)這個(gè)變壓器具有"智能化"的功能。不過(guò)，筆者倒是遇到了輸出接變壓器的供電系統燒毀UPS和電池的例子，而且燒的是工頻機。

例:北京某制造廠(chǎng)采用60OkVAUPS供電方案，如圖15所示。用5臺15OkVAUPS做"4+1"冗余并聯(lián)，輸出端是5個(gè)UPS輸出變壓器次級繞組并聯(lián)。負載中還有一臺30OkVA變壓器，可說(shuō)是層層設防。但在電池模式供電時(shí)由于30OkVA負載變壓器開(kāi)關(guān)S合閘，因負載變壓器的瞬時(shí)短路而導致了UPS部分燒毀和電池組起火，一舉燒毀了70余節1OOAh電池，5個(gè)變壓器沒(méi)起到任何所謂"緩沖"和"濾波器"的作用。

值得一提的是，有人把變壓器說(shuō)成可以抗干擾，這又是一個(gè)基本概念問(wèn)題。什么器件可以抗干擾?具有基本電路知識的人都知道，只有非線(xiàn)性器件或慣性器件才能抗干擾。變壓器是非線(xiàn)性鐵心工作在線(xiàn)性區，正因如此，它才使得傳輸波形不失真。變壓器的繞制關(guān)鍵就是力求漏感越小越好，零漏感最好。一個(gè)好的變壓器就幾乎是一個(gè)全線(xiàn)性的裝置，線(xiàn)性電路的特點(diǎn)就是不失真地傳輸波形輸入是什么波形輸出就照樣復制，這可以用雙蹤示波器來(lái)檢測。漏感大的變壓器因有電感是低質(zhì)變壓器，甚至是不合格產(chǎn)品，因為它降低了電源輸出電壓的動(dòng)態(tài)性能。

當然，專(zhuān)門(mén)的工頻機型UPS輸出變壓器為了從PWM解調出正弦波，特意在輸出變壓器繞制時(shí)留一點(diǎn)漏感，目的是利用此漏感和變壓器后面的電容器構成LC濾波器。但這個(gè)漏感很小，以不影響UPS的輸出動(dòng)態(tài)性能為度。

把高頻機型UPS的變壓器說(shuō)得一無(wú)是處，其目的就是為了推出工頻機型UPS輸出變壓器的所謂高性能。有人說(shuō)利用這個(gè)UPS的輸出變壓器來(lái)抗干擾，試問(wèn)抗的是什么干擾?是UPS輸出變壓器前面來(lái)的干擾還是負載端來(lái)的干擾?抗所謂干擾的目的是什么，是為了保護后面的負載還是保護UPS的逆變器?要知道UPS逆變器的輸出電壓是良好的正弦波，沒(méi)有干擾。那『有"抗"來(lái)自負載的干擾。但負載端來(lái)的所謂干擾是負載的正常工作造成的。因為以往的負載設備多為輸入功率因數較低的整流濾波負載，對UPS的輸出電壓正弦波造成了一定程度的破壞，一般稱(chēng)之為"干擾"，而這個(gè)所謂的"干擾"就是負載工作后破壞電壓的"結果"。這個(gè)破壞電壓的結果靠近負載端最大，從UPS輸出端到負載的距離越遠、導線(xiàn)越細、經(jīng)過(guò)的觸點(diǎn)越多，這個(gè)失真就越大;相反，這個(gè)失真在UPS輸出端最小，這并不是什么變壓器能抗干擾的結果，而是其本來(lái)的面目。

如果兩個(gè)功率相同的UPS帶同樣的負載，其UPS輸出端都是很好的正弦波，到了負載端就變成了失真波形。這是因為負載的整流濾波電路索取的不是正弦波電流，而是平均或有效值數倍的脈沖電流，這個(gè)電流必然在傳輸線(xiàn)上與傳輸線(xiàn)的分布阻抗形成壓降，由于脈沖電流只在正弦電壓波的峰值附近形成，所以這個(gè)壓降只在峰值附近形成，到達負載的電壓波峰值必須從輸出電壓峰值上減去沿路壓降值，所以才形成削頂的失真。UPS機柜輸出端電壓的波形取決于UPS內阻的大小，所以負載端的失真大和UPS端的失真小與變壓器沒(méi)有關(guān)系，而且也不是什么干擾，更不是什么變壓器抗干擾的結果。而且不論是工頻機型UPS還是高頻機型UPS，在這方面的結果都是一樣的。至于在UPS輸出帶負載之間電纜上的"毛刺"也是由負載的非線(xiàn)性破壞電壓的波形和傳輸所致，也不是什么所謂的干擾。

在UPS輸出端口這個(gè)干擾幅度已微乎其微，不用抗?？垢蓴_的目的不外乎要保護什么。在這里和這個(gè)輸出變壓器打交道的只有兩個(gè)目標:前面的逆變器和后面的負載設備。前面已經(jīng)知道，這個(gè)所謂干擾是負載正常工作后留下的結果，屬正常工作范圍，所以用不著(zhù)保護;前面的逆變器跟前都有電容器，而且這里的輸出電壓正弦波很好，沒(méi)有所謂"干擾"，也用不著(zhù)變壓器無(wú)的放矢。所以這里所大力宣揚的變壓器抗干擾是"虛晃一槍"，是"無(wú)的放矢"。

總之，在貶低高頻機型UPS的市場(chǎng)上，有的宣傳者利用所謂"分析"的手段或不合格產(chǎn)品的性能制造出一些所謂"潛在"和"隱患"之類(lèi)的懸念，以誤導用戶(hù)。這些爭論其申不乏是理論水平和基本概念問(wèn)題，但無(wú)論如何誤導用戶(hù)是不應該的，更不應該與當今國家節能減排的政策相違背。