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工頻機UPS電源將被高頻UPS電源替代
閱讀：632 發布時間：2015-7-27工頻機UPS電源將被高頻UPS電源替代
一、工頻機UPS和高頻UPS的概念
靜止變換式工頻機結構UPS技術出現在上世紀70年代，毫無疑問在當時屬技術，幾十年來也為電力電子技術領域作出了重要的貢獻。隨著IT技術的出現與發展，工頻機UPS組件暴露出一些缺點，比如體積大、重量大、功耗大和輸入功率因數低等不利因素，大大影響了數據中心的可靠性。
在歷史發展中總是遵循這樣一個規律：每當一種技術阻礙生產力發展時，就會有一種新的技術產生出來講起代替。毫不例外，高頻機UPS技術問世了。為了區別工頻UPS，就起了一個高頻機UPS的名字。原來那種輸入輸出都工作在50Hz并且有輸出變壓器的電路結構就稱作工頻機UPS；而這種輸入輸出電路都工作在20kHz以上且沒有的輸出變壓器的電路就稱為高頻機UPS。
二、高頻UPS的特點和優點
1、輸入功率因數高
工頻機UPS一般在200kVA以下的輸入電路都采用了可控硅6脈沖整流，輸入功率因數不超過0.8，諧波電流高達30%。如果前端接發電機，發電機的容量至少是UPS容量的3倍；如果是小功率UPS，發電機的容量至少要5倍于UPS。
任何容量的高頻機UPS的輸入功率因數都可做到0.99甚至以上，諧波電流小于5%，前置發電機的容量理論上和UPS容量相同，大大縮減了投資和占地面積等。尤其是對市電的充分利用具有良好的經濟意義和社會意義。
2、本身功耗小
在同樣指標下，比如要求輸入功率因數為0.95以上時，工頻機UPS就必須外加諧波濾波器或改為12脈沖整流，就是說前面要增加一個設備，再加上輸出變壓器，就比高頻機UPS多了兩個環節。由于此二者的影響，使得工頻機UPS的效率比高頻機UPS低5%。在同樣是100kW的容量時工頻機UPS每年要比高頻機UPS多消耗5萬度電。
3、對外*小
*有兩種，一種是聽得到的機械噪聲，一種是聽不到的電噪聲，這兩種噪聲工頻機UPS都有，形成了對設備和對人的傷害。電噪聲影響機器的穩定度，機械噪聲影響人的身心健康，降低工作效率。
而高頻機UPS由于工作在20kHz以上，20kHz是人的耳朵聽不到的頻率，工作環境保持安靜。又由于而高頻機UPS的輸入功率因數高達0.99以上，幾乎是線性，所以對外*幾乎為零。
4、體積小、重量輕
工頻機UPS由于有了輸出變壓器和適應50Hz的電感電容等低頻器件使得體積重量都很大。比如某品牌200kVA工頻機UPS重1達380kg，而同是這一家的250kVA高頻機UPS重量只有830kg。
5.全數字技術
工頻機UPS開始是模擬技術，現在一般發展為數字與模擬相結合的技術。模擬技術的可靠性要比數字技術低。而高頻機UPS技術是一種全數字化技術，不言而喻，可靠性是很高的。
6.對電網的適應能力強
工頻機UPS對于適應輸入電壓±15%的變化已很不易；而高頻機UPS甚至適應輸入電壓±30%以上的變化，這又大大延長了電池的壽命。
7.能將并機環流衰減到幾乎為零
工頻機UPS的并聯就是變壓器的直接并聯，而變壓器的直接并聯zui容易產生環流，而且這個環流的路徑暢通無阻，高頻機UPS由于沒有輸出變壓器，其環流路徑上處處是障礙，小于2V的電壓差根本形不成環流，而工頻機UPS在此情況下就會形成很大的環流。
有些人說，高頻機UPS沒有輸出變壓器，再加之一些用戶缺乏技術概念，于是就賦予了變壓器很多具神秘色彩的功能。比如這個變壓器可以抗*、可以緩沖負載浪涌電流、可以隔直流、可以適應電網電壓的沖擊和變化，等等。
在這里，不要忽略電源的基本功能，UPS是電壓源，電壓源的基本功能是輸出電壓動態性能要好，即無論負載在允許范圍內如何變化，電壓總是穩定的。
有人說這個變壓器是為了在逆變器功率管損壞時隔斷直流電流到負載的通路而加入的，對此說法不妨做一個探討，看一看變壓器是否有個直流的功能。首先承認這種變壓器是變換交流電的。假如不用來變換交流電而是施加直流，將電池組開關S閉合，由于變壓器繞組內阻相當小（近似于短路）就會在電池組和變壓器初級繞組之間形成相當大的電流，一直到將電池組或導線或繞組燒斷為止。換言之，這種電源變壓器不能加直流。
下面就來討論逆變器功率管損壞情況。逆變器功率管的損壞有兩種情況：斷開或穿通（短路）。出了UPS全橋逆變器一個功率管（比如VT2）開路（斷開）的情況。在此情況下的電流路徑只能是一個方向的，就是說只能輸出一個極性的半波。一個極性就意味著含直流成分，直流電流分量在變壓器初級繞組中的積累會使繞組達到飽和狀態，就類似于繞組短路，形成很大的電流，以致將變壓器和電池這個回路燒斷為結束。這個直流電流倒是沒有進入負載端，但UPS本身燒毀了。
再看逆變器一支功率管（比如VT2）穿通（短路）的情況。只要VT4一導通就形成對前面直流電壓的短路狀態。強大的電流可將VT4瞬間炸毀，如果不是炸斷就更危險，它可能會將電池組燒毀。某公司就因如此一舉燒毀72節100A電池。在這種情況下也是隔斷了直流，同樣是把UPS給燒毀了。
如果UPS供電設備在逆變器功率管損壞的情況下不但保護了IT設備，同時也保證了本身的安然無恙，這樣的隔直流功能才有實際意義，這才是用戶真正需要的。
在大功率三相UPS中這個變壓器具有隔斷三次諧波的能力，但必須是D-Y連接。可惜的是這種連接方法消除的是線電壓上的三次諧波，而相電壓上的諧波不能消除，
再說逆變器本身產生的三次諧波幾乎為零，根本不用到輸出端去消除。而負載大都用相電壓220V，并且還破壞相電壓波形而產生三次諧波。
工頻機UPS輸出變壓器的基本功能就是變壓和產生隔離接地點，其他功能只是想像中的一種美好愿望。
三、高頻機UPS與工頻機UPS的現狀
因為高頻機UPS對技術與工藝以及生產手段的要求非常嚴格，一般也不容易仿制，20kHz以上的高頻機UPS容量都小于100kVA，只有少數制造廠的技術真正過關，并且已顯示出強大的生命力。在大功率范圍雖然不能做到20kHz，但可以采用高頻機結構，比如用IGBT高頻整流（相對于50Hz而言），頻率一般在15kHz以下，多數廠家已可做到200kVA，但也不乏*，比如秀康UPS10年前就可做到8kHz/480kVA，伊頓9395UPS也可做到15kHz/1200kVA，并已成為美國的軍方產品。這說明高頻機結構UPS技術早已成熟。在我國軍方和金融等重要部門也紛紛采用，并收到了良好的效果。
四、所謂兩個發展方向
現在有一種說法：高頻機UPS和工頻機UPS是兩個發展方向。這種觀點不外乎說：高頻機UPS與工頻機UPS并存；節能減排與浪費能量和資源并存；先進與落后并存…所謂技術上的并存應該是不可替代的，比如自行車雖然比汽車跑得慢，但它們在一定程度上是互相不可替代的。