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[导读]UPS的发展方向之一就是高频化,高频化结构的UPS不但性能好,而且节能减排,正好符合当前的国策。但是由于技术的发展都有一个过程,所以多年来人们一直使用的是工频机结构UPS,而且用得也不错,所以突然改用新产品,心里有些不踏实。
一、前言
UPS的发展方向之一就是高频化,高频化结构的UPS不但性能好,而且节能减排,正好符合当前的国策。但是由于技术的发展都有一个过程,所以多年来人们一直使用的是工频机结构UPS,而且用得也不错,所以突然改用新产品,心里有些不踏实。尽管高频机结构UPS实际上已有十多年的历史,性能也远远超过工频机结构产品,但由于对技术和生产工艺要求比较严格,一般生产厂家的手工作业难以适应,在技术上也要慢慢提高。再加之用户的惰性,所以也就不忙于改变现状。但高频化毕竟是方向,是历史潮流,如果找不出延长工频机结构产品的理由也恐怕难以长久。
伊人思之再三,忽得良策:发现高频机结构UPS没有“变压器”。既然高频机结构UPS没有变压器,那就不会有变压器的“优点”。这就是工频机产品的“柳暗花明”起死回生之术。
经过了再三深入挖掘,终于找出了工频机变压器的几大优点:
* 工频机变压器可以抗干扰
* 工频机变压器可以缓冲负载的突然变化和短路
* 逆变器功率管故障时工频机变压器可以隔直流,以保护负载被直流损坏
* 工频机变压器可以提高整个设备的可靠性
* 工频机变压器可以提高整个设备对电网电压变化和冲击的能力
这些优点已被公布的确引起了不少用户兴趣,一时间点名要“带有变压器的工频机UPS”的技术条件豁然出现在招标书上,大有对高频机结构产品不屑一敝而打入冷宫的气氛。对于这些所谓的几大优点笔者在多个杂志和书籍中已有论述,再不重复。一句话,这几大优点不但没有任何根据,而且有的还违背了对 UPS和电源变压器的基本要求。
事实如何呢?真的是这样吗?如果是事实,那么高频化的发展方向就错了。但无数事实证明电子产品不走高频化的道路就没有出路。问题出在何处?下面就来揭开变压器真正作用的面纱。
二、为什么工频机UPS必须要输出变压器?
1.工频变压器的第一作用是变压
UPS输出的有效值为220V的正弦波交流电压的峰峰值电压是620V,而一般单相UPS的输入整流电压才310V(这还不包括一般为48V电池的情况),为了使逆变器不失真地输出有效值为220V的正弦波交流电压,逆变器前面的直流电压必须是650V~870V。由于工频机逆变器的输入电压远远低于这个值,所以必须加一个输出变压器将电压提升到额定峰值以上才可使用,如图1所示。图中所示为电池电压为48V的情况,在中小功率中,为了节约成本,一般都不将电池电压做得太高,所以输出隔离变压器一般为升压工作方式。图中虚线以左的部分为输入隔离变压器,现在已不作为标配。
2. 工频变压器的第一作用是产生隔离接地点
工频机UPS采用的是全桥变换器,图2所示为工频机整流/逆变电流途径原理图。从电路中可看出,这种变换器输出的两根线不是一根火线和一根零线,而是两根火线,如图2(a)所示输入输出同步时,L为正半波时电流流动方向,可以看出正半波时电流的路径是两个整流二极管、两个逆变功率管和负载。但一般的UPS负载要求必须具有零线,以便于接地,如果在没有输出隔离变压器的情况下,就将一根火线硬性接地,如图2(b)所示在上述情况下的一端接地情况,就会导致UPS的工作失常。图中给出了在电压正弦波正半波时的电流流动方向和途径,负半波也是如此。从图中可以看出,由于零线的接入,使负载电流经过负载后不是经过整流器和逆变管,而是直接流回市电的零线输入端,在这种情况下,图中只有用浅灰色标出的一只整流器和一只逆变功率管起作用。按照正常的工作程序,负载电流应该流过两个桥式电路的各2只管子,在这里少了一半。
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