ups系統(tǒng)中隔離變壓器的功能

1、.隔離變壓器的性能及其在ups電源供電系統(tǒng)中的作用這里講的隔離變壓器指的是工作在50Hz頻率下的工頻變壓器，在ups不間斷電源供電系統(tǒng)中，隔離變壓器是個(gè)主要部件。視ups電源電路結(jié)構(gòu)的不同和供電系統(tǒng)環(huán)境的差別，隔離變壓器的功能和設(shè)置方法也不盡相同，所以并不能一概而論地存ups電源供電系統(tǒng)中都配置隔離變壓器。我們首先要了解隔離變壓器的功能以及它在ups電源供電系統(tǒng)中的作用，然后才能決定在什么情況下不用隔離變壓器、什么情況下必須配置隔離變壓器。隔離變壓器在ups電源供電系統(tǒng)中的功能在ups電源供電系統(tǒng)中之所以要配置隔離變壓器，有些是ups電源設(shè)備本身要求的，變壓器足ups電源電路的一個(gè)重要的組成部

2、分；有的是為了改善系統(tǒng)供電質(zhì)量而設(shè)置的；還有的是為了電網(wǎng)與負(fù)載設(shè)備要求的電壓置式之間的匹配而設(shè)置的。(1)ups電源輸入12擁整流必須配置隔離變抓器當(dāng)ups電源是傳統(tǒng)雙變換在線式剛，由于其輸入的ACDC變換是可控整流電路，輸人功率因數(shù)低，而輸入電流諧波成份高。對于三相輸入6脈沖整流而言，輸入功率因數(shù)在0 .8 左右輸入諧波成分在30以上，剝電網(wǎng)形成嚴(yán)重的污染，降低電網(wǎng)能量的利用率，同時(shí)要求增大系統(tǒng)配置的功率容量和設(shè)備成本。為了改善傳統(tǒng)耿變換ups電源對電網(wǎng)污染的問題，最早采用的電路措施是改6脈沖整流為12脈沖整流，由于脈沖個(gè)數(shù)增加一倍，同時(shí)在輸入端增加相應(yīng)的濾波器后，可有效地將其輸入功率因數(shù)提

3、高到0. 95，將輸入電流諧波成份降到10以下，但這一改進(jìn)措施要求增加一個(gè)隔離變壓器和相應(yīng)的濾波器(參見第4章的圖4-19)。由于12脈沖整流用的隔離變壓器體積大，很重，通常是附加一個(gè)單獨(dú)的機(jī)柜，所以ups不間斷電源生產(chǎn)廠商只作為ups電源的可選件向用戶提供。(2)輸出DCAC全橋逆變器需要隔離變壓器當(dāng)UPS的DCAC逆變器由全橋電路組成時(shí)，輸出端必須加隔離變壓器，該變壓器在傳統(tǒng)雙變換ups電源電路結(jié)構(gòu)中的主要功能有兩個(gè)：一是在電壓的兩次變換中完成升壓功能，保證在電網(wǎng)電壓下限和輸出滿負(fù)荷的情況下，ups電源能輸出穩(wěn)定的380V/220V額定電壓；二是為傳統(tǒng)雙變換ups電源全橋逆變器三相輸出提供

4、零線，以滿足單相輸入電源負(fù)載的供電要求。所以輸出隔離變壓器是傳統(tǒng)取變換ups電源電路結(jié)構(gòu)的必備的組成部分。(3)配電系統(tǒng)零-地電位差超過要求時(shí)需要加隔離變壓器在計(jì)算機(jī)機(jī)房供電系統(tǒng)中，交流電輸入零線和機(jī)房地線存在著零一地電位差，這是一種常見的現(xiàn)象。當(dāng)機(jī)房中存在零一地電位差時(shí)，說明該機(jī)房的配電和零地系統(tǒng)有問題。目前我國主要采用三相四線制或者三相五線制配電系統(tǒng)，適用三相負(fù)荷比較均衡且單相負(fù)荷較小的場所。在這樣的系統(tǒng)中，零線和保護(hù)地除在電力變壓器中點(diǎn)共同接大地外，在機(jī)房中兩線沒有任何電氣連接。如果系統(tǒng)中存在一定數(shù)量的單相負(fù)荷，就難以實(shí)現(xiàn)三相負(fù)荷平暫，零線上的不平衡電流，加上線路中存在著外關(guān)電源或整流器

5、產(chǎn)生的高次諧波(主要是三的整數(shù)倍次)電流及熒光燈引起的高次諧波電流等，都會在零線上疊加，且由于各負(fù)載用電量變化和用電的不同時(shí)性，使得零線中電流時(shí)人時(shí)小，極不穩(wěn)定，造成零點(diǎn)接地電位不穩(wěn)定要移，不但使設(shè)備外殼帶電，對人身不安全，而且南于電位基準(zhǔn)點(diǎn)上疊加了漂移電位，從而使以其為基準(zhǔn)電位的電子設(shè)備受到噪聲電壓的干擾，工作不穩(wěn)定。在三相供電接地系統(tǒng)中，如果供電系統(tǒng)所在地距離變壓器中線接地點(diǎn)較遠(yuǎn)，可在系統(tǒng)所在地重復(fù)接地，形成個(gè)新的TNS供電系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)機(jī)房供電系統(tǒng)中，當(dāng)由于系統(tǒng)內(nèi)部某些設(shè)備的工作狀態(tài)而產(chǎn)生零一地電位差時(shí)，通常不允許采用重復(fù)接地的辦法加以解決。如果在關(guān)鍵的設(shè)備前面把已存在零一地電位差的零線

6、硬性接地，迫使該處的零線電位保持零電位，其結(jié)果是存電力配電進(jìn)線點(diǎn)(輸入配電柜)到重復(fù)接地點(diǎn)之間，形成零線與地線并聯(lián)，零線中本已存在的電流將按阻抗的大小往零線與地線中蘋新分配，地線中一旦有電流流過，必然會影響到整個(gè)接地系統(tǒng)，加大接地系統(tǒng)形成的干擾，特別是加大了同一供電系統(tǒng)中的各個(gè)電子設(shè)備之間的相互干擾，造成整個(gè)系統(tǒng)各用電設(shè)備工作都不穩(wěn)定。在二相五線供電系統(tǒng)中，零線中存在電流是不可避免的，而零-地電位差則反映了配電和接地系統(tǒng)的質(zhì)量，設(shè)想如果系統(tǒng)中零線導(dǎo)體的截面足夠大，使其傳輸阻抗接近零，那么，同樣的零線電流在這樣的接地系統(tǒng)中形成的零地電位差就會大大減小。所以些電子設(shè)備廠商就以零-地電位差做為衡量配

7、電和接地系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。用無限加大零、地線截面的方法是很困難的，且效糶也很難達(dá)到理想的要求。解決供電系統(tǒng)零-地電位差最有效的辦法是在關(guān)鍵的電了設(shè)備前加隔離變壓器。此隔離變壓器可以是為此設(shè)備供電的電源設(shè)備的部分，可以是被供電設(shè)備的一部分，即帶變壓器輸入的電子設(shè)備，也可以在被供電設(shè)備前剛加一個(gè)隔離變壓器。用此方法可從根本上解決零地電壓差的問題，同時(shí)又不對整個(gè)供電系統(tǒng)質(zhì)量產(chǎn)生影響。(4)當(dāng)電網(wǎng)和負(fù)載電流電源的制式不同時(shí)需要配置隔離變壓器如果要把為某一特定市場設(shè)訓(xùn)的ups電源其他供電設(shè)備銷售到別的國家去，或者系統(tǒng)重所用的計(jì)算機(jī)設(shè)備來自不同的國家，那么首先要解決不同國家電源制式(標(biāo)準(zhǔn))不一樣的問題。世界各國

8、的電源標(biāo)準(zhǔn)有以下幾種：50Hz：100V、110V、115V、120v、127V、：220V、230V、240V：60Hz：100V、110V、115V、120V、127V、220V，、230V。要求供電設(shè)備或負(fù)載設(shè)備本身解決這個(gè)問題u，能花費(fèi)很大，甚至難以解決，但在供電系統(tǒng)中解決不同設(shè)備的工作電壓幅值不同的問題卻比較容易，只要在需要改變電壓幅值的設(shè)備(包括供電設(shè)備和負(fù)載設(shè)備)前面配置同容量的符合電壓變比的變壓器就叫以了。用于這種目的的變壓器可以是隔離的，也可以是不具備隔離功能的自耦型的。要解決頻率的差別就團(tuán)難得多，通常要增加有變頻功能的供電設(shè)備。(5)三相輸入單相輸出變壓器三相輸入單相輸出是

9、當(dāng)前ups電源輸入輸出電壓配置中的一種，主要應(yīng)用場合是：電網(wǎng)環(huán)境是三相380v動力電，而負(fù)載是功率不大的單相輸入的設(shè)備，且負(fù)載功率集中，有時(shí)是一臺ups電壓只帶一臺設(shè)備(例如醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)控制設(shè)備等)。此時(shí)ups電源具備不停電供電和改變電壓制式雙重功能，這就是所謂的三進(jìn)單出ups電源。對于傳統(tǒng)取變換ups電源而言，系統(tǒng)正常工作時(shí)，盡管是單相輸出并接單相負(fù)載，而輸入端的三相電流還是平衡的(不平衡度取決于ups電源性能)。但是，當(dāng)輸出過載或ups電源故障時(shí)，ups不間斷電源系統(tǒng)轉(zhuǎn)旁路運(yùn)行，此時(shí)將由三相市電中的一相對單相負(fù)載供電，這不僅會造成市電三相電流100的不平衡，在設(shè)計(jì)ups電源輸入系統(tǒng)時(shí)，還

10、必須按單相負(fù)載的用電容量配置三相輸入每一相的容量，其結(jié)果是三相輸入的總供電容量和相應(yīng)的其他三相供電設(shè)備(包括變壓器、配電開關(guān)、線纜等)的總?cè)萘慷既队谪?fù)載的用電容量，大幅度提高了系統(tǒng)建造成本，降低了系統(tǒng)運(yùn)行效率。采用三相輸入單相輸出變壓器可緩解上面的問題。具體做法是在ups電源旁路系統(tǒng)(包括靜態(tài)旁路和維修用的手動旁路)配置個(gè)3/1變壓器，如圖5-10所示。圖5-10 31變壓器的配置方法圖5-10中，三相線電壓直接輸入到ups電源，輸出則產(chǎn)生一個(gè)零線N以滿足單相負(fù)載的需要，因?yàn)閡ps電源逆變器輸出和旁路輸出都配置了隔離變壓器，所以輸出的零線可以在此處接地，形成個(gè)新的TNS接地系統(tǒng)。31變壓器的形式有多種，但無論哪種形式都不能完全解決在旁路狀態(tài)下三相輸入電流的平衡問題。圖5-11是常用的形式之一。變壓器原副邊采用按法，輸入三相電壓的額定值為380V，副邊輸出只有兩個(gè)繞組，分別與U12和u31繞在同一個(gè)芯柱上，繞組電壓為Va和Vb，且Va=Vb。按圖極性連接得出輸出電壓Vo，Vo=220V。圖5-11 3/1變壓器結(jié)構(gòu)圖5-12是圖5-11 31變壓器的電壓的向量關(guān)系。圖中Vo、V2、V3為三相相電壓，Vb與U31同相，Va與U12反相。圖5-13中，ups電源三相輸入電流為：由以上數(shù)據(jù)可知，使用3/1隔離變壓器的最終效果是，當(dāng)ups電源轉(zhuǎn)旁路工作時(shí)，輸入電流不平衡度由