高頻機與工頻機性能比較

1、高頻機與工頻機性能比較一、工頻變壓器與咼頻變壓器的架構區(qū)別傳統(tǒng)老式結構 UPS的基本結構（工頻機）如下,基本結構：可控硅整流 +電池直接直流母線+ IGBT 逆變器+升壓變壓器：Thyristor RectirfierIGBT InverterDC BUSattTransformer目前比較流行的 UPS結構由原來的老式結構逐漸轉(zhuǎn)向更為合理的新型結構，新型全IGBT UPS結構（高頻機）如下，基本結構：IGBT整流+DC/DC 倍壓環(huán)節(jié)+獨立充電器+逆變器：二、工頻機與高頻機的性能比較UPS從工頻機向高頻機發(fā)展是不可逆轉(zhuǎn)的歷史必然：隨著高頻機硬件電路設計的更加完善， IGBT、MOSFET功率

2、元件技術更加成熟， DSP 數(shù)字技術的不斷深入，可靠性大大提高，高頻機的優(yōu)越性日益明顯體現(xiàn)出來， 促成了新一代 UPS的主流結構由原來的工頻機向高頻機轉(zhuǎn)變，正如當年可控硅逆變器被大功率晶體管GTR取代，之后又被IGBT逆變器取代一樣。其主要優(yōu)越性如下：A: 效率高：因高頻機的功率器件全部工作在高頻開關狀態(tài)， 所以能量的損耗非常小， 其效率可以 高達90%95%; MGE GALAXY 5000 UPS在 25%負載率下整機效率即可高達 92%以上；工頻機從其結構中可以看出， 從整流（從交流變?yōu)橹绷鳎?到逆變（在從直流變?yōu)榻涣鳎?的過程中，每個環(huán)節(jié)都是降壓環(huán)節(jié)，在此種結構的 UPS 中，必須在輸

3、出測加入變壓器，將 逆變輸出的較低恒定電壓升致合理的輸出范圍，最終提供了恒定的 220/380V 輸出，其結 果必定導致其整體效率比較低，只有 80 % 90 %。這里展開說明一下 UPS系統(tǒng)效率對用戶運行成本的影響（非?？捎^）：一套100KVA 1 + 1并機的UPS系統(tǒng)，系統(tǒng)效率相差 5%運行10年的電費相差：200KVA X 5%X 24 小時 /天X 365 天/ 年X 10 年X 0.6 元/KWH（電費）=525600.00 元。也就是說，對一套 100KVA 1+1并機的UPS系統(tǒng)而言，10年的運行成本相差有 52.56 萬元。所以大型 UPS系統(tǒng)的效率是多么的重要??！B: 功率

4、密度高：因高頻機的功率器件全部工作在高頻開關狀態(tài)， 能量的損耗非常小， 避免使用大的 散熱片，加之鐵氧體等新型磁性元件的應用，UPS的體積小、重量輕，功率密度可以高達330W/in。例如 MGE勺 G5000 80KVA主機凈重僅 400Kg，體積：（W HX D） mm= 710 X 850 X 1900，而某品牌的工頻機凈重高達 675Kg，體積：（WX HX D） mm= 1200 X 800 X 1600。C: 輸入功率因素高，輸入電流諧波小，對電網(wǎng)的污染?。焊哳l機具有功率因素修正電路 （PFC電路），輸入功率因素接近于 1,輸入電流諧波小于 5%,對電網(wǎng)的污染非常小。而工頻變壓器幾乎

5、沒有PFC電路，輸入功率因素一般在 0.8左右，輸入電流諧波（不選配 PFC時）高達30%以上，對電網(wǎng)的污染非常大。對UPS系統(tǒng)的輸入端而言，是否向電網(wǎng)注入諧波，雖然不會影響到本套UPS勺負載本身； 但是諧波電流注入電網(wǎng)后將嚴重影響到整個交流電網(wǎng)的安全運行,諧波電流過大會造成低 壓配電屏中電容補償柜的補償電容頻繁損壞。對于雷達站和發(fā)射臺這些敏感類型的負載而 言，電網(wǎng)諧波電流是造成信號出現(xiàn)干擾的主要原因。所以，對于大型UPS系統(tǒng)而言，THDI （總諧波電流失真度）是非常重要的指標。D: 輸入電壓范圍寬：工頻機對電網(wǎng)的要求較高，故輸入范圍較窄高頻機輸入范圍就很寬。MGE G5000 UPS輸入范圍

6、達 250470Vac，更適合中國大陸的市電環(huán)境使用。一般工頻機的輸入電壓范圍為 380V15%.E:保護功能強：由于硬件電路的不斷優(yōu)化，DSP數(shù)字技術的引入，高頻機保護功能非常完善，具有市電&電池模式下輸出短路保護，過載保護，過溫、充電電壓過高保護等。一般工頻機最大的弱點是在市電模式下輸出短路，UPS不能進行保護，仍然有非常大的輸出電流，會導致UPS前級空開跳閘，甚至整個供電系統(tǒng)癱瘓；若UPS前級空開不跳閘，短路時間稍長（一般不超過1分鐘）UPS會炸機，甚至燒毀。下圖是某品牌功率為1KVA的工頻機市電短路瞬間的電壓 &電流波形，CH1為電壓波形，CH2為電流波形（電流鉤槍 10mV/A檔），

7、由下圖可以看出，當 輸出短路時，輸出電壓為 0，但一直有RMS直為52.6A的電流流過，此大導致 UPS前級空開 跳閘，甚至整個供電系統(tǒng)癱瘓； 若UPS前級空開不跳閘，短路時間稍長（一般不超過1分鐘） UPS會炸機，甚至燒毀。F:智能化、兩段式充電器，更有利于延長電池的壽命工頻機采用電池直接掛直流母線的做法，電池的充電電壓只能通過可控硅整流控制，只能作到恒壓限流的傳統(tǒng)充電方式，而且充電參數(shù)幾乎不可改變。MGE G5000 UPS 先采用恒流充電，然后再采用恒壓充電的方式（參見下圖），可以實現(xiàn)對電池的快速，精確充電，更有利于延長電池的壽命。充電電流：G:完備的監(jiān)控通訊接口：MGE GALAXY

8、500系列UPS均具有 RS232 AS400, RS485等通訊接口，對 UPS實現(xiàn)智能 化管理，若選配SNMP卡，可以通過In ternet國際互聯(lián)網(wǎng)進行集中監(jiān)控以及遠程控制。 而目 前一般的工頻機的通訊接口種類相對有限。以下附件為我司GALAXY 5000系列UPS與某一品牌的工頻機電性能的比較。容量80KVA或 100KVA型號性能指標GALAXY 5000 系列 UPS某品牌FR-UK系列工頻機市電輸入整流技術6單元IGBT整流+PFC傳統(tǒng)可控硅整流功率因數(shù) 0.990.8 0.85諧波電流三3%30% （不選配PFC時）電壓范圍35% +25% 20%頻率范圍50Hz土 8%50H

9、z 5%旁路輸入輸入電壓范圍 15% 10%頻率范圍50Hz 10%50Hz 5%輸出電壓380/400/415VAC 1%380/400VAC 1% （線性負載）頻率精度（電池逆變） 0.1% 0.3%三相相位差120 1度（平衡或不平衡負載）不詳100%不平衡負載電 壓時穩(wěn)壓精度380/400/415 X（ 1 3% VAC不詳逆變器過載能力125%負載時，10min后轉(zhuǎn)旁路輸出；150%負載時，1min后轉(zhuǎn)旁路輸出；150%負載時，60S后轉(zhuǎn)旁路輸岀；系統(tǒng)充電方式智能兩段式充電方式恒壓限流充電方式系統(tǒng)效率 94%未標電池逆變效率 96%未標通訊接口RS-232，AS40Q RS485,

10、SNMPRS232, RS485, SNMPEMC抗擾性IEC61000-4-2-6無認證EMC抗擾性IEC 62040-2 A 類級別 3無認證認證TuV-LCIE-CEM-CE 標記不詳重量凈重（kg）400/520685/785三：幾個高頻機與工頻機誤區(qū)的澄清A :高頻機容易炸機，可靠性低，特別是帶電感性負載時：這主要是幾年前國內(nèi)高頻機技術不成熟，特別是在輸出電壓精度&輸出平衡電壓&輸出電流的偵測和控制技術（尤其是輸出平衡電壓及輸出電流的偵測及控制技術），輸出頻率的鎖相技術，輸出瞬態(tài)響應的控制方面有欠缺， 導致客戶一日被蛇咬，三日怕井繩。 隨著高頻 機硬件電路設計的更加完善，IGBT、M

11、OSFET功率元件技術更加成熟， DSP數(shù)字技術的 不斷深入， 高頻機的可靠性大幅度提高， 平均無故障時間 (MTBF) 可以達到 35 萬小時以上。 MGE 產(chǎn)品具有以下特色：1:選用國際知名的“SEMIKRON ”“ FUJI”公司生產(chǎn)的大功率IGBT器件，M OTOROLA CPU 芯片，確保產(chǎn)品的品質(zhì)；2:選擇最優(yōu)化的硬件電路設計，并配合 DSP 控制技術，對輸出電壓、平衡電壓、輸 出電流，輸入頻率的偵測精度和控制速度上有非常大的提高，從而大大提高了UPS 的可靠性，主要表現(xiàn)在以下幾個方面:a) 采用千分之一精度的輸出電壓偵測、反饋硬件電路，并配合DSP 進行快速的運算和處理( DSP

12、 反應的最快速度為 52us )，使輸出電壓精度穩(wěn)定在 380V 1 范圍之內(nèi)； 一般工頻機的輸出電壓精度為 380V 5左右；b) 采用百分之一精度的輸出平衡電壓偵測、反饋硬件電路，并配合DSP 進行快速的運算和處理，使輸出平衡電壓穩(wěn)定在 100mV 范圍之內(nèi)；而早期一般工頻機的輸出平衡 電壓(即輸出交流電壓中的直流電壓成分) 高達幾伏， 這也是早期工頻機帶電感性負載容易 損壞的主要原因之一；c) 采用百分之一精度的輸出電流偵測、反饋硬件電路，并配合 DSP 進行快速的運算和處理，當偵測到 UPS 輸出電流突然大于 UPS 設定值是， UPS 立即進行控制、保護。 而一般的工頻機如附圖一所示

13、沒有輸出電流偵測和保護的功能，這也是工頻機帶電感性負載容易損壞的主要原因之一；d) 采用百分之一精度的市電頻率偵測、反饋硬件電路，并配合DSP 進行快速的運算和處理，可以確保市電模式下 UPS 的輸出頻率完全跟隨市電頻率，二者的最大相位差控 制在 100us 以內(nèi)，在電池模式下輸出頻率精度可以控制在50Hz 0.1%以內(nèi)，而一般工頻機電池模式下輸出頻率精度在 50Hz 0.3%以內(nèi)。B: 工頻機有輸出隔離變壓器，高頻機沒有輸出隔離變壓器:首先：變壓器在高頻UPS中，可作為選配置為一些有特殊要求的用戶配置。 其功能也主 要是適應現(xiàn)場特殊電力狀況，例如現(xiàn)場輸入電為三相角形輸入時，采用輸入角/ 星變

14、壓器可使UPS在角型輸入的現(xiàn)場得以應用； 還有一些用電場合要求輸入電與輸出電的全隔離， 可在 UPS輸出一測配置隔離變壓器，可有效抑制共模躁聲。工頻機的輸出也僅僅是 L、N之間接隔離變壓器(有些工頻機僅僅在輸出的L接隔離變壓器)，其隔離效果并不完善；隔離變壓器的位置加在UPS旁路輸出與逆變輸出的公共輸出測才可完全作到輸入與輸出的電氣隔離。而可控硅整流 UPS的輸出升壓變壓器只是提升逆變輸出的電壓，而對旁路輸出不起作用（除非具有雙隔離變壓器將逆變輸出與旁路輸入同UPS輸出隔離開來。C: 高頻機對負載的干擾比工頻機高。首先工頻機的逆變部分也是高頻信號，為5 - 10KHZ,若其對雜音抑制不當，也會

15、對負載造成很大的干擾。UPS對負載的干擾程度應該由EMC等級標準來定義，隨著技術的進步，MGE高頻機的抗干擾能力完全能夠達到GB9254-1998/IEC62040-2 CLASS A 標準，實際應用中就根本沒有客戶訴怨 UPS干擾客戶的負載，極少的訴怨也都是由于用戶現(xiàn)場的配線方式不 當所致，而與采用高頻機還是工頻機無關。對UPS勺輸出端而言，UPS是否能帶音響設備、圖像設備負載，并不是取決于是否是工 頻機或高頻機，而是取決于UPS勺EM指標，實際上工頻機、高頻機都是要符合一定的電磁兼 容性標準，才不會對音響設備、圖像設備產(chǎn)生干擾。在大容量UPS，工頻機要使用5KHZ勺逆變器脈寬調(diào)制技術， 這與高頻機的5-10KHZ的調(diào)制頻率，對于設備來說是沒有太大區(qū)別的。MGE的全部UPS產(chǎn)品，均符合 GB9254-1998 （國標）/ IEC62040-2 （國際標準）的 EMC的相 關規(guī)定，完全能夠滿足音像設備的使用要求。MG的很多高頻機UP薩品如Galaxy 3000、Galaxy 7000、Comet UPS Extreme等都是應用在電視臺（如中央電視臺）、有線