高頻機與工頻機對比

1、高頻機和工頻機的概念解析現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向,是從以低頻技術(shù)處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子學(xué)向以高頻技術(shù)處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。而UPS 行業(yè)的發(fā)展也是從工頻機向高頻機的轉(zhuǎn)變。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的功率MOSFET 和 IGBT ， 其集高頻、高壓和耐大電流于一身,使 UPS 的數(shù)字化不斷深化，體積小， 容量大， 高頻化將成為UPS 的發(fā)展方向，大中型的UPS 的主流結(jié)構(gòu)由原來的工頻機轉(zhuǎn)向高頻機。工頻機的結(jié)構(gòu)如下圖：其基本的架構(gòu)為：可控硅整流(Rectifier )直流母線 (DC BUS) 逆變器 (Inverter) 升壓變壓器(Transformer)這種

2、UPS 采用可控硅整流將輸入的交流電整流為直流電，再通過橋式IGBT 逆變器將直流逆變?yōu)榻涣鳎詈蠼?jīng)過輸出變壓器將交流升壓及濾波，提供純正的交流輸出。其缺點為，從整流和逆變的過程中，都是降壓環(huán)節(jié)。可控硅整流通過可控整流的導(dǎo)通角調(diào)整來適應(yīng)輸入電壓變化，確保輸入交流電壓變化時整流輸出直流電壓的恒定，因此可控硅整流以斬掉一部分輸入交流電為代價，輸出電壓只能恒定在低于全波整流輸出電壓的某個數(shù)值上。 而逆變環(huán)節(jié)同樣是一個降壓環(huán)節(jié)，因同樣用的是斬波的做法，其結(jié)果是輸出電壓等級的再次降低。正是由于上述的原因，在此種結(jié)構(gòu)的UPS 中，必須在輸出側(cè)加入升壓變壓器，將逆變輸出的較低交流電壓升致合理的輸出范圍，最終

3、提供了恒定的220/380V 輸出。新型的高頻機的結(jié)構(gòu)則如下圖：輸出的較低交流電壓升致合理的輸出范圍，最終提供了恒定的220/380V 輸出。新型的高頻機的結(jié)構(gòu)則如下圖：其基本的架構(gòu)為：二極管整流(Rectifier )升壓電路(Booster)直流母線(DC BUS)逆變器 (Inverter)此種的結(jié)構(gòu)為雙轉(zhuǎn)換技術(shù)，有升壓(Booster)和逆變(Inverter)兩個高頻環(huán)節(jié)。因整流部分使用了二極管整流，不需要調(diào)整整流的導(dǎo)通角，整流后的DC 電壓不必控制，所以高頻機的輸入功率因數(shù)將提高，輸入的市電范圍可變寬。而升壓 ( Booster) 的環(huán)節(jié)使用了PFC的調(diào)控技術(shù)，用 IGBT 工作在

4、高頻下調(diào)控，可以使 BUS 的電壓穩(wěn)定在較高的電位，而且 BUS電壓穩(wěn)定，紋波小。再經(jīng)逆變(Inverter)的 PWM 調(diào)制后可得到理想的220V 輸出，而無需升壓變壓器，實現(xiàn)高效、節(jié)能、體積小的多重優(yōu)點。另外， 在新型的高頻機，充電的環(huán)節(jié)可以針對不同的電池設(shè)定不同的充電方案，達(dá)到延長電池壽命的目的。如下圖：高頻機采用全I(xiàn)GBT 技術(shù)的UPS，在BUS 上引出的直流電經(jīng)過IGBT 斬波控制，可實現(xiàn)對電池的精確充電，并可通過數(shù)字化控制細(xì)化參數(shù)設(shè)置。如控制為恒流充電則可避免在恒壓充電中出現(xiàn)的因開始充電時候電流大而減短電池壽命的情況。高頻機采用的全I(xiàn)GBT 技術(shù)代表新型電源，特別是大中功率電源發(fā)展

5、的方向，對比工頻機有其顯著的優(yōu)點：工頻機高頻機采用可控硅整流，輸入功率因數(shù)低，只能附加功率因數(shù)的補償環(huán)節(jié)，效果不理想，對電網(wǎng)有回潰污染采用二極管整流，功率因數(shù)接近1。 從根本上解決回潰干擾的問題功率因數(shù)0.8 0.9功率因數(shù)0.95 主動功因0.99輸入市電范圍為220V 10% 220V 15%輸入市電范圍為220V 25%輸入電流諧波約為30%輸入電流諧波可小于10%在整流和逆變兩部分用的都是斬波降壓的形 式，因此在輸出端必須加升壓的變壓器使電 壓達(dá)到輸出的要求，成本高，體積大因有升壓環(huán)節(jié)（Booster） ，其BUS 電壓在較高的電位，可以省掉輸出的變壓器，成本低，體積小，理論分析和實踐

6、經(jīng)驗表明，將把頻率從工頻50Hz 提高到20kHz， 體積重量可下降 30%BUS 紋波大，為10%BUS 紋波小，可小于0.1%電池直接掛BUS，充電電壓由可控硅整流控制， ， BUS 紋波大，通過BUS 直接給電池充電 , 只能是恒壓限流充電，充電形式單一，不能滿足各種不同類型電池的要求BUS 的電壓由高頻的IGBT 升壓電流控制，BUS 紋波小，因此可采用IGBT 調(diào)制的充電技術(shù)，充電的參數(shù)靈活多變，可以針對不同類型的電池定制充電的曲線，可做到恒流充電，大大延長電池的使用壽命對于輸出端接入輸出變壓器的說明由上面可見，輸出的隔離變壓器在采用全I(xiàn)GBT 技術(shù)的高頻機中完全可以省掉。但對于特殊

7、的場合，高頻機同樣可接入輸出變壓器，輸出變壓器作為高頻機的一個可選項目，能使UPS 的性能更完善，滿足不同負(fù)載的使用要求。負(fù)載的配電與UPS 的輸出不一致的情況。例如負(fù)載為三相角接輸入，在UPS 的輸出接星型/角型的變壓器可令UPS 在此場合得到穩(wěn)定的應(yīng)用。負(fù)載要求配電的隔離，如一些醫(yī)療設(shè)備對配電的要求較為嚴(yán)格，此時在UPS 的輸出端接入變壓器，可以達(dá)到隔離的效果，有效抑制共模的干擾，滿足負(fù)載對輸入配電的特殊要求。同樣可以想到，在工頻機中接入的輸出變壓器擔(dān)當(dāng)了升壓和隔離雙重的角色，隔離的功能并不能完善，UPS 有旁路和逆變兩路的輸出，逆變的輸出接升壓隔離的變壓器，而旁路的輸出為直接輸出，無隔離

8、的效果。而高頻機選配的隔離變壓器接入的是旁路和逆變的共同輸出，所以在UPS 工作在任何的狀態(tài)都能滿足負(fù)載對配電的特殊要求。高頻機與工頻機的性能比較工頻機高頻機外形尺寸、重量、成本體積大、比較重、造價高體積小、重量輕、造價低負(fù)載類型采用低頻逆變且變壓器耦合輸出，對負(fù)載要求不嚴(yán)格，能適應(yīng)阻性、容性、感性等綜合性負(fù)載。對非線性負(fù)載能力較差，不適合沖擊性、感性負(fù)載。適用于PC 機，服務(wù)器。工作頻率工頻機由于逆變頻率為50Hz，就不存在射頻干擾問 題，適合各種負(fù)載。高頻機由于逆變頻率為50kHz， 不適合要求性能高的負(fù)載，因為它有一定的射頻干擾， 很多負(fù)載對射頻干擾比較敏感。帶載能力工頻機輸出功率因素為

9、0.8，1KVA 有 800W 有效功率輸出。一般高頻機輸出功率因素為0.7 左右，高頻機1KVA 只有700W 有效功率輸出。輸出隔離方案工頻機采用低頻整流為兼容電池電壓的總線，逆變器采用工頻變壓器轉(zhuǎn)換電壓同時利用變壓器的等效電感和輸出電容濾波輸出，這樣，即保證了動態(tài)響應(yīng)和隔離又可以減高頻加輸出隔離方案對沖擊性負(fù)載有一個緩沖作用是保護(hù)逆變器，但是對動態(tài)響應(yīng)恢復(fù)時間（ 0 100%躍變）范圍失去作用，因為UPS 只能保證高頻輸出端的電壓穩(wěn)定。少各種負(fù)載對逆變器的沖擊。在負(fù)載0 100%躍變，而不能保證隔離變壓器的負(fù)載壓降和動態(tài)恢復(fù)時間,同時增加主機的功耗。工作原理工頻機采用低頻可控整流為兼容電

10、池組電壓的總線，工頻機因采用低頻全橋逆變且變壓器耦合經(jīng)LC 濾波輸出。高頻機采用半橋逆變模式通過 SPWM 變換，輸出端加LC濾波器這種電路需將市電整流 （電池電壓）通過高頻升壓到 380V 左右雙直流總線，然后高頻逆變輸出。高頻機與工頻機區(qū)別定義、高頻機：利用高頻開關(guān)技術(shù)，以高頻開關(guān)元件替代整流器和逆變器中的工頻變壓器的 UPS，俗稱高頻機，高頻機體積小、效率高。2、工頻機：采用工頻變壓器作為整流器與逆變器部件的UPS 俗稱工頻機，主要特點是主功率部件穩(wěn)定可靠、過負(fù)荷能力和抗沖擊能力強。高頻機不帶隔離變壓器，其輸出零線存在高頻電流，主要來自市電電網(wǎng)的諧波干擾、UPS 整流器和高頻逆變器脈動電流、負(fù)載的諧波干擾等，其干擾電壓不僅數(shù)值高而且難以消除。而工頻機的輸出零地電壓更低，而且不存在高頻分量，對于計算機網(wǎng)絡(luò)的通信安全來講，更加重要。2、高頻機輸出沒有變壓器隔離，如果逆變功率器件發(fā)生短路，則直流母線（DC BUS）上的高直流電壓直接加到負(fù)載上，這是安全隱患，而工頻機則不存在此問題。3、工頻機的抗負(fù)載沖擊能力較強。性能比較表序號比較的指標(biāo)高頻機工頻機1過載能力一般較強2抗輸入浪涌能力一般較強3輸出抗沖擊、短路能力一般較強4輸入PF 值0.990.85整機效率85 9