高頻機(jī)工頻機(jī)概念解析

關(guān)于高頻機(jī)工頻機(jī)概念解析UPS發(fā)展趨勢(shì)

隨著UPS技術(shù)的不斷發(fā)展，很多計(jì)算機(jī)、電力電子領(lǐng)域的新技術(shù)、新理念引入到UPS行業(yè)。與IT行業(yè)的其他產(chǎn)品類似，現(xiàn)在的UPS與從前的產(chǎn)品相比較，無(wú)論在主要性能上、外觀尺寸上、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性及可靠性方面，都有了顯著的進(jìn)步，有些指標(biāo)甚至是質(zhì)的飛躍，對(duì)于大中型UPS來(lái)說(shuō)更是如此。

第2頁(yè),共13頁(yè)，星期六，2024年，5月工頻機(jī)結(jié)構(gòu)圖可控硅整流+電池直流母線+逆變器+升壓變壓器

第3頁(yè),共13頁(yè)，星期六，2024年，5月高頻機(jī)結(jié)構(gòu)圖PFC功率因數(shù)修正+DC/DC倍壓環(huán)節(jié)+獨(dú)立充電器+逆變器第4頁(yè),共13頁(yè)，星期六，2024年，5月工頻機(jī)主要工作原理

主回路結(jié)構(gòu)采用可控硅整流將輸入的交流電整為直流，電池直接掛在直流母線上，當(dāng)輸入市電正常時(shí)，靠整流可控硅的調(diào)節(jié)對(duì)電池充電，同時(shí)為GTR或IGBT結(jié)構(gòu)的橋式逆變器供電，逆變器將直流逆變?yōu)榻涣鳎詈蠼?jīng)過(guò)輸出變壓器的升壓及濾波，提供純正的交流輸出。從其結(jié)構(gòu)中可以看出，從整流（從交流變?yōu)橹绷鳎┑侥孀儯ㄔ趶闹绷髯優(yōu)榻涣鳎┑倪^(guò)程中，每個(gè)環(huán)節(jié)都是降壓環(huán)節(jié)：可控硅整流是為了提供恒定的直流電壓而采取的一種整流方式（可通過(guò)可控整流的導(dǎo)通角調(diào)整來(lái)適應(yīng)輸入電壓變化，確保輸入交流電壓變化時(shí)整流輸出直流電壓的恒定），由于可控硅整流只能斬掉一部分輸入電，所以其恒定輸出電壓的代價(jià)是將輸出電壓恒定在低于全波整流輸出電壓的某個(gè)數(shù)值上。而逆變環(huán)節(jié)同樣是一個(gè)降壓環(huán)節(jié)，從可控整流輸入來(lái)的直流電在通過(guò)逆變器逆變出交流的過(guò)程中同樣采用的是斬波的做法，其結(jié)果同樣是輸出電壓等級(jí)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，將逆變輸出的較低恒定電壓升至合理的輸出范圍，最終提供了恒定的220/380V輸出。第5頁(yè),共13頁(yè)，星期六，2024年，5月高頻機(jī)主要工作原理UPS主回路結(jié)構(gòu)采用不控整流加升壓環(huán)節(jié)，將交流輸入通過(guò)整流橋全波整流為直流后，采用IGBT元件組成的DC/DC電路直流升壓到一個(gè)較高的恒定直流電壓（與可控硅整流的效果相反，通過(guò)這種IGBT整流可以得到一個(gè)高于全波整流輸出電壓的恒定直流電。并將其作為直流母線，為電池充電電路（充電電路也采用IGBT充電技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)電池直接掛母線方式所無(wú)法作到的充電效果）及逆變輸出部分提供電能。由于直流母線電壓足夠高，經(jīng)過(guò)IGBT高頻逆變調(diào)整后，可直接得到恒定的逆變輸出電壓。此時(shí)無(wú)須在加一個(gè)升壓環(huán)節(jié)，完全可以省掉輸出升壓變壓器。第6頁(yè),共13頁(yè)，星期六，2024年，5月工頻機(jī)與高頻機(jī)性能比較在上述的兩種UPS結(jié)構(gòu)中，后者在所有功率環(huán)節(jié)均采用了IGBT技術(shù)，由于數(shù)字技術(shù)的引入，大大提高了IGBT元件的開(kāi)關(guān)頻率，因此此種結(jié)構(gòu)的UPS稱作高頻UPS。與前者相比，在很多方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)：第7頁(yè),共13頁(yè)，星期六，2024年，5月工頻機(jī)與高頻機(jī)性能比較

工頻機(jī)可控硅整流的最大缺點(diǎn)就是對(duì)電網(wǎng)的干擾問(wèn)題，由于輸入斬波產(chǎn)生的回潰污染，通常只能采用附加的輸入功率因數(shù)補(bǔ)償環(huán)節(jié)，如有源濾波器等。不但增加了購(gòu)買UPS的費(fèi)用，同時(shí)效果也不理想，無(wú)形中又增加了一個(gè)故障點(diǎn)。而高頻機(jī)的PFC功率因數(shù)修正電路可輕易地將功率因數(shù)提高到接近1。從根本上解決了對(duì)電網(wǎng)回潰干擾的問(wèn)題。

輸入環(huán)節(jié)第8頁(yè),共13頁(yè)，星期六，2024年，5月工頻機(jī)與高頻機(jī)性能比較逆變環(huán)節(jié)

工頻機(jī)采用GTR作為逆變輸出功率元件，因此其開(kāi)關(guān)特性較差，即使采用了IGBT元件，由于控制上沒(méi)有相應(yīng)的改善，其開(kāi)關(guān)頻率也較低，因此輸出波形不很平滑，或需要變壓器等大電感元件平波。而高頻UPS采用數(shù)字化控制，逆變輸出的開(kāi)關(guān)頻率非常高，因此輸出波形平滑，無(wú)須較大的電感元件，更可省掉變壓器。第9頁(yè),共13頁(yè)，星期六，2024年，5月工頻機(jī)與高頻機(jī)性能比較充電環(huán)節(jié)工頻UPS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(guò)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。而實(shí)際上，UPS電池的配置是靈活多樣的，對(duì)不同容量的電池采取同樣的充電參數(shù)顯然會(huì)對(duì)電池延壽不利。而采用高頻技術(shù)的UPS，可通過(guò)數(shù)字化控制細(xì)化參數(shù)設(shè)置，作到為每種配置的電池指定最適合的充電方案，達(dá)到延長(zhǎng)壽命的目的。第10頁(yè),共13頁(yè)，星期六，2024年，5月變壓器在工頻機(jī)與高頻機(jī)中應(yīng)用

變壓器在高頻UPS中，作為可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(yīng)現(xiàn)場(chǎng)特殊電力狀況，例如現(xiàn)場(chǎng)輸入電為三相角形輸入時(shí)，采用輸入角/星變壓器可使UPS在角型輸入的現(xiàn)場(chǎng)得以應(yīng)用；再如現(xiàn)場(chǎng)要求電壓與UPS輸出不同時(shí)，提供供電電壓轉(zhuǎn)換，滿足用電要求。還有一些用電場(chǎng)合要求輸入電與輸出電的全隔離，可在UPS輸出一側(cè)配置隔離變壓器，可有效抑制共模躁聲。工頻UPS雖然標(biāo)準(zhǔn)配置具有變壓器，但其隔離效果不一定完善，主要是隔離變壓器的位置應(yīng)加在UPS旁路輸出與逆變輸出的公共輸出側(cè)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(duì)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(kāi)來(lái))。第11頁(yè),共13頁(yè)，星期六，2024年，5月工頻機(jī)與高頻機(jī)主要參數(shù)比較

機(jī)型項(xiàng)目

高頻機(jī)

(山特3C380K)

工頻機(jī)(艾普斯APU-3380)

輸入電壓范圍380(-25%,+20%)380(-10%,+10%)

輸入功率因數(shù)0.950.8

動(dòng)態(tài)穩(wěn)壓率±1%±4%

整機(jī)效率92%87%

不平衡負(fù)載100%

否

充電器智能兩段式充電器

恒壓限流充電器逆變器開(kāi)關(guān)頻率19.2KHz5KHz

噪音60dB65dB體積(w*d*h)mm