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UPS工頻機和高頻機的區別

2019/6/4 10:04:36??????點擊:

        用戶在購買大(da)功(gong)率UPS的(de)(de)(de)時候,常常面臨在工(gong)頻(pin)(pin)(pin)機(ji)(ji)和高(gao)頻(pin)(pin)(pin)機(ji)(ji)之(zhi)間進行選擇(ze)的(de)(de)(de)困惑。就UPS廠(chang)商方面而(er)言,當(dang)然都認(ren)為(wei)是自己的(de)(de)(de)好(hao),“公(gong)說(shuo)(shuo)公(gong)有理,婆說(shuo)(shuo)婆有理”。提(ti)供工(gong)頻(pin)(pin)(pin)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)廠(chang)商說(shuo)(shuo)工(gong)頻(pin)(pin)(pin)機(ji)(ji)穩定性(xing)和可靠性(xing)高(gao);提(ti)供高(gao)頻(pin)(pin)(pin)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)廠(chang)商會(hui)說(shuo)(shuo)高(gao)頻(pin)(pin)(pin)機(ji)(ji)節省空(kong)間,成本相對較(jiao)低等(deng)諸如此類的(de)(de)(de)說(shuo)(shuo)法。其實(shi),工(gong)頻(pin)(pin)(pin)機(ji)(ji)和高(gao)頻(pin)(pin)(pin)機(ji)(ji)到底孰優孰劣,很難一概(gai)而(er)論(lun),可以說(shuo)(shuo)各有利(li)弊。用戶應當(dang)在全面認(ren)識這(zhe)兩種UPS機(ji)(ji)型(xing)的(de)(de)(de)基礎上,客觀(guan)審(shen)視自身的(de)(de)(de)應用和需求(qiu),選擇(ze)適合(he)自己需要的(de)(de)(de)產品。

  工頻機和高頻機的原理分析

  工(gong)(gong)頻(pin)(pin)(pin)(pin)機(ji)(ji)和高(gao)(gao)頻(pin)(pin)(pin)(pin)機(ji)(ji)是按UPS的設(she)計電(dian)路工(gong)(gong)作(zuo)頻(pin)(pin)(pin)(pin)率來區(qu)分的。工(gong)(gong)頻(pin)(pin)(pin)(pin)機(ji)(ji)是以(yi)傳統(tong)的模(mo)擬電(dian)路原理設(she)計,由晶閘管(SCR)整流器、IGBT逆變器、旁路和工(gong)(gong)頻(pin)(pin)(pin)(pin)升壓隔(ge)離變壓器組(zu)成。因其整流器和變壓器工(gong)(gong)作(zuo)頻(pin)(pin)(pin)(pin)率均為(wei)(wei)工(gong)(gong)頻(pin)(pin)(pin)(pin)50Hz,顧名思義(yi)叫工(gong)(gong)頻(pin)(pin)(pin)(pin)UPS。高(gao)(gao)頻(pin)(pin)(pin)(pin)機(ji)(ji)通常(chang)由IGBT高(gao)(gao)頻(pin)(pin)(pin)(pin)整流器、電(dian)池變換器、逆變器和旁路組(zu)成。IGBT可(ke)以(yi)通過控制加在(zai)(zai)門極的驅動來控制其開通與關斷(duan),IGBT整流器開關頻(pin)(pin)(pin)(pin)率通常(chang)在(zai)(zai)幾(ji)千赫到幾(ji)十千赫,甚至高(gao)(gao)達上百千赫,遠(yuan)遠(yuan)高(gao)(gao)于工(gong)(gong)頻(pin)(pin)(pin)(pin)機(ji)(ji),因此(ci)稱(cheng)為(wei)(wei)高(gao)(gao)頻(pin)(pin)(pin)(pin)UPS。


  在工頻UPS電(dian)(dian)(dian)路中,主路三相(xiang)交流(liu)輸(shu)(shu)入經過換(huan)(huan)相(xiang)電(dian)(dian)(dian)感,接到三個SCR橋臂組成的整(zheng)(zheng)流(liu)器(qi)之后變(bian)(bian)換(huan)(huan)成直(zhi)流(liu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya),通(tong)(tong)過控制(zhi)(zhi)整(zheng)(zheng)流(liu)橋SCR的導(dao)通(tong)(tong)角(jiao)來調(diao)節輸(shu)(shu)出直(zhi)流(liu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)值。由(you)于(yu)SCR屬于(yu)半控器(qi)件,控制(zhi)(zhi)系統只(zhi)能(neng)控制(zhi)(zhi)開通(tong)(tong)點,一旦SCR導(dao)通(tong)(tong)之后,即使門極驅(qu)動撤消,也無法(fa)關斷(duan)(duan),只(zhi)有等到其(qi)電(dian)(dian)(dian)流(liu)為零之后才能(neng)自然關斷(duan)(duan),所以(yi)其(qi)開通(tong)(tong)和關斷(duan)(duan)均是基于(yu)一個工頻周期,不存在高頻的開通(tong)(tong)和關斷(duan)(duan)控制(zhi)(zhi)。由(you)于(yu)SCR整(zheng)(zheng)流(liu)器(qi)屬于(yu)降壓(ya)整(zheng)(zheng)流(liu),所以(yi)直(zhi)流(liu)母(mu)線電(dian)(dian)(dian)壓(ya)經逆(ni)(ni)變(bian)(bian)輸(shu)(shu)出的交流(liu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)比輸(shu)(shu)入交流(liu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)低,要使輸(shu)(shu)出相(xiang)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)能(neng)夠得到恒定的220V電(dian)(dian)(dian)壓(ya),就必須(xu)在逆(ni)(ni)變(bian)(bian)輸(shu)(shu)出增加升壓(ya)隔(ge)離(li)變(bian)(bian)壓(ya)器(qi)。

  相比而(er)言(yan),高(gao)頻(pin)(pin)UPS整流屬于升壓(ya)整流,其輸出直(zhi)流母線(xian)的(de)電(dian)(dian)壓(ya)比輸入(ru)線(xian)電(dian)(dian)壓(ya)的(de)峰值高(gao),一(yi)般典型(xing)值為800V左右(you)(you),如果電(dian)(dian)池(chi)(chi)直(zhi)接(jie)掛接(jie)母線(xian),所需(xu)要的(de)標配電(dian)(dian)池(chi)(chi)節數(shu)需(xu)要67節,這樣給實(shi)際應用帶來極大的(de)限(xian)制。因(yin)此一(yi)般高(gao)頻(pin)(pin)UPS會(hui)單獨配置一(yi)個電(dian)(dian)池(chi)(chi)電(dian)(dian)壓(ya)變(bian)(bian)換(huan)器(qi)(qi),市(shi)電(dian)(dian)正常的(de)時(shi)候電(dian)(dian)池(chi)(chi)變(bian)(bian)換(huan)器(qi)(qi)把800V的(de)母線(xian)電(dian)(dian)壓(ya)降(jiang)到電(dian)(dian)池(chi)(chi)組(zu)電(dian)(dian)壓(ya);市(shi)電(dian)(dian)故(gu)障或(huo)超(chao)限(xian)時(shi),電(dian)(dian)池(chi)(chi)變(bian)(bian)換(huan)器(qi)(qi)把電(dian)(dian)池(chi)(chi)組(zu)電(dian)(dian)壓(ya)升高(gao)到800V的(de)母線(xian)電(dian)(dian)壓(ya)。由(you)于高(gao)頻(pin)(pin)機母線(xian)電(dian)(dian)壓(ya)為800V左右(you)(you),所以逆(ni)(ni)變(bian)(bian)器(qi)(qi)輸出相電(dian)(dian)壓(ya)可以直(zhi)接(jie)達到220V,逆(ni)(ni)變(bian)(bian)器(qi)(qi)之后就不再需(xu)要升壓(ya)變(bian)(bian)壓(ya)器(qi)(qi)。因(yin)此,有無(wu)隔離(li)變(bian)(bian)壓(ya)器(qi)(qi)是工(gong)頻(pin)(pin)機與高(gao)頻(pin)(pin)機在(zai)結構上的(de)主要區(qu)別。


  UPS輸出隔離變壓器的作用

  隔(ge)離(li)變(bian)(bian)壓器(qi)(qi)是(shi)利(li)用電磁感應原理(li),對配電或信號進行(xing)電氣隔(ge)離(li)的(de)(de)裝置。隔(ge)離(li)變(bian)(bian)壓器(qi)(qi)在UPS中(zhong)通常(chang)被(bei)設計在逆(ni)變(bian)(bian)器(qi)(qi)的(de)(de)輸出端(duan),可以(yi)起到增加(jia)UPS性能改(gai)善(shan)負載(zai)端(duan)供(gong)電質(zhi)量的(de)(de)作用。通常(chang),UPS的(de)(de)輸出隔(ge)離(li)變(bian)(bian)壓器(qi)(qi)有以(yi)下四大(da)優點(dian):

  降低零地電壓,優化UPS末端供電網絡

  UPS的(de)(de)逆變(bian)輸(shu)出安裝隔離變(bian)壓(ya)(ya)(ya)器(qi)可(ke)(ke)以(yi)隔離輸(shu)入和輸(shu)出之間的(de)(de)電氣連接(jie),從而有效(xiao)地(di)降低輸(shu)出的(de)(de)零(ling)地(di)電壓(ya)(ya)(ya)。由于隔離變(bian)壓(ya)(ya)(ya)器(qi)的(de)(de)副(fu)邊(bian)繞組采用Y型接(jie)法,中性點(dian)接(jie)地(di)后產生(sheng)新(xin)的(de)(de)零(ling)線,從而達到降低零(ling)地(di)電壓(ya)(ya)(ya)的(de)(de)目的(de)(de)。事實(shi)上,HP、IBM、SUN的(de)(de)小型機(ji)因為要(yao)保證精(jing)密的(de)(de)計算(suan)能力與高(gao)(gao)可(ke)(ke)靠的(de)(de)數據處理傳輸(shu)能力,都會對(dui)零(ling)地(di)電壓(ya)(ya)(ya)有極高(gao)(gao)的(de)(de)要(yao)求,加裝隔離變(bian)壓(ya)(ya)(ya)器(qi)可(ke)(ke)以(yi)徹底(di)解決(jue)因為零(ling)地(di)電壓(ya)(ya)(ya)偏高(gao)(gao)所造成的(de)(de)一(yi)些問題。


  濾除負載端諧波,提高供電質量

  隔離變(bian)壓器本身(shen)具有電(dian)感特性,輸出隔離變(bian)壓器可(ke)以(yi)濾除負載端的(de)大(da)量(liang)低次諧(xie)波,減少高頻(pin)*,并可(ke)以(yi)使高次諧(xie)波大(da)幅(fu)度衰減。采(cai)用電(dian)源隔離變(bian)壓器,可(ke)以(yi)有效地抑制(zhi)竄入交流電(dian)源中的(de)噪(zao)聲*,提高設備的(de)電(dian)磁兼容性。

  增強過載短路保護能力,保護負載與UPS主機

  由(you)于其自(zi)身的特性,隔離變壓(ya)器是UPS中工(gong)作(zuo)(zuo)最(zui)為(wei)穩定的器件。UPS在(zai)正常工(gong)作(zuo)(zuo)過程中,如果遇到大的短路(lu)電流(liu),變壓(ya)器會(hui)產生反(fan)向電動勢(shi),延(yan)緩短路(lu)電流(liu)對負(fu)(fu)載以及逆(ni)變器的沖擊破壞,具有(you)保(bao)護負(fu)(fu)載與(yu)UPS主機的作(zuo)(zuo)用(yong)。


  “通交流阻直流”,UPS故障時保護負載

  高(gao)額UPS的(de)(de)AC/DC變換部分(fen)采用高(gao)頻(pin)化(hua)設計,提高(gao)了(le)UPS的(de)(de)輸(shu)入功率因數(shu)(0.98以(yi)(yi)上)及(ji)輸(shu)入電(dian)壓(ya)(ya)范圍,DC/AC逆變部分(fen)高(gao)頻(pin)化(hua)減少了(le)輸(shu)出(chu)濾波電(dian)感的(de)(de)體積,功率密(mi)度大。由于無(wu)輸(shu)出(chu)隔離變壓(ya)(ya)器(qi),一旦逆變器(qi)橋(qiao)臂的(de)(de)IGBT被擊穿短路,BUS母線直流高(gao)電(dian)壓(ya)(ya)將(jiang)加到負載(zai)上,危及(ji)負載(zai)的(de)(de)安全。輸(shu)出(chu)隔離變壓(ya)(ya)器(qi)具有(you)“通交(jiao)流阻直流”的(de)(de)能(neng)(neng)力(li),可以(yi)(yi)解決(jue)此類(lei)問(wen)題,在UPS發(fa)生故障時能(neng)(neng)夠使負載(zai)安全運行。

  工頻機和高頻機的性能對比

  在可靠性方面,工頻機要優于高頻機

  工(gong)頻(pin)(pin)機采(cai)用晶閘管(SCR)整(zheng)(zheng)流器(qi),該技術經(jing)過半個多世紀的(de)發展和革新,已經(jing)非常(chang)成熟,其抗電(dian)流沖擊能力非常(chang)強(qiang)。由(you)于SCR屬于半控(kong)器(qi)件,不會出(chu)現直通、誤觸(chu)發等故障(zhang)。相比而言(yan),高(gao)頻(pin)(pin)機采(cai)用的(de)IGBT高(gao)頻(pin)(pin)整(zheng)(zheng)流器(qi)雖然開關頻(pin)(pin)率較(jiao)高(gao),但是IGBT工(gong)作時有(you)嚴(yan)格的(de)電(dian)壓、電(dian)流工(gong)作區域,抗沖擊能力較(jiao)低(di)。因此在總體可靠性方面,IGBT整(zheng)(zheng)流器(qi)比SCR整(zheng)(zheng)流器(qi)低(di)。


  在環境適應性方面,高頻機要優于工頻機

  高(gao)頻(pin)機是以微(wei)處理器作為處理控(kong)制(zhi)中心,將繁雜的(de)硬(ying)件模擬電路燒錄于微(wei)處理器中,以軟件程序的(de)方式來控(kong)制(zhi)UPS的(de)運(yun)行。因此(ci),體積(ji)、重量等(deng)方面(mian)都(dou)有明(ming)顯的(de)降低,噪音也較(jiao)小,對空間、環境影響小,因此(ci)比較(jiao)適合于對可靠性要求不太苛刻的(de)辦(ban)公場所。正因為如此(ci),許多廠家的(de)中小功(gong)率UPS普遍推出了高(gao)頻(pin)機。

  在負載對零地電壓的要求方面,工頻機要優于高頻機

  大(da)功率三相高頻(pin)機(ji)零線會引入整流(liu)器并作為正負(fu)(fu)母線的中性點,這(zhe)種結(jie)構就不可(ke)避(bi)免地造(zao)成整流(liu)器和逆變器高頻(pin)諧波耦合(he)在(zai)零線上,抬(tai)升零地電(dian)壓,造(zao)成負(fu)(fu)載(zai)端零地電(dian)壓抬(tai)高,很難(nan)滿足IBM、HP等服務器廠(chang)家對零地電(dian)壓小于(yu)1V的場地需(xu)求。另外,在(zai)市電(dian)和發電(dian)機(ji)切換時(shi),高頻(pin)機(ji)往(wang)往(wang)因(yin)零線缺失而(er)必須(xu)轉旁路工(gong)作,在(zai)特定工(gong)況下可(ke)能造(zao)成負(fu)(fu)載(zai)閃(shan)斷(duan)的重大(da)故障。工(gong)頻(pin)機(ji)因(yin)整流(liu)器不需(xu)要零線參與工(gong)作,在(zai)零線斷(duan)開時(shi),UPS可(ke)以保持正常供電(dian)。

  結束語

  從結構上(shang)講(jiang)(jiang),工頻(pin)機(ji)UPS和高頻(pin)機(ji)UPS的差異(yi)主(zhu)要(yao)表現在隔(ge)離變(bian)壓器(qi)上(shang),而工頻(pin)機(ji)對隔(ge)離變(bian)壓器(qi)的使(shi)用(yong),在很大(da)(da)程度上(shang)提升了UPS的可靠(kao)性。從綜合性能方面來講(jiang)(jiang),工頻(pin)機(ji)和高頻(pin)機(ji)則各有(you)優劣,至少在當前,不存在誰取代誰的問題。用(yong)戶(hu)在選(xuan)(xuan)購設備的時候(hou)應當立足(zu)于自身的實(shi)際需要(yao),而不是盲(mang)目跟從。比如(ru),用(yong)戶(hu)要(yao)建設中大(da)(da)型的數(shu)據中心(xin),那么對可靠(kao)性和穩定性的要(yao)求就(jiu)應當放在第一位,大(da)(da)功率(lv)的工頻(pin)機(ji)UPS就(jiu)應當是首選(xuan)(xuan);如(ru)果是一般的辦(ban)公場所應用(yong),或(huo)者(zhe)主(zhu)要(yao)考慮到設備對空間(jian)的占用(yong),則可以采用(yong)高頻(pin)機(ji)UPS。

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