高頻機與工頻機的區(qū)別-圖文

1、“工頻機” 和高頻機區(qū)別 所謂的“工頻機”傳統(tǒng)可控硅整流UPS 技術(shù)特征：技術(shù)特征： 整流器采用可控硅整流器采用可控硅 逆變器采用逆變器采用IGBT 變壓器變壓器3 +整流器逆變器變壓器帶輸出變壓器的UPS（大功率） 采用可控硅整流器的UPS，其逆變器輸出端必須采用一個升壓變壓器，如此才能輸出三相380V，否則UPS無法工作。 該變壓器是逆變器不可缺少的一部分UWV+U1W1V1N不帶輸出變壓器的UPS 此類UPS采用BOOST電路，將380V直流通過PWM斬波成交流正弦波 UPS可選裝輸出隔離變壓器（1：1）UPS負載負載選裝輸出變壓器選裝輸出變壓器UPS為什么可以不帶輸出變壓器整流器整流器

2、升壓器升壓器+逆變器逆變器INV. STATIC SW.RES. STATIC SW. UV W N U1 V1W1N1U2V2W2N2輸入輸出380VDC比較-殊途同歸整流逆變升壓市電負載整流逆變升壓市電負載變壓器的作用被曲解 隔離變壓器真正作用在于改變電網(wǎng)的配電制式，即改變零線 在中國國內(nèi)，隔離變壓器被賦予了隔離干擾的錯誤定義 隔離變壓器的作用是用來隔離零線的，還不是隔離干擾的無論UPS是否有變壓器，UPS都以對市電火線進行了隔離；而無論UPS輸出是否有變壓器，UPS都未對零線隔離請記住 在任何電源內(nèi)部，加入變壓器都是迫不得已的做法 對于隔離變壓器，所有UPS廠商都是選件 所有的UPS廠家

3、都以能夠取消變壓器而榮，并以此作為技術(shù)領(lǐng)先的說辭。 加入變壓器并不能為系統(tǒng)帶來可靠性的提高，而只會導(dǎo)致系統(tǒng)效率下降A(chǔ)C/DCDC/ACS.SUPS BYPASSDYN負載負載UPS DYNAC/DCDC/ACS.SBYPASSUPS DYNTO LOADAC/DCDC/ACS.SBYPASS輸出變壓器旁路變壓器主輸入變壓器真正的隔離變壓器應(yīng)加在這里UPS發(fā)展歷程可控硅整流器可控硅逆變器可控硅整流器GTR逆變器可控硅整流器IGBT逆變器IGBT整流器IGBT逆變器第一代第二代第三代第四代IGBT功率元件 IGBT：絕緣柵雙極晶體管 誕生于1988年，是目前最先進可靠的功率開關(guān)元件 目前已被全球所

4、有UPS廠商用于逆變器的功率元件 2000年各大UPS廠商起開始將IGBT成功用于UPS的整流器IGBT功率元件SCR可控硅可控硅MOSFET場效應(yīng)管場效應(yīng)管GTR大功率晶體管大功率晶體管IGBT絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管優(yōu)點優(yōu)點 最傳統(tǒng)的開關(guān)元件，目前仍在一些大功率UPS中用作整流器元件容量很大開關(guān)頻率極高觸發(fā)控制簡單容量大抗干擾能力強兼具了MOS管的高頻開關(guān)特性和GTR的大電流、抗干擾能力強的優(yōu)點缺點缺點 開關(guān)頻率低諧波污染嚴重復(fù)雜的關(guān)斷電路抗干擾能力差容量小，只用于小型UPS開關(guān)頻率低電流驅(qū)動復(fù)雜價格較貴UPS發(fā)展趨勢 高頻化 小型化 模塊化 智能化 取消UPS機內(nèi)沉重的變壓器是U

5、PS的技術(shù)大進步所謂所謂“工頻機工頻機”的問題的問題 輸入電壓范圍小輸入電壓范圍小 15% 頻率范圍小頻率范圍小6% 輸入功率因數(shù)低輸入功率因數(shù)低0.80.85 輸入諧波失真大輸入諧波失真大33% 效率低效率低92%（88%） 體積大體積大 重量重等重量重等 從技術(shù)發(fā)展看，隨著新材料、新原理、新器件的不從技術(shù)發(fā)展看，隨著新材料、新原理、新器件的不斷出現(xiàn)，所謂的斷出現(xiàn)，所謂的“工頻機工頻機”必將退出必將退出UPS的歷史舞的歷史舞臺臺所謂所謂“工頻機工頻機”的技術(shù)誤區(qū)的技術(shù)誤區(qū)由于有了變壓器：由于有了變壓器： 抗干擾能力強？抗干擾能力強？ 能適應(yīng)電網(wǎng)電壓的惡劣環(huán)境？能適應(yīng)電網(wǎng)電壓的惡劣環(huán)境？ 減少

6、負載對逆變器的沖擊，提高減少負載對逆變器的沖擊，提高UPS的可靠性？的可靠性？ 能提高輸出電壓的精度？能提高輸出電壓的精度？變壓器的真正作用：變壓器的真正作用： 升壓升壓 為負載產(chǎn)生中線為負載產(chǎn)生中線工工頻頻機與高機與高頻頻機區(qū)機區(qū)別別 “工頻”這種電路方案在上個世紀就開始應(yīng)用在UPS上了。高頻的界線就是20kHz，因為在這個頻率上正好脫出了人的聽覺范圍，上個世紀七十年代初就已經(jīng)提出了20kHz革命的口號，不過那時候還處在這種高頻的初期，電源也以小功率脈寬調(diào)制（PWM）直流輸出電壓為主，由于該項技術(shù)的復(fù)雜性，應(yīng)用在UPS上還是近十多年的事。我國所以還保留了生產(chǎn)工頻機的一片沃土，這有兩方面的原因

7、：首先是許多廠家基本來自于仿制，而仿制高頻機不像仿制工頻機那么容易，在仿制成功之前，工頻機仍是保業(yè)之本；另一方面也依賴于某些用戶對新事物的不敏感和對老產(chǎn)品的眷戀。盡管高頻機的地盤在不斷擴大和工頻機的地盤逐漸縮小，但也給工頻機生產(chǎn)廠家?guī)砹艘欢ǖ摹吧虣C”，原因是競爭對手少了。只要他們的銷售人員能夠說服消息閉塞的用戶，在投標中就幾乎碰不到幾個對手的競爭，成功的機會就很大。工頻機特點及原理若保留工頻機的一席之地必須要有使用戶認可的理由，于是變壓器具有“特殊作用”的理由也就產(chǎn)生了：比如它能夠抗干擾、緩沖負載突變，還能提高UPS的可靠性。因為在宣傳者看來高頻機UPS沒有變壓器，既然高頻機沒有變壓器就無法

8、和有變壓器的設(shè)備相比，從而使用戶對該變壓器留下深刻印象，甚至認為無變壓器的UPS就不能可靠的工作，好像這個變壓器是為了這些目的專門加上的，是不是這樣呢？回答是否定的。首先他把變壓器誤當成了電抗器，豈不知電抗器和變壓器有著本質(zhì)的區(qū)別。再就是這個變壓器是工頻機全橋逆變器不可分離的構(gòu)成部分，而且作用也很簡單，下面進行討論。 輸出隔離變壓器的升壓作用電原理圖輸出隔離變壓器的升壓作用電原理圖 620V二極管二極管整流器整流器二極管二極管整流器整流器晶體管晶體管逆變器逆變器充電器充電器市電市電升壓升壓變壓器變壓器192V192V輸 出電壓220V工頻機特點及原理工頻機變壓器的第一個作用變壓UPS輸出的22

9、0V正弦波交流電壓的峰峰值電壓是620V，而一般單相UPS的輸入整流電壓才310V（這還不包括一般為196V電池的情況），為了使逆變器不失真地輸出220V正弦波交流電壓，逆變器前面的直流電壓必須是650V 870V。由于工頻機逆變器的輸入電壓遠遠低于這個值，所以必須加一個輸出變壓器將電壓提升到額定峰值以上才可使用，如圖1所示。圖中所示為電池電壓為192V的情況，在中小功率中，為了節(jié)約成本，一般都不將電池電壓做得太高，所以輸出隔離變壓器一般為升壓工作方式。圖中虛線以左的部分為輸入隔離變壓器，現(xiàn)在已不作為標配。工頻機特點及原理工頻機變壓器的第二個作用對零線的隔離工頻機UPS采用的是全橋逆變器，如圖

10、1所示。這種逆變器輸出的不是一根火線和一根零線，而是兩根火線。圖2給出了在電壓正弦波輸出與輸入同步，無變壓器和不接地情況下，正半波時的電流流動方向和途徑，如圖中箭頭所示。此時電路工作正常，因為電流按正常路徑依次流過兩個整流管和兩個逆變管，如圖2所示，負半波也是如此。然而用戶的設(shè)備都要求輸入電源接地，而我國的用電制度則是零和地在變電站就連接在一起了，所以這里的接地就帶來了災(zāi)難。 LN工頻機特點及原理輸出隔離變壓器不能隔離干擾和緩沖負載，更不能提高設(shè)備的可靠性首先要建立的一個概念是：UPS的輸出必須具有良好的動態(tài)性能，就是說它的輸出端必須就有跟隨負載快速變化的優(yōu)越性能。換言之，不允許輸出端有任何抗

11、干擾和緩沖的功能，這是對電壓源的基本要求。所以變壓器的任何所謂的緩沖都是不允許的，實際上也都是這樣。目前所有UPS的隔離變壓器都是為了變壓和隔離零線的目的而接入的，并沒有隔離干擾和緩沖負載突變的的功能。圖4給出了這種變壓器的結(jié)構(gòu)電原理圖。從圖中可以看出，變壓器的初級和次級之間都有絕緣層，他們就構(gòu)成了一個一定容量的電容器C，電容器的容抗和頻率是成反比關(guān)系的，即： （1）式中： XC是變壓器初次級間等效分布電容的容抗，單位是歐姆（）。 f是干擾信號的頻率。單位是赫茲（Hz）。 C是變壓器初次級間等效分布電容量，單位為法拉（F）。工頻機特點及原理從這個公式可以看出，頻率越高，容抗就越小，也就是說干擾

12、信號的頻率越高，這個電容通路就越容易被穿過。由于一般干擾信號的頻率是很高的，可以直接穿過變壓器而長驅(qū)直入去干擾負載。若是較低頻率的干擾到來，它就會按照變壓器的變比按比例變換過去干擾負載。正因為變壓器并不抗干擾，所以幾乎所有UPS都在輸入和輸出端加有輸入/輸出濾波器，如圖5所示。PWM逆變器逆變器整流器整流器電電池池組組輸入濾波器輸出濾波器高頻機特點及原理高頻機UPS真的沒有變壓器嗎？一般認為高頻機沒有變壓器，這是一種誤解。實際上在高頻機UPS中也有變壓器，比如UPS輸出交流電壓220V時的電壓幅度峰峰值也是620V，而UPS中的電池電壓一般小功率都在192V以下，比如24V，36V，48V，等

13、等。如果沒有變壓器又如何將這些低電壓上升至620V呢！在人們的習(xí)慣中大都認為有線圈和鐵心的才叫變壓器，否則就不是變壓器，這就有些片面了。凡是能將一個電壓值變換為另一個電壓值的裝置都應(yīng)該是變壓器，只是人們還不習(xí)慣而已。不能以外形如何來定義，要以功能而論。又比如電磁爐和微波爐哪一個外形也不像習(xí)慣上做飯的爐子；宇宙飛船既沒有能飛的翅膀也不像船但對這些東西，人們已習(xí)慣了，也就叫開了。高頻機UPS由于有了這個電子變壓器又帶來了很多好處：由于所在的位置不同（不在輸出端），不但可以變壓，而且還有輸入功率因數(shù)校正功能，它可以將輸入功率因數(shù)校正到接近于1，這是工頻電磁變壓器所無法實現(xiàn)的；它的抗干擾功能也是工頻變

14、壓器所無法比擬的，這是因為普通電磁式變壓器必須將輸入的電壓波形沒有失真地傳遞到輸出端，所以也就將干擾一并送出。高頻機特點及原理高頻機的電子變壓器則不然，所示的電路是將輸入電壓波形進行切割后儲能送出：當整流正弦半波電壓波形到來時，開關(guān)S閉合，電流經(jīng)電感L和開關(guān)S和輸入形成回路，此時能量儲存在電感L中，開關(guān)S按照一定的頻率開斷與閉合，當開關(guān)斷開后，儲存在L中的能量與輸入的能量疊加后一起沿虛線方向給二極管D后面的電容和負載供電，而后再重復(fù)下一個同樣的周期。由電子變壓器取能時，并不將其送出，而是以靜態(tài)的形式儲存，不取能時再將儲存在電感中的能量送出。換言之，即使電網(wǎng)中有干擾，也會將動態(tài)干擾在儲能過程中平

15、復(fù)，就像波浪翻滾的河水流入湖泊后就會“偃旗息鼓”，平靜下來，而由湖泊向外提供的水流則是平緩的。誰也不會相信電池向外提供的電流中會有干擾成分。從上面的分析可以看出，工頻機變壓器抗干擾和緩沖之說是沒有理論根據(jù)的，而高頻機的變壓器從電路上就可明顯地看出它的對干擾隔離性能。相互的比較工頻機UPS的變壓器不但不能提高系統(tǒng)的可靠性，而且還會使其降低可靠性.1.從可靠性的觀點出發(fā)，多一個串聯(lián)環(huán)節(jié)就多一個故障點。而工頻機UPS就比高頻機多一個變壓器環(huán)節(jié)，只要這個環(huán)節(jié)的可靠性不是100%，就會降低系統(tǒng)的可靠性，而變壓器的可靠性又不是100%，因此這個變壓器降低系統(tǒng)的可靠性是肯定的。2.包括UPS在內(nèi)的電子設(shè)備在

16、高溫下最容易出故障，機器內(nèi)的高溫除外部環(huán)境溫度外，主要來自內(nèi)部的功率損耗，而變壓器作為機器的一部分，其功耗不可小視，一般要求變壓器的效率要大于95%，做到97%就不錯了。就是說變壓器功耗構(gòu)成了機內(nèi)溫升的一部分，如果沒有這個變壓器，就沒有這部分附加溫升，機器出故障的可能性就會小一點。從以上兩點可以看出，這個變壓器不但對UPS的可靠性沒有貢獻，而且還會降低其可靠性。而高頻機由于取消了這個環(huán)節(jié)，少了一個發(fā)熱源，當然可靠性就要高一點。也許有的認為由于變壓器重，重心穩(wěn)定、結(jié)實，因而就能抗干擾和使設(shè)備可靠性提高。這種從物理概念上去套用電子性能的觀點是一種誤解，因為這是風(fēng)、馬、牛各不相干的兩個概念。不屬于一個領(lǐng)域。從上面的討論已明顯看出高頻機的優(yōu)越性。由于UPS發(fā)展的方向首先是高頻化，這是歷史發(fā)展的必然規(guī)律，所以目前幾乎所有的國內(nèi)UPS生產(chǎn)廠家，在生產(chǎn)工頻機的同時還在生產(chǎn)著同容量的高頻機，以備萬一有一天用戶都改用了高頻機，好及時推上去，不至于青黃不接。高頻機的性能 1,全IGBT的綠色 UPSJ輸入功率因數(shù)： 0.99J輸入電流諧波失真度： 0.9 負載高功率密度，體積重量降負載高功率密度，體積重量降低低 80%的的UPS負載率負載率94%不同技術(shù)UPS的效率比較整流技術(shù)整流技術(shù)效率效率6脈沖整流器90%12脈沖整流器88%升壓整流器93%IGBT整流94%為您節(jié)省大