高頻機工頻機概念解析

關于高頻機工頻機概念解析UPS發(fā)展趨勢

隨著UPS技術的不斷發(fā)展，很多計算機、電力電子領域的新技術、新理念引入到UPS行業(yè)。與IT行業(yè)的其他產品類似，現(xiàn)在的UPS與從前的產品相比較，無論在主要性能上、外觀尺寸上、對現(xiàn)場環(huán)境的適應性及可靠性方面，都有了顯著的進步，有些指標甚至是質的飛躍，對于大中型UPS來說更是如此。

第2頁,共13頁，2024年2月25日，星期天工頻機結構圖可控硅整流+電池直流母線+逆變器+升壓變壓器

第3頁,共13頁，2024年2月25日，星期天高頻機結構圖PFC功率因數(shù)修正+DC/DC倍壓環(huán)節(jié)+獨立充電器+逆變器第4頁,共13頁，2024年2月25日，星期天工頻機主要工作原理

主回路結構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，當輸入市電正常時，靠整流可控硅的調節(jié)對電池充電，同時為GTR或IGBT結構的橋式逆變器供電，逆變器將直流逆變?yōu)榻涣?，最后經過輸出變壓器的升壓及濾波，提供純正的交流輸出。從其結構中可以看出，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^程中，每個環(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（可通過可控整流的導通角調整來適應輸入電壓變化，確保輸入交流電壓變化時整流輸出直流電壓的恒定），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是將輸出電壓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)，從可控整流輸入來的直流電在通過逆變器逆變出交流的過程中同樣采用的是斬波的做法，其結果同樣是輸出電壓等級的再次降低。正是由于上述的原因，在此種結構的UPS中，必須在輸出側加入升壓變壓器，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,共13頁，2024年2月25日，星期天高頻機主要工作原理UPS主回路結構采用不控整流加升壓環(huán)節(jié)，將交流輸入通過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較高的恒定直流電壓（與可控硅整流的效果相反，通過這種IGBT整流可以得到一個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，可實現(xiàn)電池直接掛母線方式所無法作到的充電效果）及逆變輸出部分提供電能。由于直流母線電壓足夠高，經過IGBT高頻逆變調整后，可直接得到恒定的逆變輸出電壓。此時無須在加一個升壓環(huán)節(jié)，完全可以省掉輸出升壓變壓器。第6頁,共13頁，2024年2月25日，星期天工頻機與高頻機性能比較在上述的兩種UPS結構中，后者在所有功率環(huán)節(jié)均采用了IGBT技術，由于數(shù)字技術的引入，大大提高了IGBT元件的開關頻率，因此此種結構的UPS稱作高頻UPS。與前者相比，在很多方面具有顯著的優(yōu)勢：第7頁,共13頁，2024年2月25日，星期天工頻機與高頻機性能比較

工頻機可控硅整流的最大缺點就是對電網的干擾問題，由于輸入斬波產生的回潰污染，通常只能采用附加的輸入功率因數(shù)補償環(huán)節(jié)，如有源濾波器等。不但增加了購買UPS的費用，同時效果也不理想，無形中又增加了一個故障點。而高頻機的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。從根本上解決了對電網回潰干擾的問題。

輸入環(huán)節(jié)第8頁,共13頁，2024年2月25日，星期天工頻機與高頻機性能比較逆變環(huán)節(jié)

工頻機采用GTR作為逆變輸出功率元件，因此其開關特性較差，即使采用了IGBT元件，由于控制上沒有相應的改善，其開關頻率也較低，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，逆變輸出的開關頻率非常高，因此輸出波形平滑，無須較大的電感元件，更可省掉變壓器。第9頁,共13頁，2024年2月25日，星期天工頻機與高頻機性能比較充電環(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。而實際上，UPS電池的配置是靈活多樣的，對不同容量的電池采取同樣的充電參數(shù)顯然會對電池延壽不利。而采用高頻技術的UPS，可通過數(shù)字化控制細化參數(shù)設置，作到為每種配置的電池指定最適合的充電方案，達到延長壽命的目的。第10頁,共13頁，2024年2月25日，星期天變壓器在工頻機與高頻機中應用

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/星變壓器可使UPS在角型輸入的現(xiàn)場得以應用；再如現(xiàn)場要求電壓與UPS輸出不同時，提供供電電壓轉換，滿足用電要求。還有一些用電場合要求輸入電與輸出電的全隔離，可在UPS輸出一側配置隔離變壓器，可有效抑制共模躁聲。工頻UPS雖然標準配置具有變壓器，但其隔離效果不一定完善，主要是隔離變壓器的位置應加在UPS旁路輸出與逆變輸出的公共輸出側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)。第11頁,共13頁，2024年2月25日，星期天工頻機與高頻機主要參數(shù)比較

機型項目

高頻機

(山特3C380K)

工頻機(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

動態(tài)穩(wěn)壓率±1%±4%

整機效率92%87%

不平衡負載100%

否

充電器智能兩段式充電器

恒壓限流充電器逆變器開關頻率19.2KHz5KHz

噪音60dB65dB體積(w*d*h)mm673