谈UPS的发展前景
摘要：本文介绍了工频机UPS与高频机UPS的区别，高频机UPS的优点及其代替工频机UPS的理由。并重申了工频机UPS输出变压器的基本作用。
叙词：工频机UPS 高频机UPS 输出变压器
Abstract：This paper introduced the difference between industrial frequency UPS and high frequency UPS. High frequency UPS excellence and the reason of replace industrial frequency UPS.Besides iterates the basic function of industrial frequency UPS output transformer.
在历史发展中总是遵循这样一个规律：每当一种技术阻碍生产力发展时，就会有一种新的技术产生出来将其代替。毫不例外，高频机UPS技术问世了。为了区别以前的UPS，就起了一个高频机UPS的名字。原来那种输入输出都工作在50Hz并且有输出变压器的老的电路结构称作工频机UPS;而这种输入输出电路都工作在20kHz以上且没有的输出变压器的电路就称为高频机UPS。
3 高频UPS比工频机UPS有哪些优点
(1)输入功率因数高
任何容量的高频机UPS的输入功率因数都可做到0.99或以上，谐波电流小于5%，前置发电机的容量理论上和UPS功率相同，大大缩减了投资和占地面积等。尤其是对市电的充分利用具有良好的经济意义和社会意义。
(2)本身功耗小
在同样指标下，比如要求输入功率因数为0.95以上时，工频机UPS就必须外加谐波滤波器或改为12脉冲整流，就是说前面要增加一个设备，再加上输出变压器，就比高频机UPS多了两个环节，如图1所示。
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图1 高输入功率因数下的工频机UPS和高频机UPS结构方框图
由于此二者的影响，使得工频机UPS的效率比高频机UPS低5%。在同样100kW的容量时工频机UPS每年要比高频机UPS多消耗5万度电!这在中央号召节能减排的今天具有深远意义。
而高频机UPS由于工作在20kHz以上，20kHz是人的耳朵听不到的频率，使工作环境安静下来。又由于高频机UPS的输入功率因数高达0.99以上，几乎是线性，所以对外干扰几乎为零。
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(a) 工频机UPS的并联方框图
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(b) 高频机UPS的并联方框图
图2 两种UPS并联方框图
(4)体积小、重量轻
工频机UPS由于有输出变压器和适应50Hz的电感电容等低频器件使得体积重量都很大。比如某品牌200kVA工频机 UPS 重1380kg，而同是这一家的250kVA高频机 UPS 重量只有830kg。
(5)全数字技术
工频机UPS开始是模拟技术，现在一般发展为数字与模拟相结合的技术。模拟技术的可靠性要比数字技术低。而高频机UPS技术是一种全数字化技术，不言而喻，可靠性是很高的。
(6)对电网的适应能力强
工频机UPS对于适应输入电压±15%的变化已很不易;而高频机UPS甚至适应输入电压±30%以上的变化，这又大大延长了电池的寿命。
(7)能将并机环流衰减到几乎为零
工频机UPS的并联就是变压器的直接并联，而变压器的直接并联最容易产生环流，而且这个环流的路径畅通无阻，如图2(a)所示。高频机UPS由于没有输出变压器，它们的并联如图2(b)所示。可以看出这里的环流路径上处处是障碍，小于2V的电压差根本形不成环流，而工频机UPS在此情况下就会形成很大的环流。
总之，高频机UPS在性能上不但能完全替代工频机UPS，而且还增加许多后者没有的特点。
4 UPS输出隔离变压器的作用
能够取消输出隔离变器的理由何在?以往有的认为工频机的变压器具有抗干扰和缓冲负载突变的作用，好像这个变压器是为了这些目的专门为用户设计的。是不是这样呢?回答是否定的。首先，他把变压器当成了电抗器，岂不知电抗器和变压器有着本质的区别。再就是这个变压器是工频机不可分离的构成部分，而且作用也很简单，下面进行讨论。
(1)工频变压器的作用
UPS输出的有效值电压为220V，其正弦波交流电压的峰峰值电压是620V，而一般单相UPS的输入整流电压才310V(这还不包括一般为196V电池的情况)，为了使逆变器不失真地输出有效值为220V的正弦波交流电压，逆变器前面的直流电压必须是650V～870V。由于工频机逆变器的输入电压远远低于这个值，所以必须加一个输出变压器将电压提升到额定峰值以上才可使用，如图3所示。图中所示为电池电压是192V的情况。在中小功率中，为了节约成本，一般都不将电池电压做得太高，所以输出隔离变压器一般为升压工作方式。图中虚线以左的部分为输入隔离变压器，现在已不作为标配。
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图3 输出隔离变压器的升压作用电原理图
(2)对零线的隔离作用
工频机UPS采用的是全桥变换器，如图4所示。这种变换器输出的不是一根火线和一根零线，而是两根火线。但一般的UPS负载要求必须具有零线，以便于接地，如果在没有输出隔离变压器的情况下，就将一根火线硬性接地，如图4(a)所示，就会导致UPS的工作失常。图中给出了在电压正弦波正半波时的电流流动方向和途径，负半波也是如此。从图中可以看出，由于零线的接入，使负载电流经过负载后不是经过整流器和逆变管，而是直接流回市电的零线输入端，在这种情况下，图中用虚线标出的一只整流器和一只逆变功率管就未起作用。按照正常的工作程序，负载电流应该流过两个桥式电路的各2只管子，如图4(c)所示，图4(d)是它的等效电路。由电路可以看出，当在输出端增加了隔离变压器后，就可以在变压器的次级(负载输入端)连接市电的零线，于是就构成了一个可靠的供电系统。
所以这个变压器是全桥电路不可分割的一部分。是为了解决上述困难的权宜之计，和其他没有必然关系。
