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 工頻機(jī)與高頻機(jī)的區(qū)別

UPS按設(shè)計(jì)電路工作頻率來(lái)分,可分為工頻機(jī)和高頻機(jī)。工頻機(jī)是以傳統(tǒng)的模擬電路原理來(lái)設(shè)計(jì),機(jī)器內(nèi)部電力器件(如變壓器、電感、電容器等)都較大,一般在帶載較大運(yùn)行時(shí)存在較小噪聲,但該機(jī)型在惡劣的電網(wǎng)環(huán)境條件中耐抗性能較強(qiáng),可靠性及穩(wěn)定性均比高頻機(jī)強(qiáng)。而高頻機(jī)是以微處理器(CPU蕊片)作為處理控制中心,是將繁雜的硬件模擬電路燒錄于微處理器中,以軟件程序的方式來(lái)控制UPS的運(yùn)行。因此,體積大大縮小,重量大大降低,制造成本低,售價(jià)相對(duì)低。高頻機(jī)逆變頻率一般在20KHZ以上。但高頻機(jī)在惡劣的電網(wǎng)及環(huán)境條件下耐受能力差,較適用于電網(wǎng)比較穩(wěn)定及灰塵較少、溫/濕度合適的環(huán)境。

高頻機(jī)與工頻機(jī)比較而言:尺寸小、重量輕、運(yùn)行效率高(運(yùn)行成本低)、噪音低,適合于辦公場(chǎng)所,性價(jià)比高(同等功率下,價(jià)格低),對(duì)空間、環(huán)境影響小,相對(duì)而言,高頻UPS對(duì)復(fù)印機(jī)、激光打印機(jī)和電動(dòng)機(jī)引起的沖擊(SPIKE)和暫態(tài)響應(yīng)(TRANSIENT)易受影響,不適合帶重型及感性負(fù)載,由于工頻機(jī)的變壓器把市電與負(fù)載隔離,對(duì)市電惡劣的環(huán)境下,工頻機(jī)比高頻機(jī)能提供更安全和可靠的保護(hù),在某些場(chǎng)合如醫(yī)療等,要求UPS有隔離裝置,因此,對(duì)工業(yè)、醫(yī)療、交通等應(yīng)用,工頻機(jī)是較好的選擇。兩者的選擇要根據(jù)客戶的不同、安裝環(huán)境、負(fù)載情況等條件權(quán)衡考慮。

UPS 高頻機(jī)與工頻機(jī)的技術(shù)區(qū)別

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。

IGBT逆變器+升壓變壓器

新型全I(xiàn)GBT UPS結(jié)構(gòu)(高頻機(jī))如下,基本結(jié)構(gòu):不控整流+DC/DC倍壓環(huán)節(jié)+獨(dú)立充電器+逆變器

        從圖中可以看出,工頻機(jī)與高頻機(jī)的概念主要是對(duì)整流部分而言,工頻機(jī)是可控整流,傳統(tǒng)技術(shù)很好可做到12拍整流;而高頻機(jī)的整流是二極管不控整流+IGBT的高頻直流升壓環(huán)節(jié)。對(duì)逆變器而言都是IGBT的SPWM高頻逆變工作方式(除早期的可控硅逆變工作模式UPS,目前已經(jīng)淘汰)。另外,工頻機(jī)的輸出變壓器必不可少,由于其整流逆變等環(huán)節(jié)均為降壓環(huán)節(jié),因此在輸出側(cè)必須有升壓變壓器作為電壓的調(diào)整。而高頻機(jī)由于具有DC/DC升壓環(huán)節(jié),其輸出側(cè)不必要加升壓環(huán)節(jié)(升壓變壓器),對(duì)于需要加裝隔離變壓器的現(xiàn)場(chǎng),高頻機(jī)也可按照要求加裝隔離變壓器選件,其作用也由原來(lái)的必要配置轉(zhuǎn)變?yōu)榭蛇x配置。UPS的電氣結(jié)構(gòu)所以發(fā)生了更新變化,主要是由于元器件的發(fā)展,IGBT作為UPS的主要功率元件技術(shù)更加成熟,無(wú)論從容量、結(jié)構(gòu)、或是可靠性都大大地提高了,加之UPS數(shù)字化程度地不斷深入促成了新一代大中型UPS的主流結(jié)構(gòu)由原來(lái)的工頻機(jī)轉(zhuǎn)向高頻機(jī)(正如當(dāng)年可控硅逆變器被大功率晶體管GTR取代,之后又被IGBT逆變器取代一樣)。UPS電氣結(jié)構(gòu)的更新最直接的效果就是UPS主機(jī)體積的縮小,重量的下降,而更重要的是電氣性能的提高。下面具體分析兩種結(jié)構(gòu)UPS的電氣原理及電氣性能:

         早期大中型UPS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,最后?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)都是將壓環(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底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,必須在輸出測(cè)加入升壓變壓器,將逆變輸出的較低恒定電壓升致合理的輸出范圍,最終提供了恒定的220/380V輸出。

        目前較為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。

        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),因此此種結(jié)構(gòu)的UPS又為全I(xiàn)GBT UPS。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,與前者相比,在很多方面具有顯著的優(yōu)勢(shì):

        可控硅整流的缺點(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)。而新型的全I(xiàn)GBT整流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。

        由于從前的UPS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。而目前的UPS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。

        在充電環(huán)節(jié)上,全I(xiàn)GBT UPS具有更明顯的優(yōu)勢(shì)。早期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。而采用全I(xiàn)GBT技術(shù)的UPS,在直流母線上引出的直流電經(jīng)過(guò)IGBT斬波控制,可實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的充電,并可通過(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適合的充電方案,達(dá)到延長(zhǎng)壽命的目的。四通的ABM電池管理技術(shù)就是在全I(xiàn)GBT結(jié)構(gòu)的硬件基礎(chǔ)上通過(guò)合理的程序控制實(shí)現(xiàn)的。

        變壓器在全I(xiàn)GBT技術(shù)UPS中,作為可選配置為一些有要求的用戶配置。其功能也主要是適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)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UPS必須為單相輸出,且功率數(shù)較高時(shí)(一般容量大于20KVA時(shí),UPS很少有單相輸出的標(biāo)準(zhǔn)形式,都采用三相輸出形式),可采用輸出的三相/單相變壓器,提供供電形式轉(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輸出一測(cè)配置隔離變壓器,可有效抑制共模躁聲。但需要注意的是,采用可控整流的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測(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))。

 
 
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