UPS工频机和高频机的区别

一UPS工频机和高频机的区别

1.在结构上：工频机设有内置逆变器输出隔离变压器,UPS输出与负载是隔离的.高频机没有此变压器,逆变器模块直接与负载连接.

1.1逆变器部分的区别:工频机的逆变器采用的是全桥式结构(四个逆变器),逆变器工作时,其中一组桥臂的驱动频率是50HZ(即工频),配有输出变压器。高频机的逆变器采用的是半桥式结构(两个逆变器),逆变器工作时,逆变器都是由PWM高频信号驱动,一般不配输出变压器,而是用电感线圈代替.相比较而言,工频机抗干扰能力强,过载容量大.

1.2整流器部分的区别:工频机整流部分采用传统的晶闸管或二极管桥式整流,直流总线电压为310V左右,在整流部分前加入输入变压器或者大容量的电感线圈滤波.高频机整流部分采用含PFC电路的升压整流电路,直流总线电压为+410V和410V.高频机采用PFC电路提高了输入功率因数,降低了输入干扰,但控制电路比工频机复杂,可靠性低.相反工频机为了降低输入干扰,采用了增加硬件的办法,可靠性高,但是成本也高,体积大.

1.3 DC/DC(即电池到直流总线电路)部分的区别:工频机DC/DC采用一个晶闸管或二极管来控制电池正极与直流总线的通断;高频机DC/DC采用BOOST开关电源电路来使电池电压转换为+410V和410V的直流总线电压工频机线路简单,只有一个晶闸管和二极管的压降(相当于电池直接连接到直流总线),电池能耗少;相反高频机线路复杂,需要在电池和直流总线之间增加高频开关电路,电池能量损耗大.

2.在性能上：

2.1工频机有隔离直流功能:

此变压器能有效将逆变器输出的直流分量与负载隔离,很好保护负载的安全,特别对于开关类以及感性类负载时很有必要的.而高频机没有:由于没有此变压器,当UPS逆变器中点电压发生飘移时,逆变器输出的直流分量直接送给负载,对于开关类及感性类负载造成短路烧毁负载及UPS的逆变器模块.特别当UPSIGBT故障击穿时其直流母线电压直接加在负载上是非常危险的.

2.2工频机有抗冲击的能力:由于变压器属于磁—电储能器件.当负载发生阶跃突

变时,动态响应性能好,即抗冲击能力强.而高频机抗冲击能力弱:没有储能器件缓冲,其输出特性较软,无法抗拒负载冲击.

2.3工频机纯净输出正弦波:变压器属于感性器件,与输出滤波电容组成LC低通道

滤波电路,净化了UPS输出.高频机由于逆变调制频率较高,UPS输出的谐波分量较大,易造成电缆及设备发热老化.

2.4工频机有效抑制零地电压:由于变压器的隔离作用,能有效抑制零地电压,保证

网络数据的安全.高频机:无有效一直零地电压的能力.

2.5工频机为工业机型:工频机在设计上属于工业类机型,能适应较恶劣电源环境

和使用环境.高频机从设计上讲是最求低成本,其可靠性较差,应在较好的环境中

使用.

2.6工频机的缺点:较高频机重,由于变压器使用有色金属制造,成本比高频机高.

高频机优点:重量较轻,体积小.省去了变压器,降低了制造成本.

小结:工频机控制电路简洁高效,可靠性高,单体积大,重量大,噪音偏高,价格高.高频机电路稍显复杂,可靠性比工频机低,单输入功率因数高(省电),题极小,重量轻,噪音小,价格便宜.

二两者之间的比较

1、高频机与工频机的特点

UPS按设计电路工作频率分为工频机和高频机，工频机和高频机的结构特点如下。

(1)工频机：以传统的模拟电路原理来设计，机器内部电力器件(如变压器、电感、电容器等)都较大，一般在带载较大运行时存在较小噪声，但该机型在恶劣的电

网环境条件中耐抗性能较强，可靠性及稳定性均比高频机强。

(2)高频机：利用高频开关技术，高频机逆变频率一般在20kHz以上。但高频机

在恶劣的电网及环境条件下耐受能力差，较适用于电网比较稳定及灰尘较少、温

/湿度合适的环境。UPS发展的方向是高频化、小型化、智能化和绿色化。因为

小型化可以节省投资、提高效率、节约空间等。小型化的前提是高频化，只有高

频化才可实现小型化。小型化的第一个目标就是取消输入/输出隔离变压器。以

前由于技术、器件和材料的原因，给UPS加入了输入/输出隔离变压器，使得产

品笨重、性能差、耗能大而且价格贵。后来由于新器件的问世，1980年由美国IPM公司首先推出的新方案成功地取消了输入隔离变压器，近几年由于技术的进

一步发展和成熟，推出了半桥逆变器变换方案，又成功地取消了输出隔离变压器，使UPS的性能又有了很大程度的提高，这就是人们所说的高频机，它进一步使UPS缩小了体积、改善了性能、减轻了重量、提高了效率、降低了成本和提高了

可靠性。所以国际上的知名公司大都放弃了带有输出隔离变压器UPS的生产。

2、高频机与工频机比较

高频机与工频机比较而言：尺寸小、重量轻、运行效率高(运行成本低)、噪声低，适合于办公场所，性价比高(同等功率下价格低)，对空间、环境影响小，相对而言，高频UPS对复印机、激光打印机和电动机引起的冲击(SPIKE)和暂态响应(TRANSIENT)易受影响，由于工频机的变压器把市电与负载隔离，在市电恶劣的

环境下，工频机比高频机能提供更安全和可靠的保护，在某些场合如医疗等，要

求UPS有隔离装置，因此，对工业、医疗、交通等应用，工频机是较好的选择。

两者的选择要根据用户的不同、安装环境、负载情况等条件权衡考虑。

高频机不带隔离变压器，其输出中性线存在高频电流，主要来自市电电网的谐波

干扰、UPS整流器和高频逆变器脉动电流、负载的谐波干扰等，其干扰电压不仅

数值高而且难以消除。而工频机的输出地电压低，而且不存在高频分量，对于计

算机网络的通信安全来讲，更加重要。

高频机输出没有变压器隔离，如果逆变功率器件发生短路，则直流母线(DCBUS)

上的高直流电压直接加到负载上，这是安全隐患，而工频机则不存在此问题。高频机与工频机性能比较的指标见下表：

表1高频机与工频机性能比较的指标

从以上的比对中可以清晰地看出工频机在很多方面优于高频机。对于可靠

性要求较高的一些重要、关键部位的电源保护方案还应以工频机为首选。

工频机的特点是简单，存在的问题是：

1)输入输出变压器尺寸大。

2)用于消除高次谐波的输出滤波器尺寸大。

3)变压器和电感产生音频噪声。

4)对负载和市电变化的动态响应性能较差。

5)效率低。

6)输入无功率因数校正，对电网污染较严重。

7)成本高，特别对于小容量机型，无法与高频机相比。

世界知名UPS厂商在技术选型和将来发展趋势上都是以高频为绝对主力方

向的，30kVA及以下的UPS都以高频机为主，这与高频机负载动态响应速

度快，能量密度高，体积小，噪声小，价格低(特别是小机)有很大关系，

特别是高频机可以做到输入有源功率因数校正，真正代表将来绿色电源的

发展趋势。

3、电路结构

工频机与高频机的概念主要是对整流部分而言，工频机是可控整流，传统

技术最好可做到12相整流;而高频机的整流是二极管不控整流十IGBT的

高频直流升压环节。对逆变器而言都是IGBT的SPWM高频逆变工作方式

(除早期的可控硅逆变工作模式UPS，目前已经淘汰)。另外，工频机的输

出变压器必不可少，由于其整流逆变等环节均为降压环节，因此在输出侧

必须有升压变压器作为电压的调整。而高频机由于具有DC/DC升压环节，

其输出侧不必要加升压环节(升压变压器)，对于需要加装隔离变压器的现

场，高频机也可按照要求加装隔离变压器选件，其作用也由原来的必要配

置转变为可选配置。UPS的电气结构所以发生了更新变化，主要是由于元

器件的发展，IGBT作为UPS的主要功率元件技术更加成熟，无论从容量、