ups系统中隔离变压器的功能[1]

隔离变压器的性能及其在ups电源供电系统中的作用

这里讲的隔离变压器指的是工作在50Hz频率下的工频变压器，在ups不间断电源供电系统中，隔离变压器是个主要部件。视ups电源电路结构的不同和供电系统环境的差别，隔离变压器的功能和设置方法也不尽相同，所以并不能一概而论地存ups电源供电系统中都配置隔离变压器。我们首先要了解隔离变压器的功能以及它在ups电源供电系统中的作用，然后才能决定在什么情况下不用隔离变压器、什么情况下必须配置隔离变压器。

隔离变压器在ups电源供电系统中的功能

在ups电源供电系统中之所以要配置隔离变压器，有些是ups电源设备本身要求的，变压器足ups电源电路的一个重要的组成部分；有的是为了改善系统供电质量而设置的；还有的是为了电网与负载设备要求的电压置式之间的匹配而设置的。

(1)ups电源输入12拥整流必须配置隔离变抓器

当ups电源是传统双变换在线式刚，由于其输入的AC／DC变换是可控整流电路，输人功率因数低，而输入电流谐波成份高。对于三相输入6脉冲整流而言，输入功率因数在0 .8 左右输入谐波成分在30％以上，剥电网形成严重的污染，降低电网能量的利用率，同时要求增大系统配置的功率容量和设备成本。为了改善传统耿变换ups电源对电网污染的问题，最早采用的电路措施是改6脉冲整流为12脉冲整流，由于脉冲个数增加一倍，同时在输入端增加相应的滤波器后，可有效地将其输入功率因数提高到0. 95，将输入电流谐波成份降到10％以下，但这一改进措施要求增加一个隔离变压器和相应的滤波器(参见第4章的图4-19)。

由于12脉冲整流用的隔离变压器体积大，很重，通常是附加一个单独的机柜，所以ups不间断电源生产厂商只作为ups电源的可选件向用户提供。

(2)输出DC／AC全桥逆变器需要隔离变压器

当UPS的DC／AC逆变器由全桥电路组成时，输出端必须加隔离变压器，该变压器在传统双变换ups电源电路结构中的主要功能有两个：一是在电压的两次变换中完成升压功能，保证在电网电压下限和输出满负荷的情况下，ups电源能输出稳定的380V/220V额定电压；二是为传统双变换ups电源全桥逆变器三相输出提供零线，以满足单相输入电源负载的供电要求。所以输出隔离变压器是传统取变换ups电源电路结构的必备的组成部分。

(3)配电系统零-地电位差超过要求时需要加隔离变压器

在计算机机房供电系统中，交流电输入零线和机房地线存在着零一地电位差，这是一种常见的现象。当机

房中存在零一地电位差时，说明该机房的配电和零地系统有问题。

目前我国主要采用三相四线制或者三相五线制配电系统，适用三相负荷比较均衡且单相负荷较小的场所。

在这样的系统中，零线和保护地除在电力变压器中点共同接大地外，在机房中两线没有任何电气连接。如

果系统中存在一定数量的单相负荷，就难以实现三相负荷平暂，零线上的不平衡电流，加上线路中存在着

外关电源或整流器产生的高次谐波(主要是三的整数倍次)电流及荧光灯引起的高次谐波电流等，都会在零

线上叠加，且由于各负载用电量变化和用电的不同时性，使得零线中电流时人时小，极不稳定，造成零点

接地电位不稳定要移，不但使设备外壳带电，对人身不安全，而且南于电位基准点上叠加了漂移电位，从

而使以其为基准电位的电子设备受到噪声电压的干扰，工作不稳定。

在三相供电接地系统中，如果供电系统所在地距离变压器中线接地点较远，可在系统所在地重复接地，形

成个新的TN—S供电系统。在计算机机房供电系统中，当由于系统内部某些设备的工作状态而产生零一地电位差时，通常不允许采用重复接地的办法加以解决。

如果在关键的设备前面把已存在零一地电位差的零线硬性接地，迫使该处的零线电位保持零电位，其结果

是存电力配电进线点(输入配电柜)到重复接地点之间，形成零线与地线并联，零线中本已存在的电流将按

阻抗的大小往零线与地线中苹新分配，地线中一旦有电流流过，必然会影响到整个接地系统，加大接地系

统形成的干扰，特别是加大了同一供电系统中的各个电子设备之间的相互干扰，造成整个系统各用电设备

工作都不稳定。

在二相五线供电系统中，零线中存在电流是不可避免的，而零-地电位差则反映了配电和接地系统的质量，设想如果系统中零线导体的截面足够大，使其传输阻抗接近零，那么，同样的零线电流在这样的接地系统

中形成的零地电位差就会大大减小。所以些电子设备厂商就以零-地电位差做为衡量配电和接地系统的标准。

用无限加大零、地线截面的方法是很困难的，且效粜也很难达到理想的要求。解决供电系统零-地电位差最有效的办法是在关键的电了设备前加隔离变压器。此隔离变压器可以是为此设备供电的电源设备的部分，

可以是被供电设备的一部分，即带变压器输入的电子设备，也可以在被供电设备前刚加一个隔离变压器。

用此方法可从根本上解决零地电压差的问题，同时又不对整个供电系统质量产生影响。

(4)当电网和负载电流电源的制式不同时需要配置隔离变压器

如果要把为某一特定市场设训的ups电源其他供电设备销售到别的国家去，或者系统重所用的计算机设备来自不同的国家，那么首先要解决不同国家电源制式(标准)不一样的问题。世界各国的电源标准有以下几种：

50Hz：100V、110V、115V、120v、127V、：220V、230V、240V：

60Hz：100V、110V、115V、120V、127V、．220V，、230V。

要求供电设备或负载设备本身解决这个问题u，能花费很大，甚至难以解决，但在供电系统中解决不同设

备的工作电压幅值不同的问题却比较容易，只要在需要改变电压幅值的设备(包括供电设备和负载设备)前

面配置同容量的符合电压变比的变压器就叫以了。用于这种目的的变压器可以是隔离的，也可以是不具备

隔离功能的自耦型的。要解决频率的差别就团难得多，通常要增加有变频功能的供电设备。

(5)三相输入单相输出变压器

三相输入单相输出是当前ups电源输入输出电压配置中的一种，主要应用场合是：电网环境是三相380v 动力电，而负载是功率不大的单相输入的设备，且负载功率集中，有时是一台ups电压只带一台设备(例

如医疗设备、工业控制设备等)。此时ups电源具备不停电供电和改变电压制式双重功能，这就是所谓的

三进单出ups电源。对于传统取变换ups电源而言，系统正常工作时，尽管是单相输出并接单相负载，而输入端的三相电流还是平衡的(不平衡度取决于ups电源性能)。但是，当输出过载或ups电源故障时，ups 不间断电源系统转旁路运行，此时将由三相市电中的一相对单相负载供电，这不仅会造成市电三相电流100％的不平衡，在设计ups电源输入系统时，还必须按单相负载的用电容量配置三相输入每一相的容量，其结果是三相输入的总供电容量和相应的其他三相供电设备(包括变压器、配电开关、线缆等)的总容量都三倍

于负载的用电容量，大幅度提高了系统建造成本，降低了系统运行效率。

采用三相输入单相输出变压器可缓解上面的问题。具体做法是在ups电源旁路系统(包括静态旁路和维修

用的手动旁路)配置个3/1变压器，如图5-10所示。

图5-10 3／1变压器的配置方法