工频机与高频机的区别,带图解数据公正分析

谈UPS的发展前景

作者：王其英

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.

Keyword：Industrial frequency UPS, High frequency UPS, Output transformer

1 引言

技术总是在发展的，新技术代替旧技术是历史的发展规律。然而，新旧之间的替代与转换一般并不是那么顺利，人类社会是这样，自然、科技领域也是这样。现在的电子技术已进入数字化时代，这是不可逆转的技术发展规律，各行各业迟早都要集中到这一条路上来。但就某一个时期来说发展是不平衡的，这中间有诸多因素的影响，比如各自的技术发展水平不同，人员对新技术的认识和接受能力不同等等。具体到UPS领域又何尝不是如此。

2 工频机UPS和高频UPS的一般概念

静止变换式工频机结构UPS技术出现在上个世纪70年代，毫无疑问在当时属于尖端技术，几十年间也为电子电器技术领域做出了不朽的贡献，有口皆碑。一般说任何技术的先进性是相对而言，任何先进的产品也有其一定的适用期。随着IT技术的出现与发展，工频机UPS组件暴露出它的缺点，比如体积大、重量大、功耗大和输入功率因数低等不利因素大大影响了数据中心的可靠性。

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

工频机UPS一般在200kVA以下的输入电路都采用了可控硅6脉冲整流，输入功率因数不超过0. 8，谐波电流有30%之大。如果前置发电机，发电机的容量至少要3倍于UPS功率；如果是单相小功率UPS，发电机的容量至少要5倍于UPS功率。

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。

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。

(3)对外干扰小

干扰有两种，一种是听得到的机械噪声，一种是听不到的电噪声，这两种噪声工频机UPS都有，形成了对设备和对人的伤害。电噪声影响机器的稳定度，机械噪声影响人的身心健康，降低工作效率。

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。

(a) 工频机UPS的并联方框图

(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。