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科士达工频机UPS电源和高频UPS电源的区别

2023-11-13

目前UPS的发展方向是高频机型UPS替代工频机型UPS,因为**先高频机型UPS相比工频机型UPS来讲,不仅取消了笨重的变压器,在效率方面也是提高了近5%。可是国内的现状是还有些户对高频机不太信任,这一方面也是因为宣传的缘故。造成了普遍用户对高频机的不信任。虽然工频机型UPS使用的历史比较长,但由于它固有的缺点想真正提高机房节能是不太可能实现的。
 
  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、科技领域也是如此。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,但某一个时期来说发展是不平衡的,这中间有很多因素的影响,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。
 
  一、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,毫无疑问在当时属技术,几十年间也为电子电器技术领域作出了不朽的贡献,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,会有一种新的技术产生出来代替。毫不例外,高频机UPS技术问世了。为了区别以前的UPS,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称为高频机UPS。

 二、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。如果前面接发电机,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。
 
  但是,任何容量的高频机UPS的输入功率因数都可做到0.99或甚至以上,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必须外加谐波滤波器或改为12脉冲整流,是说前面要增加一个设备,再加上输出变压器,比高频机UPS多了两个环节,如图1所示。由于此二者的影响,使得工频机UPS的效率比高频机UPS低5%。在同样是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,能源的节约具有深远意义。
 
  3、 对外干扰小
 
  UPS的干扰一般有两种,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。又由于一般的高频机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。
 
  4、 体积小、重量轻
 
  工频机UPS由于有了输出变压器和适应50Hz的电感电容等低频器件使得体积重量都很大。比如某200kVA工频机UPS重1380kg,而同是这一厂家的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UPS的电池寿命。
 
  7、能将并机环流衰减到几乎为零
 
  工频机UPS的并联**是变压器的直接并联,而变压器的直接并联容易产生环流,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,而且还具有很多后者没有的特点。
 
  工频机UPS的生产厂商和推销者为了延长产品的销售寿命,在其他性能指标上无法与高频机 UPS抗敌,把希望寄托在输出变压器上,因为高频机 UPS没有这个变压器,再加之一些用户缺乏技术概念,于是赋予了变压器很多具有神秘色彩的功能。比如这个变压器可以抗干扰、可以缓冲负载浪涌电流、可以隔直流、可以适应电网电压的冲击和变化,等等。
 
  在这里,不要忽略电源的基本功能,UPS是电压源,电压源的基本功能是输出电压动态性能要好,即无论负载在允许范围内如何变化,电压总是稳定的。根本不允许变压器对负载进行什么“抵抗”或“缓冲”。
 
 
  下面来讨论逆变器功率管损坏情况。逆变器功率管的损坏有两种情况:断开或穿通(短路)。图4示出了UPS全桥逆变器一个功率管(比如VT2)开路(断开)的情况。从图中可以看出,在此情况下的电流路径只能是一个方向的,**是说只能输出一个**性的半波,如图中所示。一个**性**意味着含直流成分,直流电流分量在变压器初**绕组中的积累会使绕组达到饱和状态,**类似于绕组短路,形成很大的电流,以致将变压器和电池这个回路烧断时才结束。这个直流电流倒是没有进到负载端,但UPS本身烧了。
 
  再看逆变器一支功率管(比如VT2)穿通(短路)的情况。只要VT4一导通**形成对前面直流电压的短路状态,如图5所示。强大的电流可将VT4瞬间炸毁,如果不是炸断**更危险,它可能会将电池组烧毁。某电子公司**因为这原因,一举烧毁了72节100AH电池。在这种情况下也是隔断了直流,同样是把自己给烧毁了。
 
  以上两种情况都是用烧毁UPS本身的代价而保护了IT设备,这对IT设备用户是不是**算是一种福音呢?当然不是,因为不论是烧毁UPS还是IT设备都会使系统崩溃而无法继续工作。
 
  如果UPS供电设备在逆变器功率管损坏的情况下不但保护了IT设备,同时也保证了本身的安然无恙,这样的隔直流功能才有实际意义,这才是用户真正需要的。
 
  在大功率三相UPS中这个变压器具有隔断三次谐波的能力,但必须是D-Y连接,如图6所示。可惜的是这种连接方法的是线电压上的三次谐波,而相电压上的谐波不能,
 
  三、高频机UPS与工频机UPS的现状
 
  因为高频机UPS对技术与工艺以及生产手段的要求非常严格,一般也不容易防制,20kHz以上的高频机UPS容量都小于100kVA,只有少数制造厂的技术真正过关,并且已显示出强大的生命力。在大功率范围虽然不能做到20kHz,但可以采用高频机结构,比如用IGBT高频整流(相对于50Hz而言),频率一般在15kHz以下,多数厂家已可做到200kVA,但也有佼佼者,比如秀康10年前**可做到8kHz/480kVA,伊顿9395也可做到15kHz/1200kVA,并已成为美国的军方指定产品。这说明高频机结构UPS技术早已成熟。在我国军方和金融等重要部门也纷纷采用,并收到了良好的效果。
 
  当然工频机结构UPS在这种情况下的日子会越来越艰难,好在是还有那么一批厂家的高频机结构UPS没有过关,还得主推工频机UPS,作为市场手段多说一些当前用工频机UPS更合适之类的语言,多说一些工频机的好处和多找一些高频机的缺点均属正常现象,这可以理解,也可能是认识问题。但不要认为工频机UPS技术永远不落后。从科学发展观来说,以后一段时间内无疑是高频机UPS的市场。不可否认,高频机UPS同样也有退出历史舞台的**,当然那是后话。
 
  四、所谓两个发展方向
 
  现在有一种说法:高频机UPS和工频机UPS是两个发展方向。这**使人糊涂了:
 
  难道效率低的产品也是发展方向?难道部考虑节能减排了吗?
 
  难道耗费资源和笨重的产品也是发展方向?
 
  总之,这种观点不外乎说:高频机UPS与工频机UPS并存;节能减排与浪费能量和资源并存;先进与落后并存…所谓技术上的并存应该是不可替代的,比如自行车虽然比汽车跑得慢,但它们在一定程度上是互相不可替代的;而这里的UPS技术却是可以完全替代的。这**像汽车2型可以替代1型,3型可以替代2型一样的道理。

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