APCUPS电源BK500Y-CH
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产品规格：65461321
产品数量：1012.00台
包装说明：木箱包装
价格：面议
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APCUPS电源BK500Y-CH
UPS的每一次发展与变革,都几乎与变压器有关,较近两年,由于高频UPS与工频UPS的争论,工频UPS以市电输入功率因数低、效率低而被淘汰。高频UPS成为当前UPS的发展方向。由于工频UPS应用了输出变压器,因而输出变压器也成了落后技术的标记而被淘汰不用。实际上工频UPS的落后是由于应用了晶闸管多相相控技术而引起的。与输出变压器没有关系,如果把晶闸管换成GTO,把多相相控换成Udc-PWM控制,把输入整流变压器改用自耦变压器,同样可以把工频UPS的性能提高到高频UPS的水平。同时还可以使开关损耗比高频UPS小30倍[1],采用输出变压器较大的缺点是体积、重量大,但它对UPS性能的提高确实还有好的一面,如可以使UPS的负载与市电电源隔离,可以滤除逆变器输出电压中的直流分量等。正是因为如此,所以国外有的厂商还在生产带有输出变压器的UPS,而且我国的一些用户也还在使用有输出变压器的UPS。如中石化、钢铁、电力、军事等部门,其原因就在于有输出变压器的高频UPS有如下的优点:
(1)可以实现负载与市电电源的隔离,可以阻止与衰减市电电源中的高压尖峰脉冲、高压毛刺、暂态过电压、电涌等对负载的*,增加了负载运行的安全性;
(2)可以滤除逆变器输出电压中的直流分量;
(3)可以减小UPS的零地电压;
(4)可以帮助高频UPS实现节能控制,把开关损耗减少50%;
(5)能够缓冲负载的突变,提高UPS的运行安全性。
但也有人认为输出变压器只是在工频UPS中有升压和产生三相四线输出的零线,没有隔离和抗*作用,所以在高频UPS中是用不着的。事实并非如此,它有很强的隔离与阻止和衰减市电电源中高压脉冲、暂态过电压等对负载产生的*,这种作用是由于变压器的频率特性决定的。
1输出变压器的频率特性和隔离功能
这里所说的隔离功能是指隔离与阻止市电电源中的高压尖峰脉冲、尖峰毛刺、电涌、暂态过电压等对负载的直接影响。隔离的含义是要使负载与市电电源的火线没有直接的电接触(单独的零线接触构不成回路,不能产生*),即不让负载与市电电源有直接的导体连接。负载所需的工频电能只能通过变压器初、次级绕组之间的电磁耦合来传送,用变压器初、次级之间的绝缘材料来隔离市电电源中的高压尖峰脉冲、暂态过电压、尖峰毛刺等传送到负载。变压器的这种隔离作用,是由变压器参数随电源频率变化所产生的输出电压衰减特性(即频率特性)形成的。为了说明这种功能,可以用变压器的等效电路推导出它的频率特性来进行证明。
作为变压器,一般都是工作在某一固定的频率,如工频电源变压器,它是工作在工频50Hz,但当考查变压器的隔离功能时,就必须研究它对低频与高频谐波所能产生的输出电压衰减特性。
对于一般的输出变压器,它的等效电路如图1所示。
这些参数是按一般理论值给出的。对于低频谐波与高频谐波,这些参数会发生相应的变化。
(1)对于低频谐波
电路中的漏抗会因频率降低而变小,故可以忽略不计,得到低频谐波简化等效电路如图2(a)所示。为了考查低频谐波的输出电压衰减特性,可以用电压衰减系数U2′/U20′来表示,其中U2′为折算到初级的不同频率时输出电压,U20′为折算到初级的工频时输出电压。假定f为电压频率。
在变压器初级加入不同频率的谐波电压时,变压器内的参数将会发生不同的变化。因此输出电压也将随着输入电压频率的不同而变化。输出电压的衰减系数也要发生变化。
根据等效电路图2(a),输出变压器的输出电压衰减系数为
(2)对于工频50Hz基波
电路在工频50Hz基波时,漏抗仍然很小,仍然可以忽略不计。同时铁损也较小。而初级绕组感抗却较大,所以rc和L1的并联支路可以看成是开路,故可以得到简化的等效电路如图2(b)所示。此时的输出变压器输出电压的衰减系数U2′/U20′=1,即电压无衰减。
(3)对于高频谐波
电路在高频时,rc和L1的并联支路可以看成是开路,而漏抗却因频率的升高而变大,不能忽略。故得到简化的等效电路如图2(c)所示。此时输出变压器的输出电压衰减系数为
式中:n为变压器变比。
根据低频谐波、工频基波、高频谐波时的等效电路及输出电压衰减系数表示式,作出输出变压器输出电压衰减系数U2′/U20′与谐波及基波频率f之间的关系曲线如图3(a)所示。此外,由于变压器绕组电感和分布电容随着工作频率的变化而变化时,也能引起输出电压相位的变化,变化值与工作频率f的关系曲线如图3(b)所示。通常把U2′/U20′与f的关系曲线叫做频率特性,曲线形状与铁心材料、绕制工艺、初级电感与初、次级漏感的比例有关。由图3(a)所示的频率特性可知,输出变压器对直流、低频及高频谐波电压、高频脉冲电压是有很强衰减和阻止作用的,特别是直流电压和频率**fG的谐波电压和高频脉冲电压都具有很强的隔离阻断作用,使逆变器输出电压中的直流分量、高频谐波分量,市电电源中的浪涌、高频尖脉冲、暂态过电压、毛刺电压等不能流入到负载。故输出变压器确实具有隔离、抗*作用,以及对负载突变具有缓冲作用,这一点是不应怀疑的。
2 有输出变压器UPS的组成与节能控制
高频UPS较大的缺点是开关损耗比较大,为了减少开关损耗,通常的方法是采用软开关或节能控制,但当频率较高时系统会产生高频效应,如集肤效应、邻近效应,使分布电容电感增大,电容电感参数发生质变等,因此不宜采用软开关技术。只能采用SPWM节能控制技术。这时,就必须应用输出变压器来帮助高频UPS实现SPWM节能控制。
高频UPS的SPWM节能控制的原理和方法,我在文献[2]中已经做过了介绍,它是利用三相电压(或电流)的对称性,在电压(或电流)波形的()60°峰值区间内不进行SPWM控制,而只在()和()之间进行SPWM控制,以达到节省开关损耗50%的节能效果。为了实现这种节能控制,在控制电路中加入60°方波脉冲与SPWM控制波形叠加作为开关管的驱动脉冲信号。因此在三相半桥式逆变器的输出电压中,将会含有因为SPWM调制而产生的零序谐波,因在控制电路中加入了60°方波脉冲而产生的零序谐波。因此如何消除这些零序谐波就成了高频UPS实现节能控制的关键。对于整流器来说,由于市电输入电路本身就是三相三线输入电路,零序电流没有通路而被自动消除。但对于三相半桥式逆变器来说,它的输出是三相四线制的,零序电流是有通路的。因此必须用输出变压器的Y/Y或△/Y接线把它改变成三相三线制输入、三相四线制输出来帮助逆变器消除零序谐波,实现SPWM节能控制。这就是采用节能控制的高频UPS必须要用输出变压器的理由。
摘要:文中通过对高频机型UPS用与不用输出变压器的技术解析,介绍了输出变压器的频率特性和隔离功能,有输出变压器高频UPS的组成与节能控制、输出变压器对效率曲线形状的影响,无输出变压器阻止与抗*功能的实现。通过这些叙述来说明高频UPS采用与不采用输出变压器在技术上的真正原因,以纠正一些不正确说法引起的争论。采用输出变压器是节能控制技术的需要,不是传统工频UPS的遗留物;不采用输出变压器,实际上也是节能技术发展的结果,不是因为输出变压器没有隔离与抗*作用而被淘汰的。相反,输出变压器的频率特性具有很强的隔离与抗*作用,输出变压器的漏抗对负载突变也有很好的缓冲作用。
4 关于无输出变压器高频UPS抗*功能的实现
有输出变压器高频UPS是一种功能完善的高频UPS,它既可以实现不间断供电,又克服了市电电源的某些电能质量问题,并可以把市电中的浪涌、高压尖脉冲、暂态过电压、尖脉冲、毛刺等与负载隔离,使负载不受其*。但这种UPS有两个大的缺点:一是体积重量大;二是变压器本身是有损耗的,这种损耗不仅仅直接降低了UPS的效率,而且这种损耗是一种并联固定损耗。它可以使UPS的效率曲线发生形变，较大效率ηmax向负载率大的一侧移动，使UPS低负载率时的效率降低。这个缺点实际上就是由变压器的铁心损耗电阻和初级绕组电感造成的[即图2(a)中的rc和L1]。为了提高UPS的效率，特别是提高低负载率时的效率，有些人提出来去掉输出变压器，并把无变压器UPS定为UPS的发展方向。要去掉输出变压器，并保持UPS原有的抗*水平，必须要解决两个问题:
(1)必须采取措施把逆变器输出电压中的直流分量清除掉;
(2)要用固定的外加电感取代变压器中的初、次级漏感，以隔离或阻止市电中的浪涌、高压尖脉冲、暂态过电压、尖脉冲、毛刺等对负载的*。
实际上,高频无变压器UPS中的输入与输出滤波器用截止频率就可以起到阻止高频谐波的作用,只是不能消除逆变器输出电压中的直流分量,如图8中虚线框内的输入输出滤波器。
由于电力电子技术的发展,使得变压器在UPS中的作用可以用无变压器电路来完成,如表1所示。
这为无变压器UPS的实现打下了基础。由于去掉了输出变压器,使并联固定损耗减小,因此UPS效率曲线中的ηmax点向负载率小的一侧移动,得到效率与负载率的关系曲线如图9所示。
可以看出,负载率在25%～**时,无输出变压器UPS的工作效率基本上可以保持在94%以上,这对于在“1+1”冗余并机或双总线配置系统中应用时是很有利的,因为这时UPS的实时负载率只有30%～40%,此时UPS的效率仍然可以保持在94.2%以上。这是无输出变压器高频UPS较显着的优点之一。
有输出变压器高频UPS与无输出变压器高频UPS的性能对比如表2所示。由此表可知,两种高频UPS都是当前较好的UPS,各有特点。对于某些需要采用输出变压器进行隔离的用户,例如某些石化、钢铁、电力部门作为自动控制或仪表供电电源时,就采用有输出变压器的高频UPS,对于大多数不需要采用输出变压器隔离的用户,从效率、投资与体积重量等方面考虑还是采用无输出变压器高频UPS好。
这里需注意的一点是,无输出变压器高频UPS有多种:有用两个三相半桥式逆变器构成的,也有用两个三相四桥臂逆变器构成的;有的带蓄电池、放电电压变换器(Buck/BoostDC/DC变换器)以实现蓄电池充放电管理,有的不带;有的带不平衡负载或非线性负载引起的直流脉动电流滤波器，有的不带;有的用阻抗源逆变器构成，有的不用;有的用SPWM节能控制，有的用软开关技术，有的什么节能措施都不用……因此，都是无输出变压器高频UPS，但性能差异较大，选用时应当注意选择。
5 结束语
笔者认为,对于UPS的研发和改进应该分成两个阶段:**个阶段是对UPS能量变换方式或型式的改进。例如由晶闸管多相相控整流器被BoostPFCSPWM高频开关式整流器取代,在UPS中去掉了工频变压器,开发出高频无变压器UPS,使UPS的技术性能和节能水平得到了很大的提高,但这只是取得了阶段性成果。*二个阶段应该是对UPS能量变换次数或UPS的结构型式进行改进。当前的无变压器高频UPS采用的是集中供电方式,从市电到电脑开关电源的输出端,总共要经过三次整流、二次逆变、一次变压共六次变换,使电能损失高达30%以上,是一种较大的浪费。因此,从提高电能应用效率来考虑,应该尽量地减少电能的变换次数。第一步首先是减少无输出变压器高频UPS变换次数,将它的整流、逆变双变换合并成一种变换。研发推广市电交互式UPS。第二步是去掉集中供电的高频无变压器UPS,研发与推广高频开关式UPS自主供电方式,这样才能较大限度地提高市电电能的利用率。所谓高频开关式UPS自主供电方式就是在各台电脑的开关电源中加入蓄能锂电池构成UPS,实现一对一分散供电方式。这样做的好处是:负载率高、效率高、可靠性高、减少了占地面积与投资费用,也减小了铅酸蓄电池的污染等。有关内容请参阅文献[3]。http://kmty.cn.b2b168.com
