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机械用控制变压器UPS用变压器

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更新时间
2019-08-02
苏州谷明电气有限公司
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吴中区凤凰山路40号
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UPS有工频机与高频机之分,这两者间的主要差异表现在隔离变压器上。业界有一部分声音认为,工频机的隔离变压器有降低零地电压、抑制干扰、隔离输出等作用。事实果真如此么?为什么工频机需要隔离变压器,隔离变压器真正的作用又是如何?本文将从技术细节深入探讨,揭开隔离变压器的神秘面纱。

1、工频机与高频机的演进

上世纪60年代末诞生了第一代基于半导体器件的UPS,该UPS一共有五个变压器,其中整流器输入用的是自耦变压器,另外有一副绕组用于电池充电,逆变则用了四个隔离变压器,通过不同的相位叠加成脉波式阶梯逆变电压,再通过LC滤波器,变成正弦波。国内通常把这种含逆变隔离变压器的UPS称为工频机。经过几十年的发展,得益于半导体的进步,在上世纪90年代,工频机逆变器已经减少为一个隔离变压器(见图二),而到了本世纪初,各大UPS厂商纷纷推出了逆变器无隔离变压器的UPS,称为高频机。

2、隔离变压器在UPS中的作用分析

从架构来看,工频机与高频机最大的区别在于高频机省去了逆变隔离变压器,正是因为省去了该隔离变压器,高频UPS的重量、体积均大幅度减小,效率提升明显,相对工频机有强大的竞争优势。由于工频机已经诞生几十年,很多UPS用户对高频机产生了怀疑,认为高频机没有隔离变压器,会产生如下一些问题:

a).输出没有被隔离;

b).无法抑制干扰;

c).无法降低零地电压;

d).无法实现故障隔离;

e).无法抑制低频的3n次谐波。

本文从原理上进行比较,来探讨相比有输出隔离变压器的工频机,去掉输出隔离变压器的高频机是否真的产生了上述问题。

2.1、输入与输出隔离

正常情况下,隔离变压器可以提供原副边的隔离作用,而有些场景,如果原边在其他路径与副边有电气连接,则隔离变压器就失去了隔离作用。大家都知道,高频机没有隔离变压器,输出与输入没有隔离作用,而工频机是否就提供了隔离作用呢?图二为包含UPS旁路的工频机,可以看出,在主旁同源的情况下(K1闭合),市电主输入、旁路输入与输出之间并没有被隔离,而在主旁不同源的情况下(K1断开),主输入与输出隔离,但旁路输入与输出之间还是没有被隔离,即输出还是没有被隔离。工频机除非在图二中的旁路或输出(位置1或位置2)再增加一个隔离变压器,才能提供输出隔离作用,而这需要额外再增加一个隔离变压器。而如果要增加一个额外的隔离变压器,高频机在输出位置增加一个额外的隔离变压器以后,也可以提供输出隔离作用。工频机的逆变隔离变压器并没有给UPS输出提供真正的隔离作用。

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