工频机高频机概念解析.doc

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工频机与高频机概念解析
随着UPS技术的不断发展,很多计算机、电力电子领域的新技术、新理念引入到UPS行业。与IT行业的其他产品类似,现在的UPS与从前的产品相比较,无论在主要性能上、外观尺寸上、对现场环境的适应性及可靠性方面,都有了显著的进步,有些指标甚至是质的飞跃,对于大中型UPS来说更是如此。
目前比较流行的大中型UPS结构由原来的老式结构逐渐转向更为合理的新型结构,传统老式结构UPS的基本结构(工频机)如下,基本结构:可控硅整流+电池直接直流母线+ IGBT逆变器+升压变压器
新型全IGBT UPS结构(高频机)如下,基本结构:不控整流+DC/DC倍压环节+独立充电器+逆变器
从图中可以看出,工频机与高频机的概念主要是对整流部分而言,工频机是可控整流,传统技术最好可做到12拍整流;而高频机的整流是二极管不控整流+IGBT的高频直流升压环节。对逆变器而言都是IGBT的SPWM高频逆变工作方式(除早期的可控硅逆变工作模式UPS,目前已经淘汰)。另外,工频机的输出变压器必不可少,由于其整流逆变等环节均为降压环节,因此在输出侧必须有升压变压器作为电压的调整。而高频机由于具有DC/DC升压环节,其输出侧不必要加升压环节(升压变压器),对于需要加装隔离变压器的现场,高频机也可按照要求加装隔离变压器选件,其作用也由原来的必要配置转变为可选配置。UPS的电气结构所以发生了更新变化,主要是由于元器件的发展,IGBT作为UPS的主要功率元件技术更加成熟,无论从容量、结构、或是可靠性都大大地提高了,加之UPS数字化程度地不断深入促成了新一代大中型UPS的主流结构由原来的工频机转向高频机(正如当年可控硅逆变器被大功率晶体管GTR取代,之后又被IGBT逆变器取代一样)。UPS电气结构的更新最直接的效果就是UPS主机体积的缩小,重量的下降,而更重要的是电气性能的提高。下面具体分析两种结构UPS的电气原理及电气性能:
早期大中型UPS主回路结构采用可控硅整流将输入的交流电整为直流,电池直接挂在直流母线上,当输入市电正常时,靠整流可控硅的调节对电池充电,同时为GTR或IGBT结构的桥式逆变器供电,逆变器将直流逆变为交流,最后经过输出变压器的升压及滤波,提供纯正的交流输出。从其结构中可以看出,从整流(从交流变为直流)到逆变(在从直流变为交流)的过程中,每个环节都是降压环节:可控硅整流是为了提供恒定的直流电压而采取的一种整流方式(可通过可控整流的导通角调整来适应输入电压变化,确保输入交流电压变化时整流输出直流电压的恒定),由于可控硅整流只能斩掉一部分输入电,所以其恒定输出电压的代价是将输出电压恒定在低于全波整流输出电压的某个数值上。而逆变环节同样是一个降压环节,从可控整流输入来的直流电在通过逆变器逆变出交流的过程中同样采用的是斩波的做法,其结果同样是输出电压等级的再次降低。正是由于上述的原因,在此种结构的UPS中,必须在输出测加入升压变压器,将逆变输出的较低恒定电压升致合理的输出范围,最终提供了恒定