频机和高频机是按UPS电源的设计电路工作频率来区分的。工频机是以传统的模拟电路原理设计,由可控硅SCR整流器、IGBT逆变器、旁路和工频升压隔离变压器组成。因其整流器和表压器工作频率均为工频50Hz,顾名思义叫工频UPS电源。高频机通常由IGBT高频整流器、电池变换器、逆变器和旁路组成。IGBT可以通过控制加在门极的驱动来控制其开通与关断,IGBT整流器开关频率通常在几K到十几KHz,甚至高达上百KHz,远远高于工频机,因此称为高频UPS电源。
在工频UPS电路中,主路三相交流输入经过换相电感接到三个SCR桥臂组成的整流器之后变换成直流电压。通过控制整流桥SCR的导通角来调节输出直流电压值。由于SCR属于半控器件,控制系统只能够控制开通点,一旦SCR导通之后,即使门极驱动撤销,也无法关断,只有等到其电流为零之后才能自然关断,所以其开通和关断均是基于一个工频周期,不存在高频的开通和关断控制。由于SCR整流器属于降压整流,所以直流母线电压经逆变输出的交流电压比输入电压低,要使输出相电压能够得到恒定的220V电压,就必须在逆变输出增加升压隔离变压器。
相比而言,高频UPS电源整流属于升压整流,其输出直流母线的电压比输入线电压的峰值高,一般典型值为800V左右,如果电池直接挂接母线,所需要的标配电池节数达到67节,这样给实际应用带来***的限制。因此一般高频UPS电源会单独配置一个电池变换器,市电正常的时候电池变换器把800V的母线电压降压到电池组电压;市电故障或超***,电池变换器把电池组电压升压到800V的母线电压。由于高频母线电压为800V左右,所以逆变器输出相电压可以直接达到220V,逆变器之后就不再需要升压逆变器。因此,隔离变压器式工频机与高频机在组成上的主要区别。
隔离变压器是利用电磁感应原理,对配电或信号进行电气隔离配置。隔离变压器在UPS电源中通常被设计在逆变器的输出端,可以起到增加UPS电源性能改良负载端的供电质量的作用。通常,UPS电源的输出端隔离变压器有以下四大优点:
1)降低零地电压,优点UPS电源末端供电网络
UPS电源的逆变输出装隔离变压器可以隔离输入和输出之间的电气连接,从而有效地降低输出的零地电压。由于隔离变压器的副边饶组采用Y型接法,中性点接地后产生新的零线,从而达到了降低零地电压的目的。事实上,HP、IBM、SUN的小型机因为要***精密的计算能力与高可靠性的数据处理传输能力,都会对零地电压有极高的要求,加装隔离变压器可以***解决因为零地电压偏高技术人员无法调试的问题。
2)滤除负载端谐波,提高供电质量
隔离变压器本身具有电感特性,输出隔离变压器可以滤除负载端的大量的低次谐波、减少高频干扰,并可以使高次谐波大幅度衰减。采用电源隔离变压器,可以有效地抑制窜入交流电源中的噪声干扰,消除干扰,提高设备的电磁兼容性。
3)增强过载短路保护能力,隔离安全负载
由于其自身的特性,隔离变压器是UPS中工作为稳定的器件。UPS电源在正常工作过程中,如果遇到大的短路电流,变压器会产生反向动势,延缓短路电流对负载以及逆变器的冲击破坏,达到保护负载与UPS电源主机的作用。
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