UPS电源工频机和高频机的原理分析

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。