正確區分工頻UPS與高頻UPS0 引言一直以來，在業界對工頻UPS和高頻UPS的概念有各種定義，給用戶造成了不少混亂和混淆。

主要的定義方法有以下2種。

a)逆變器調制頻率論。即：逆變器調制頻率高于20kHz的UPS稱為高頻UPS，低于這個頻率的UPS稱為工頻UPS。這種定義方式經不起推敲的地方在于，如果以逆變器調制頻率來定義，那么不僅應該有高頻UPS，還應該有中頻UPS。而“工頻UPS”的說法就師出無名了，因為，目前UPS的逆變器調制頻率大多為4~8kHz，根本沒有以工頻（50Hz)來調制的。

b)整流器調制頻率論。這也是最為普遍被接受的一種定義方法。即：如果整流器是工頻整流(如SCR可控硅整流），則稱為工頻機，否則稱為高頻機。這種定義方法，在一段時間內，確實為業內外普遍接受。但隨著UPS技術的發展，這種定義方法也暴露出了其不嚴謹的地方，無法對現有的UPS機型進行準確的分類。

什么才是“高頻機”和“工頻機”的準確定義呢？

歷史的沿革要對“高頻機”和“工頻機”進行準確定義，首先必須了解定義本身的歷史沿革。

1.1 經典UPS

靜態UPS出現于20世紀60年代，其經典的拓撲原理如圖1所示。可以看到經典的UPS由整流器、逆變器、靜態旁路、維修旁路和逆變輸出變壓器組成。這里逆變輸出變壓器是UPS的必要組成部分，其作用是升壓。這是因為UPS有一個重要的功能就是穩壓，而整流、逆變兩次變換均為降壓環節(功率晶體管壓降及各種損耗引起)，另外還需要考慮市電電壓低時，也需要保證穩定不變的輸出電壓，所以UPS內部必須有一個環節用于升壓，而逆變輸出變壓器就是用來實現這一功能的。這里有一個很重要的概念就是：由于UPS輸出在任何時候均需要輸出穩定的電壓，因此UPS內部必須有一個升壓的環節。

1.2 高頻機概念的出現20世紀90年代之前，沒有高頻UPS和工頻UPS的稱謂區別。高頻機的概念出現在90年代后期，這個時候UPS技術發展出現了一次革命，即出現了不帶逆變輸出變壓器的UPS。其典型的拓撲結構見圖2。

圖1 經典UPS拓撲圖

圖2 高頻UPS拓撲圖

通過與經典UPS的拓撲原理圖（圖2）比較，可以看到，這種機器通過在整流部分增加BOOST斬波器，將整流后的直流提升到了UPS輸出所需的電壓，從而省掉了逆變器后面的輸出變壓器。即以直流升壓取代了經典UPS的變壓器交流升壓。這種UPS的優點在于，省掉了逆變器輸出變壓器，極大節省了成本，減小了UPS的占地面積和重量。另外由于在斬波升壓環節增加了功率因數校正功能，這種UPS具有非常好的輸入功率因數。國外將這種UPS稱為Transformer-less UPS，即無變壓器UPS，而將經典的UPS稱為Transformer UPS，即帶變壓器的UPS。而國內則將其稱為高頻機和工頻機，即以整流器的調制頻率來區分。無變壓器的UPS，其整流部分包含高頻斬波，故稱其為高頻機；帶變壓器的UPS為相控整流，故稱為工頻機。

由此可以看到，工頻機和高頻機概念引入的初衷，是用來區分UPS是否帶有逆變器輸出變壓器的。

2 歧義的產生

在高頻機概念出現的初期，其定義基本上還能正確區分兩類UPS。但隨著UPS技術的不斷發展，以及UPS應用環境要求的變化，當初的定義逐漸顯現出了不嚴謹性，造成了很多的困惑和混亂。近年來，隨著社會供電環境對綠色電源和節能降耗產品的需求不斷增加，UPS技術有了很大發展，尤其是以高輸入功率因數和低諧波輸入為目標的整流技術。其中IGBT整流器的普遍采用是這一發展浪潮的熱點。IGBT整流器與SCR（可控硅）整流器性能的不同之處主要表現在兩點。

a)第一點：輸入參數的不同。SCR（可控硅)整流器為相控調制，只能工作于工頻，輸入功率因數較低，輸入電流畸變較大。而IGBT整流器可通過控制其門極的驅動來控制IGBT的開通與關斷，開關頻率通常在幾kHz到幾十kHz。通過調制，IGBT整流器可以保持輸入電流與輸入電壓一致，且輸入電流可以接近于正弦波，因而具有非常高的輸入功率因數和非常低的輸入電流諧波畸變。

b）第二點：IGBT整流器具有升壓功能，即IGBT整流器的輸出直流可以根據需要調節其高低，甚至可以直接升到800V，從而滿足UPS輸出交流的穩壓要求。而SCR（可控硅）整流沒有此功能。

圖3 IGBT整流無變壓器UPS

圖4 IGBT整流帶變壓器UPS

圖5 IGBT整流+輸出變壓器UPS

圖3~圖5是幾種IGBT整流UPS的拓撲結構。

圖3的UPS，市電輸入經過IGBT調制整流，并將直流電壓升壓至800V左右，直接通過逆變器調制濾波后輸出所需穩壓電壓。圖3 IGBT整流無變壓器UPS圍4 IGBT整流帶變壓器UPS圖5 IGBT整流+輸出變壓器UPS圖4的UPS，市電輸入經過IGBT調制整流，獲得直流電壓（400~500V），經逆變器調制后輸出交流電壓(310V左右），最后通過輸出變壓器升壓到所需的穩壓電壓。圖5的UPS，是在圖3UPS的輸出端增加了1臺1：1隔離變壓器，其IGBT整流器同圖3UPS一樣具有升壓作用。從拓撲圖上可以清楚看到，雖然圖4和圖5的UPS都有輸出變壓器，但不同的是，圖4的變壓器是逆變器輸出變壓器，起升壓作用，是UPS的一部分；而圖5UPS的變壓器，沒有升壓作用，只相當于在1臺UPS的輸出加了1臺隔離變壓器，屬于UPS的附屬設備。以上3種機型都采用了IGBT整流器，整流器也都工作于高頻調制狀態，那么以上3種機型都是高頻機嗎？結論顯然是否定的。根據前面提到的工頻機和高頻機概念引入的初衷，圖3的UPS沒有逆變輸出變壓器，屬于高頻機；圖4的UPS帶有逆變輸出變壓器，屬于工頻機；圖5的UPS是增加了輸出變壓器的高頻機。

結論

   由于UPS技術的發展，以整流器的調制頻率來定義高頻機和工頻機，已無法對兩類UPS進行正確的區分。只有從UPS的拓撲結構上，才能準確地對兩類UPS進行分類。從拓撲結構上可以看到，工頻機和高頻機UPS的最大區別在于升壓環節的處理。帶變壓器的UPS，通過變壓器在逆變器后端進行交流升壓；無變壓器的UPS，通過直流斬波在逆變器前端進行直流升壓。

   因此，依照上述原則，如果一定要使用高頻/工頻的概念進行分類，那么更準確的高頻機/工頻機的定義是：通過高頻直流斬波升壓的UPS稱為高頻機；通過逆變器輸出變壓器進行交流升壓的UPS稱為工頻機。所以，1臺高頻機即使外加了輸出變壓器也不應稱為工頻機，因為此變壓器沒有升壓作用；而1臺工頻UPS即使采用IGBT整流也不應稱為高頻機，因為其升壓環節是變壓器。

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