正確區(qū)分工頻UPS與高頻UPS0 引言一直以來，在業(yè)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(diào)制頻率論。即：逆變器調(diào)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(jīng)不起推敲的地方在于，如果以逆變器調(diào)制頻率來定義，那么不僅應(yīng)該有高頻UPS，還應(yīng)該有中頻UPS。而“工頻UPS”的說法就師出無名了，因?yàn)椋壳癠PS的逆變器調(diào)制頻率大多為4~8kHz，根本沒有以工頻（50Hz)來調(diào)制的。

b)整流器調(diào)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(jī)，否則稱為高頻機(jī)。這種定義方法，在一段時間內(nèi)，確實(shí)為業(yè)內(nèi)外普遍接受。但隨著UPS技術(shù)的發(fā)展，這種定義方法也暴露出了其不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡胤剑瑹o法對現(xiàn)有的UPS機(jī)型進(jìn)行準(zhǔn)確的分類。

什么才是“高頻機(jī)”和“工頻機(jī)”的準(zhǔn)確定義呢？

歷史的沿革要對“高頻機(jī)”和“工頻機(jī)”進(jìn)行準(zhǔn)確定義，首先必須了解定義本身的歷史沿革。

1.1 經(jīng)典UPS

靜態(tài)UPS出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代，其經(jīng)典的拓?fù)湓砣鐖D1所示。可以看到經(jīng)典的UPS由整流器、逆變器、靜態(tài)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?yàn)閁PS有一個重要的功能就是穩(wěn)壓，而整流、逆變兩次變換均為降壓環(huán)節(jié)(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(wěn)定不變的輸出電壓，所以UPS內(nèi)部必須有一個環(huán)節(jié)用于升壓，而逆變輸出變壓器就是用來實(shí)現(xiàn)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(wěn)定的電壓，因此UPS內(nèi)部必須有一個升壓的環(huán)節(jié)。

1.2 高頻機(jī)概念的出現(xiàn)20世紀(jì)90年代之前，沒有高頻UPS和工頻UPS的稱謂區(qū)別。高頻機(jī)的概念出現(xiàn)在90年代后期，這個時候UPS技術(shù)發(fā)展出現(xiàn)了一次革命，即出現(xiàn)了不帶逆變輸出變壓器的UPS。其典型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖2。

圖1 經(jīng)典UPS拓?fù)鋱D

圖2 高頻UPS拓?fù)鋱D

通過與經(jīng)典UPS的拓?fù)湓韴D（圖2）比較，可以看到，這種機(jī)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(jīng)典UPS的變壓器交流升壓。這種UPS的優(yōu)點(diǎn)在于，省掉了逆變器輸出變壓器，極大節(jié)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(huán)節(jié)增加了功率因數(shù)校正功能，這種UPS具有非常好的輸入功率因數(shù)。國外將這種UPS稱為Transformer-less UPS，即無變壓器UPS，而將經(jīng)典的UPS稱為Transformer UPS，即帶變壓器的UPS。而國內(nèi)則將其稱為高頻機(jī)和工頻機(jī)，即以整流器的調(diào)制頻率來區(qū)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(jī)；帶變壓器的UPS為相控整流，故稱為工頻機(jī)。

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

2 歧義的產(chǎn)生

在高頻機(jī)概念出現(xiàn)的初期，其定義基本上還能正確區(qū)分兩類UPS。但隨著UPS技術(shù)的不斷發(fā)展，以及UPS應(yīng)用環(huán)境要求的變化，當(dāng)初的定義逐漸顯現(xiàn)出了不嚴(yán)謹(jǐn)性，造成了很多的困惑和混亂。近年來，隨著社會供電環(huán)境對綠色電源和節(jié)能降耗產(chǎn)品的需求不斷增加，UPS技術(shù)有了很大發(fā)展，尤其是以高輸入功率因數(shù)和低諧波輸入為目標(biāo)的整流技術(shù)。其中IGBT整流器的普遍采用是這一發(fā)展浪潮的熱點(diǎn)。IGBT整流器與SCR（可控硅）整流器性能的不同之處主要表現(xiàn)在兩點(diǎn)。

a)第一點(diǎn)：輸入?yún)?shù)的不同。SCR（可控硅)整流器為相控調(diào)制，只能工作于工頻，輸入功率因數(shù)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(qū)動來控制IGBT的開通與關(guān)斷，開關(guān)頻率通常在幾kHz到幾十kHz。通過調(diào)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(shù)和非常低的輸入電流諧波畸變。

b）第二點(diǎn)：IGBT整流器具有升壓功能，即IGBT整流器的輸出直流可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)其高低，甚至可以直接升到800V，從而滿足UPS輸出交流的穩(wěn)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖3的UPS，市電輸入經(jīng)過IGBT調(diào)制整流，并將直流電壓升壓至800V左右，直接通過逆變器調(diào)制濾波后輸出所需穩(wěn)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(jīng)過IGBT調(diào)制整流，獲得直流電壓（400~500V），經(jīng)逆變器調(diào)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(wěn)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?fù)鋱D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(dāng)于在1臺UPS的輸出加了1臺隔離變壓器，屬于UPS的附屬設(shè)備。以上3種機(jī)型都采用了IGBT整流器，整流器也都工作于高頻調(diào)制狀態(tài)，那么以上3種機(jī)型都是高頻機(jī)嗎？結(jié)論顯然是否定的。根據(jù)前面提到的工頻機(jī)和高頻機(jī)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(jī)；圖4的UPS帶有逆變輸出變壓器，屬于工頻機(jī)；圖5的UPS是增加了輸出變壓器的高頻機(jī)。

結(jié)論

   由于UPS技術(shù)的發(fā)展，以整流器的調(diào)制頻率來定義高頻機(jī)和工頻機(jī)，已無法對兩類UPS進(jìn)行正確的區(qū)分。只有從UPS的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上，才能準(zhǔn)確地對兩類UPS進(jìn)行分類。從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上可以看到，工頻機(jī)和高頻機(jī)UPS的最大區(qū)別在于升壓環(huán)節(jié)的處理。帶變壓器的UPS，通過變壓器在逆變器后端進(jìn)行交流升壓；無變壓器的UPS，通過直流斬波在逆變器前端進(jìn)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(jìn)行分類，那么更準(zhǔn)確的高頻機(jī)/工頻機(jī)的定義是：通過高頻直流斬波升壓的UPS稱為高頻機(jī)；通過逆變器輸出變壓器進(jìn)行交流升壓的UPS稱為工頻機(jī)。所以，1臺高頻機(jī)即使外加了輸出變壓器也不應(yīng)稱為工頻機(jī)，因?yàn)榇俗儔浩鳑]有升壓作用；而1臺工頻UPS即使采用IGBT整流也不應(yīng)稱為高頻機(jī)，因?yàn)槠渖龎涵h(huán)節(jié)是變壓器。

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