UPS技术趋势：无变压器技术分析

以上数据是按一般情况推算的，实际情况与不同的电路结构形式有直接的关系，输出变压器的参数和接法也不尽相同，但不管电路差别有多大，输出变压器总是通过原付边匝比的变化起着匹配逆变器输入电压与UPS输出电压的作用。

3、输出变压器是隔离变压器，但在系统中没有隔离功能

在UPS供电系统中，UPS设备的一个至关重要的功能是当输出过载或者UPS逆变器故障时，自动转静态旁路供电，另外，在系统中还设置了维护旁路，当UPS需要维护时可手动转维护旁路向负载供电。执行这两个操作时，都是由旁路输入三相四线电压直接向负载供电，所以系统的零线与负载端的零线必须短接在一起。这就决定了带输出变压器的UPS的变压器次级新产生的零线必须连接到输入电源系统的零线上，如图9所示。也就是说，UPS机内的变压器没有电源系统隔离的功能，如果系统存在零-地电压差较大的问题，UPS机内的逆变器输出变压器对此电压差是无能为力的。

在实际应用中，当零-地电压差过大而需要降低时，就必须额外配置专门的隔离变压器，如图10和图11所示。

隔离变压器的配置方法有两种：

第一种方法：在旁路输入端配置与UPS同功率的隔离变压器，这样UPS内置的输出变压器的输出零线和旁路隔离变压器输出零线都可以接在系统地线上（重新组成接地系统），这就实现了UPS输出与供电系统的真正隔离，并使这点的零-地电压差等于零。用这种接法的优点是，在UPS正常工作模式下，旁路隔离变压器空载运行，不影响UPS的输出性能和系统效率。缺点是，当UPS转旁路时，变压器突然带载工作，其输出电压瞬间会低于转换前UPS检测到的电压（变压器空载电压），如果转换前UPS检测到的电压已经处于UPS同步运行（限定的可以转旁路运行）的下限，那么转换后因变压器的压降（电压调整率）而使输出电压低于负载供电电压的下限，负载可能会因此而间断或宕机。

第二种方法：把变压器配置在UPS的输出端，此方法可使UPS供电系统与负载做到理想的、完全的电气隔离，特别是当UPS供电系统在物理位置上与负载距离较长时，可把变压器放在接近负载端，例如一些大型数据中心，在负载列头柜输入端加装隔离变压器。此方法的缺点是变压器的阻抗会影响到UPS对负载供电的稳定精度、供电能力和动态特性。

4、关于隔离变压器的抗干扰功能

由于变压器的阻抗有一定的感性成分，因而说这个变压器具有一定的抗干扰作用是可以理解的。但是逆变器输出变压器却不是为抗干扰而设置的，它的抗干扰能力也是有限的。

常常会有人简单地认为：当系统中设置有隔离变压器时，其抗干扰功能就一定会很强。这种认识并不完全正确。在供电系统中，产生干扰的原因和干扰现象是多种多样的，其中包括诸如高压脉冲、尖峰毛刺、电涌、暂态过电压、射频干扰（EFI）和电磁干扰（EMI）等等。但是，就其干扰形式和传输途径而言，大体可分为两类：一是共模干扰，二是差模干扰。共模干扰存在于电源任一相线和零线与大地之间，共模干扰有时也称纵模干扰、不对称干扰或接地干扰，是由于辐射或串扰耦合到电路中的，是载流体与大地之间的干扰。而差模干扰存在于电源相线与零线之间及相线与相线之间，差模干扰有时也称常模干扰、横模干扰或对称干扰，是载流导体之间的干扰。

目前，人们通常采用的抑制干扰的措施主要有给被保护的设备并联瞬变干扰抑制器和在电子设备的输入端安装电源滤波器两种方式。采用变压器提高抗干扰能力是有一定作用的，但这里讲的变压器应是特殊的“超级隔离变压器”，而非普通的线性变压器。

并不是隔离变压器就能抗干扰，普通变压器的抗干扰能力是有限的。对于输入电压中存在的低频干扰和电压畸变，变压器不可能也不允许“抗干扰”。否则通过变压器传输的电压波形就会失真。对由地线环路带来的设备间的相互高频干扰有一定的抑制作用，但因绕组间存在的分布电容，使它对共模干扰的抑制效果随干扰频率的升高而下降。

变压器是靠磁耦合实现原边和副边的电压变换的，因而它不具备抗差模干扰的功能。在1kHz~100MHz的干扰频率范围内，普通隔离变压器对共模和差模干扰的衰减能力都微乎其微。对普通隔离变压器的共模抑制能力的分析表明，要提高对共模干扰的抑制能力，关键是减小变压器绕组的匝间耦合电容，为此在变压器初、次级间加设屏蔽层，如图12所示。

图12中，C1为初级绕阻与屏蔽层之间的分布电容，C2为次级绕阻与屏蔽层之间的分布电容，Z1为屏蔽层接地阻抗，Z2为负载的对地阻抗，E1为初级干扰（共模型）电压，E2为E1通过偶合传导到次级的干扰（共模型）电压。如果C1和C2的阻抗远大于屏蔽层接地阻抗，则偶合传导到次级的干扰电压E2就会远小于E1。

要使隔离变压器同时具有较好抗差模干扰与共模干扰的功能，必须把它制作成超级隔离屏蔽变压器。超级屏蔽隔离变压器是性能较完善的多重屏蔽的隔离变压器，对差模和共模都有较强的抑制功能，如图13所示。