工频机型UPS的输出变压器真的那么神

1前言

以往，UPS中的输出变压器并没有引起什么人的注意，因为它不过是整个设备的一个组成部分。曾几何时，自从无输出变压器的高频机型UPS问世后，注定顺应历史的发展规律，要替代工频机型UPS已成定局。因此，工频机型UPS的输出变压器就被抬了出来，百般推崇，简直成了香饽饽！有的将这个变压器的功能描述的活里活现，除了不能上天，简直是无所不能。为什么要这样说呢？因为高频机型UPS没有这个变压器，你没有这个变压器就没有这些优秀的功能，想替代工频机型UPS自然也就没有可能了。目的是要让工频机型UPS万世长存。

如果这个变压器真的有如此多的优越性能，也不妄其宣传者的一番苦心，也不妄有些用户受其感染。现在的情况是，有些用户在这种宣传的影响下，甚至把“带有输出隔离变压器的UPS”写入标书，非它莫属。影响之大可想而知。实际情况真的是这样吗？下面就分析一下这个变压器的真实作用。

2关于变压器的“传说”

工频机型UPS，从问世以来就担负着保护数据的任务。在几十年的使用中也从没有人对其输出变压器产生过兴趣，就更谈不上对它的宣传与歌颂。因为这个变压器和其他环节一样，只不过是UPS的一个组成部分，因此，它的存在也几乎被用户忘记了。

在上个世纪90年代出现了高频机型UPS，因为当时还没形成气候，开始也没有引起人们的注意。尽管有几篇指责性的文章，也因作者对电源基本概念不清和对高频机型电路的不了解而没有批评到点子上。结果，由于事实的回击，以上的批评言论也就自动偃旗息鼓了。比如有的文章批评高频机型UPS，当输入电压等于输出电压时，该机器就成了一根短路电缆。这就是对UPS的基本概念不清楚。众所周知，不仅是高频机型UPS，工频机型UPS也有输入电压等于输出电压的时候，岂不是工频机型UPS也成了一根短路电缆！交流稳压器也有输入电压等于输出电压的时候，岂不是交流稳压器也成了一根短路电缆。照这种理论，那么220V变220V的变压器就是当然的“短路电缆”了。照这种说法1:1的变压器就不要绕了，用一根短路电缆代替就是了，这岂不成了笑谈。说了半天反而把自己绕进去了，又比如有文章批评说，高频机型UPS在市电供电时只不过就是一个交流稳压器（意思是说就不是UPS了）。我们不禁要问：在市电供电时不让它作交流稳压器，让它做什么呢？是转旁路、是让电池放电还是关机？这就是对UPS的基本功能不清楚。UPS的三大基本功能是：稳压、滤波、不间断。也就是，在市电供电时UPS就是稳压器和滤波器，在市电故障时它又是不间断电源。这也是工频机型UPS的基本功能，结果批评了半天又把自己绕进去了。

近几年是一波未平又起一波。本来高频机型UPS的功能就摆在那里，就没有必要再争论下去了。恰恰相反，原来的文章又提出了新观点：工频机型UPS的输出变压器可以抗干扰，而且越说越神：什么可以抗冲击电流、可以提高UPS的整机可靠性、可以适应电网的力矩变化等等。这样一来就把用户搞糊涂了，甚至也影响了某些制定标准的人，将这种观点写进了具有指导意义的“白皮书”。有的建立信息中心及机房者，觉得机房中的设备如果没有变压器心里就不踏实。

3设备电源变压器的基本要求

一个合格的变压器不需要有很小的漏感，换言之，变压器的漏感越小越好。这是因为对变压器的要求是输出波形不失真，即输入什么波形输出也必须是什么波形，输出只是幅度的改变，而形状决不能改变。要达到这一目的，就必须要求变压器的工作模式是线性的。这一点非常重要，原因是UPS有一个非常重要的指标，那就是输出电压的动态性能。UPS是一个电压源，也就是稳压源。稳压源的特点是电流变化时电压不变，对UPS来说在其能力范围内负载电流无论如何变化，电压都是稳定的。图1示出了工频机型UPS的原理框图。

图1工频机UPS的原理方框图

具体来说，UPS的输出端在变压器的后面，也就是说变压器后面的负载电流不论如何变化，其输出电压都不许变化，这就是对动态性能的要求。如何实现这个性能呢？

图2作为电压源的UPS和输出端负载关系原理图

通过对图2关系的计算就可以找出实现动态性能的途径。图2中点划线方框代表的是UPS，E是逆变器输出的电压，r是包括变压器在内的UPS内阻抗，R是负载电阻，I是负载电流，U是负载端电压。由此可以看出：

从式（2）可以看出，如果UPS的内阻r等于零，那么括号内的值就是1，就可以实现U=E，这就是一台合格的UPS。在这里需要注意的是，负载电流I不是稳定的直流电流，而是随机变化的脉冲电流，也就是说存在变化率。如果在电源通往负载的线路上有电感L存在，