高频机型UPS的几个“致命弱点”论值得商榷

的关系和在相位上是顺序120的关系。这样一来，高频机型UPS和工频机型UPS同样采用了一组电池。这在外接电池组的设备量上减少了一半数量的外壳，比如原来用322=64节50AH/12V，现在用32节100 AH/12V就可以了。

图5 新高频机结构UPS的主电路原理图

（三）“高频机型UPS零地电压偏高”

1. “零地电压”偏高的机制

某处说“零地电压偏高”也是个“致命弱点”，这种观点也值得商榷。据说：来自IGBT脉宽调制整流器和逆变器的高频PWM型的干扰电压以幅度值较高的“零地电压”形式通过零线被直接反馈到UPS输入供电系统和输出供电系统的零线上，从而危害用电设备的安全运行”。在这里应该说明的是，工频机型和高频机型UPS的IGBT逆变器是一样的器件、一样的频率，一样的工作原理，所以“干扰”也应该是一样的。而整流器则不然，可控硅整流器的干扰远比IGBT整流器大得多，即使是12脉冲整流加11次谐波滤波器（增加了相当大的重量、体积和造价）一般也不能完全达到达到IGBT的指标。按照此处的说法，高频机的两项干扰就能直接加到UPS输入供电系统和输出供电系统的零线上，从而危害用电设备的安全运行；干扰更大的工频机型UPS这两项就加不到这些地方？实在令人匪夷所思。至于零地电压是如何能加到用电设备上，后面有专门的讨论。的确高频机型UPS零地电压和工频机型UPS相比因无输出隔离变压器的次级接地环节，有时是“偏高”了一点。这是由于在单电源结构中电路结构多了一只管子的压降，如图6（a）所示。图中给出了高次谐波滤波电流路径。由于逆变器的工作方式是脉宽调制（PWM），就是说正弦波电压被“高频”调制成宽度不等的方波形式输出，但由于负载端需要的是正弦波电压，所以在到达负载之前，PWM波必须经滤波器解调，将PWM方波中的高频成分滤掉而只保留正弦波成分。于是这部分高次谐波成分就会经滤波器被送回电源负端。在这里仅以UC为例看高次谐波电流路径：

GB+-->VT1-->低通滤波器LC-->到达零线-->VT8-->GB-

从这里可以看出，由于零线经过了一只VT7或VT8位置的IGBT管，所以使零线上多了一个管子压降环节，增高了零地电压。在双直流电源UPS情况下，零线上没有了VT7和VT8

图6 两种结构UPS高次谐波滤波电流路径

这个环节。但一般电池到机器之间都有一段距离，这就加长了零线的长度，也会使零线上的压降有所增加。尽管如此，现代技术都会将两种高频机结构UPS的零地电压做到1V以下。

对于工频机结构UPS而言，由于有了输出变压器，就使得零线压降的减小有了可能。如图6（b）所示，工频机结构UPS高次谐波滤波电流路径就短得多，因为这里高次谐波电流的回程路径就在变压器附近及内部。

至于“只有零地电压小于1.5V才是IT设备的安全运行条件”的结论却值得商榷。因为中国电信已远远突破了这个禁区，实际测试表明零地电压甚至已做到了21V，一百多台数字机器也仍未发现有异常现象。

要知道，导致零线上电压降的因素不止高次谐波一种原因，另外还有三相负载不平衡以及零线电阻等因素。一般说三相输出电源的零线电流大都小于单相输出电源的相线电流，这是因为三相输出时的三相电流在零线上是矢量和的结果，相互之间有抵消作用。图7表示出了其中几种情况的矢量关系。图7（a）表示出了三相电流相等的情况，即IA= IB= IC。 在此情况下可以看出，任何两相电流的矢量和都等于符号相反的第三个电流值。在这里是IA和IB的矢量和IAB=-IC，二者矢量相加为零。这时零线上的压降仅取决于谐波电流和零线电阻。这也是零地电压最小的情况。图7（a）表示的是A相电流小而B,C两相电流相等且大于A相电流的情况，即IB= IC > IA。可以看出，此时IA和IB矢量和的绝对值êIABê=ê-ICê， 二者不能抵消，于是零线上就出现里部分负载电流，此时零线上的电流就变成了部分负载电流与谐波电流两部分相加，是零线压降增大。图7（c）表示的是C相电流为零而B,A两相电流相等的情况，即IA= IB , IC=0。从图中矢量和可以看出IA和IB的矢量和êIABê=êIAê= êIBê，换句话说，在这种情况下零线上的电流等于一相的电流值。同样还可以得出在只有一相电压有负载时，零线上的电流也是一相的电流值。并且如果不考虑谐波电流的作用，零线上的电流最大值不超过一相的电流值。当然如果有三次谐波与三次谐波倍数的高次谐波叠加就会增大零线上的压降，当然也增大了零地电压。

图7 三相电流几种情况的矢量关系