高频机型UPS的几个“致命弱点”论值得商榷

图10 一般单相小功率高频机UPS原理电路图

当市电断电时，就由电池组GB放电。一般在10kVA 以下或30kVA以下容量情况下，电池组GB的电压比较低，比如3节12V，4节12V…甚至10节12V。总之，电压远达不到半桥逆变器工作的电平。因此还必须仍由Boost升压电路将其升高到两个400V。就是说，市电尽管停止了供电，这里工作的不像工频机UPS那样仅由逆变器工作，Boost升压电路还必须接着工作。这样看来高频机就比工频机多了一个工作环节，所以就比工频机逆变器多消耗能量，就算效率就降低了2%。

但有的问题提出者顾此失彼，只顾比较电子电路部分并高兴找到了高频机UPS的“软肋”（所谓致命弱点），岂不知却忘记了工频机UPS的输出隔离变压器也在工作着，如图11（a）所示。该变压器上消耗的功率远不是2%就可以打发的。笔者曾对对4台进口100kVA UPS的输出变压器满载时的测量发现，100kVA变压器铁心外表温度达90C，这绝不是2kW功率就可以造成的现象。（但愿这不是普遍现象）。总之，实测发现，小功率高频机UPS的系统效率仍然还高一些。

图11 工频机与高频机UPS输出电路比较

2.中大功率情况

高频机型UPS在中大功率的情况下就更不是问题提出者说的那样低2%的事情了。一般在中大功率的高频机结构UPS中，虚拟电源已远不能满足大电流输出的要求，这时的电容器只能作为负载突变时补充电池内阻过大而给不出前沿电流的问题。后面的大电流还是要靠大容量的电池组提供，如图12所示。不论是图12（a）所示的具有两个直流电源的高频型UPS还是图12（b）所示的只具有一个直流电源的高频机型UPS，几乎都至少采用了32节12V电池串联或电压相近的电池串联方案。这些电池组的额定电压都远高于交流220V的峰值电压310V。所以在市电断电以后，充电环节也停止了工作，只靠电池本身的容量来维持设定的后备时间，一直到电池电压降低到逆变器关机电压电平。这时的关机电压电平一般在320332V，这一点与工频机型UPS逆变器的工作一模一样，所以这2%就不存在了。真正存在的倒是工频机型UPS的输出变压器。这个变压器占去了工频机UPS近三分之二的空间和2%以上的功耗。如果非要说“致命”的话，应该到工频机型UPS中去找。实际上有些人就是小题大做，工频机型UPS尽管功耗大，但这么多年下来了，也一直工作的很好，更没人说这是个致命的问题。为何今天反而把比工频机型节能的UPS说成是“致命”的呢。甚至在大庭广众之下公然大呼其高频机型UPS有多少多少个“致命弱点”，实在不够慎重。不知为何对适应当今节能减排的国策，又符合体积小、重量轻、技术新和价格低等数据中心要求的产品带有如此大的成见。

（c）具有一个直流电源的工频机结构UPS全桥逆变器输出原理电路图

图12 高频机结构UPS和工频机结构UPS逆变器输出原理电路图

（五）高频机结构UPS的外接变压器会损坏负载

1.为何要外接隔离变压器

取消输出隔离变压器是高频机型UPS的一大特点，也是一大优点，因为它降低了系统功耗、体积、重量和价格。可有的人非要把拿掉的这个变压器再加上去，当然这里有的用户也有这样的要求，不过用户的要求大都是受了某些厂家的误导所致。据说为了降低零地电压。尽管如此，有的问题提出者还不放心，说是“零地电压仍然偏高，仍然继续危害用电设备的安全运行”。就算按照某处的意思暂且给高频机型UPS加上外加变压器，如图13（a）所示，看一看这个论断如何。可以比较一下图13（a）和（b）两个电路。现在两个逆变器的输出都接入了变压器，可以看出两个逆变器的工作方式都是脉宽调制，调制频率也都差不多，也可以说一样。所以从逆变器功率管的工作来说是没有区别的；为了向负载送出正弦波电压，就必须加低通滤波器，将调制时的高频成分滤掉，只允许50Hz的正弦波通过，从图中也可看出其二者都有这个滤波环节，只是高频机型UPS的谐波滤波器在变压器之前，而工频机型UPS的谐波滤波器在变压器之后，就是说现在二者的工作环节不但有，而且一样。所不同的是滤波环节与变压器的位置。这样一来就可以看出，在高频机型UPS中，高次谐波在变压器之前就被滤掉了，通过零线回到了直流BUS的负端，即高频机型UPS的高次谐波根本没进入变压器初级绕组。而工频机型UPS的高次谐波是在变压器后面才被滤掉的，换言之是在靠近负载端被滤掉的。这就出现了一个问题：按照某君的说法：靠负载近的高次谐波形成的零地电压加不到负载上去，也不影响负载的工作；反而是离负载远的高次谐波形成的零地电压一定会加到负载上去，继续危害负载的安全运行。同样的电路原理反而出来两种不同的结果，不知此君是分析出来的还是测量出来的这种结果。好象从理论上就说不通。