工頻機和高頻機的原理分析

　　工頻機和高頻機是按UPS電源的設計電路工作頻率來區分的。工頻機是以傳統的模擬電路原理設計，由可控硅SCR整流器、IGBT逆變器、旁路和工頻升壓隔離變壓器組成。因其整流器和表壓器工作頻率均為工頻50Hz，顧名思義叫工頻UPS電源。高頻機通常由IGBT高頻整流器、電池變換器、逆變器和旁路組成。IGBT可以通過控制加在門極的驅動來控制其開通與關斷，IGBT整流器開關頻率通常在幾K到十幾KHz，甚至高達上百KHz，遠遠高于工頻機，因此稱為高頻UPS電源。

　　在工頻UPS電路中，主路三相交流輸入經過換相電感接到三個SCR橋臂組成的整流器之后變換成直流電壓。通過控制整流橋SCR的導通角來調節輸出直流電壓值。由于SCR屬于半控器件，控制系統只能夠控制開通點，一旦SCR導通之后，即使門極驅動撤銷，也無法關斷，只有等到其電流為零之后才能自然關斷，所以其開通和關斷均是基于一個工頻周期，不存在高頻的開通和關斷控制。由于SCR整流器屬于降壓整流，所以直流母線電壓經逆變輸出的交流電壓比輸入電壓低，要使輸出相電壓能夠得到恒定的220V電壓，就必須在逆變輸出增加升壓隔離變壓器。

　　相比而言，高頻UPS電源整流屬于升壓整流，其輸出直流母線的電壓比輸入線電壓的峰值高，一般典型值為800V左右，如果電池直接掛接母線，所需要的標配電池節數達到67節，這樣給實際應用帶來極大的限制。因此一般高頻UPS電源會單獨配置一個電池變換器，市電正常的時候電池變換器把800V的母線電壓降壓到電池組電壓；市電故障或超限時，電池變換器把電池組電壓升壓到800V的母線電壓。由于高頻母線電壓為800V左右，所以逆變器輸出相電壓可以直接達到220V，逆變器之后就不再需要升壓逆變器。因此，隔離變壓器式工頻機與高頻機在組成上的主要區別。

　　隔離變壓器是利用電磁感應原理，對配電或信號進行電氣隔離配置。隔離變壓器在UPS電源中通常被設計在逆變器的輸出端，可以起到增加UPS電源性能改良負載端的供電質量的作用。通常，UPS電源的輸出端隔離變壓器有以下四大優點：

　　1）降低零地電壓，優點UPS電源末端供電網絡

　　UPS電源的逆變輸出裝隔離變壓器可以隔離輸入和輸出之間的電氣連接，從而有效地降低輸出的零地電壓。由于隔離變壓器的副邊饒組采用Y型接法，中性點接地后產生新的零線，從而達到了降低零地電壓的目的。事實上，HP、IBM、SUN的小型機因為要保證精密的計算能力與高可靠性的數據處理傳輸能力，都會對零地電壓有極高的要求，加裝隔離變壓器可以徹底解決因為零地電壓偏高技術人員無法調試的問題。

　　2）濾除負載端諧波，提高供電質量

　　隔離變壓器本身具有電感特性，輸出隔離變壓器可以濾除負載端的大量的低次諧波、減少高頻干擾，并可以使高次諧波大幅度衰減。采用電源隔離變壓器，可以有效地抑制竄入交流電源中的噪聲干擾，消除干擾，提高設備的電磁兼容性。

　　3）增強過載短路保護能力，隔離安全負載

　　由于其自身的特性，隔離變壓器是UPS中工作最為穩定的器件。UPS電源在正常工作過程中，如果遇到大的短路電流，變壓器會產生反向動勢，延緩短路電流對負載以及逆變器的沖擊破壞，達到保護負載與UPS電源主機的作用。