高頻機(jī)與工頻機(jī)的區(qū)別-圖文

1、“工頻機(jī)” 和高頻機(jī)區(qū)別 所謂的“工頻機(jī)”傳統(tǒng)可控硅整流UPS 技術(shù)特征：技術(shù)特征： 整流器采用可控硅整流器采用可控硅 逆變器采用逆變器采用IGBT 變壓器變壓器3 +整流器逆變器變壓器帶輸出變壓器的UPS（大功率） 采用可控硅整流器的UPS，其逆變器輸出端必須采用一個(gè)升壓變壓器，如此才能輸出三相380V，否則UPS無(wú)法工作。 該變壓器是逆變器不可缺少的一部分UWV+U1W1V1N不帶輸出變壓器的UPS 此類UPS采用BOOST電路，將380V直流通過(guò)PWM斬波成交流正弦波 UPS可選裝輸出隔離變壓器（1：1）UPS負(fù)載負(fù)載選裝輸出變壓器選裝輸出變壓器UPS為什么可以不帶輸出變壓器整流器整流器

2、升壓器升壓器+逆變器逆變器INV. STATIC SW.RES. STATIC SW. UV W N U1 V1W1N1U2V2W2N2輸入輸出380VDC比較-殊途同歸整流逆變升壓市電負(fù)載整流逆變升壓市電負(fù)載變壓器的作用被曲解 隔離變壓器真正作用在于改變電網(wǎng)的配電制式，即改變零線 在中國(guó)國(guó)內(nèi)，隔離變壓器被賦予了隔離干擾的錯(cuò)誤定義 隔離變壓器的作用是用來(lái)隔離零線的，還不是隔離干擾的無(wú)論UPS是否有變壓器，UPS都以對(duì)市電火線進(jìn)行了隔離；而無(wú)論UPS輸出是否有變壓器，UPS都未對(duì)零線隔離請(qǐng)記住 在任何電源內(nèi)部，加入變壓器都是迫不得已的做法 對(duì)于隔離變壓器，所有UPS廠商都是選件 所有的UPS廠家

3、都以能夠取消變壓器而榮，并以此作為技術(shù)領(lǐng)先的說(shuō)辭。 加入變壓器并不能為系統(tǒng)帶來(lái)可靠性的提高，而只會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)效率下降A(chǔ)C/DCDC/ACS.SUPS BYPASSDYN負(fù)載負(fù)載UPS DYNAC/DCDC/ACS.SBYPASSUPS DYNTO LOADAC/DCDC/ACS.SBYPASS輸出變壓器旁路變壓器主輸入變壓器真正的隔離變壓器應(yīng)加在這里UPS發(fā)展歷程可控硅整流器可控硅逆變器可控硅整流器GTR逆變器可控硅整流器IGBT逆變器IGBT整流器IGBT逆變器第一代第二代第三代第四代IGBT功率元件 IGBT：絕緣柵雙極晶體管 誕生于1988年，是目前最先進(jìn)可靠的功率開(kāi)關(guān)元件 目前已被全球所

4、有UPS廠商用于逆變器的功率元件 2000年各大UPS廠商起開(kāi)始將IGBT成功用于UPS的整流器IGBT功率元件SCR可控硅可控硅MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管GTR大功率晶體管大功率晶體管IGBT絕緣柵雙極晶體管絕緣柵雙極晶體管優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 最傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)元件，目前仍在一些大功率UPS中用作整流器元件容量很大開(kāi)關(guān)頻率極高觸發(fā)控制簡(jiǎn)單容量大抗干擾能力強(qiáng)兼具了MOS管的高頻開(kāi)關(guān)特性和GTR的大電流、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn) 開(kāi)關(guān)頻率低諧波污染嚴(yán)重復(fù)雜的關(guān)斷電路抗干擾能力差容量小，只用于小型UPS開(kāi)關(guān)頻率低電流驅(qū)動(dòng)復(fù)雜價(jià)格較貴UPS發(fā)展趨勢(shì) 高頻化 小型化 模塊化 智能化 取消UPS機(jī)內(nèi)沉重的變壓器是U

5、PS的技術(shù)大進(jìn)步所謂所謂“工頻機(jī)工頻機(jī)”的問(wèn)題的問(wèn)題 輸入電壓范圍小輸入電壓范圍小 15% 頻率范圍小頻率范圍小6% 輸入功率因數(shù)低輸入功率因數(shù)低0.80.85 輸入諧波失真大輸入諧波失真大33% 效率低效率低92%（88%） 體積大體積大 重量重等重量重等 從技術(shù)發(fā)展看，隨著新材料、新原理、新器件的不從技術(shù)發(fā)展看，隨著新材料、新原理、新器件的不斷出現(xiàn)，所謂的斷出現(xiàn)，所謂的“工頻機(jī)工頻機(jī)”必將退出必將退出UPS的歷史舞的歷史舞臺(tái)臺(tái)所謂所謂“工頻機(jī)工頻機(jī)”的技術(shù)誤區(qū)的技術(shù)誤區(qū)由于有了變壓器：由于有了變壓器： 抗干擾能力強(qiáng)？抗干擾能力強(qiáng)？ 能適應(yīng)電網(wǎng)電壓的惡劣環(huán)境？能適應(yīng)電網(wǎng)電壓的惡劣環(huán)境？ 減少

6、負(fù)載對(duì)逆變器的沖擊，提高減少負(fù)載對(duì)逆變器的沖擊，提高UPS的可靠性？的可靠性？ 能提高輸出電壓的精度？能提高輸出電壓的精度？變壓器的真正作用：變壓器的真正作用： 升壓升壓 為負(fù)載產(chǎn)生中線為負(fù)載產(chǎn)生中線工工頻頻機(jī)與高機(jī)與高頻頻機(jī)區(qū)機(jī)區(qū)別別 “工頻”這種電路方案在上個(gè)世紀(jì)就開(kāi)始應(yīng)用在UPS上了。高頻的界線就是20kHz，因?yàn)樵谶@個(gè)頻率上正好脫出了人的聽(tīng)覺(jué)范圍，上個(gè)世紀(jì)七十年代初就已經(jīng)提出了20kHz革命的口號(hào)，不過(guò)那時(shí)候還處在這種高頻的初期，電源也以小功率脈寬調(diào)制（PWM）直流輸出電壓為主，由于該項(xiàng)技術(shù)的復(fù)雜性，應(yīng)用在UPS上還是近十多年的事。我國(guó)所以還保留了生產(chǎn)工頻機(jī)的一片沃土，這有兩方面的原因

7、：首先是許多廠家基本來(lái)自于仿制，而仿制高頻機(jī)不像仿制工頻機(jī)那么容易，在仿制成功之前，工頻機(jī)仍是保業(yè)之本；另一方面也依賴于某些用戶對(duì)新事物的不敏感和對(duì)老產(chǎn)品的眷戀。盡管高頻機(jī)的地盤在不斷擴(kuò)大和工頻機(jī)的地盤逐漸縮小，但也給工頻機(jī)生產(chǎn)廠家?guī)?lái)了一定的“商機(jī)”，原因是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手少了。只要他們的銷售人員能夠說(shuō)服消息閉塞的用戶，在投標(biāo)中就幾乎碰不到幾個(gè)對(duì)手的競(jìng)爭(zhēng)，成功的機(jī)會(huì)就很大。工頻機(jī)特點(diǎn)及原理若保留工頻機(jī)的一席之地必須要有使用戶認(rèn)可的理由，于是變壓器具有“特殊作用”的理由也就產(chǎn)生了：比如它能夠抗干擾、緩沖負(fù)載突變，還能提高UPS的可靠性。因?yàn)樵谛麄髡呖磥?lái)高頻機(jī)UPS沒(méi)有變壓器，既然高頻機(jī)沒(méi)有變壓器就無(wú)法

8、和有變壓器的設(shè)備相比，從而使用戶對(duì)該變壓器留下深刻印象，甚至認(rèn)為無(wú)變壓器的UPS就不能可靠的工作，好像這個(gè)變壓器是為了這些目的專門加上的，是不是這樣呢？回答是否定的。首先他把變壓器誤當(dāng)成了電抗器，豈不知電抗器和變壓器有著本質(zhì)的區(qū)別。再就是這個(gè)變壓器是工頻機(jī)全橋逆變器不可分離的構(gòu)成部分，而且作用也很簡(jiǎn)單，下面進(jìn)行討論。 輸出隔離變壓器的升壓作用電原理圖輸出隔離變壓器的升壓作用電原理圖 620V二極管二極管整流器整流器二極管二極管整流器整流器晶體管晶體管逆變器逆變器充電器充電器市電市電升壓升壓變壓器變壓器192V192V輸 出電壓220V工頻機(jī)特點(diǎn)及原理工頻機(jī)變壓器的第一個(gè)作用變壓UPS輸出的22

9、0V正弦波交流電壓的峰峰值電壓是620V，而一般單相UPS的輸入整流電壓才310V（這還不包括一般為196V電池的情況），為了使逆變器不失真地輸出220V正弦波交流電壓，逆變器前面的直流電壓必須是650V 870V。由于工頻機(jī)逆變器的輸入電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于這個(gè)值，所以必須加一個(gè)輸出變壓器將電壓提升到額定峰值以上才可使用，如圖1所示。圖中所示為電池電壓為192V的情況，在中小功率中，為了節(jié)約成本，一般都不將電池電壓做得太高，所以輸出隔離變壓器一般為升壓工作方式。圖中虛線以左的部分為輸入隔離變壓器，現(xiàn)在已不作為標(biāo)配。工頻機(jī)特點(diǎn)及原理工頻機(jī)變壓器的第二個(gè)作用對(duì)零線的隔離工頻機(jī)UPS采用的是全橋逆變器，如圖

10、1所示。這種逆變器輸出的不是一根火線和一根零線，而是兩根火線。圖2給出了在電壓正弦波輸出與輸入同步，無(wú)變壓器和不接地情況下，正半波時(shí)的電流流動(dòng)方向和途徑，如圖中箭頭所示。此時(shí)電路工作正常，因?yàn)殡娏靼凑Ｂ窂揭来瘟鬟^(guò)兩個(gè)整流管和兩個(gè)逆變管，如圖2所示，負(fù)半波也是如此。然而用戶的設(shè)備都要求輸入電源接地，而我國(guó)的用電制度則是零和地在變電站就連接在一起了，所以這里的接地就帶來(lái)了災(zāi)難。 LN工頻機(jī)特點(diǎn)及原理輸出隔離變壓器不能隔離干擾和緩沖負(fù)載，更不能提高設(shè)備的可靠性首先要建立的一個(gè)概念是：UPS的輸出必須具有良好的動(dòng)態(tài)性能，就是說(shuō)它的輸出端必須就有跟隨負(fù)載快速變化的優(yōu)越性能。換言之，不允許輸出端有任何抗

11、干擾和緩沖的功能，這是對(duì)電壓源的基本要求。所以變壓器的任何所謂的緩沖都是不允許的，實(shí)際上也都是這樣。目前所有UPS的隔離變壓器都是為了變壓和隔離零線的目的而接入的，并沒(méi)有隔離干擾和緩沖負(fù)載突變的的功能。圖4給出了這種變壓器的結(jié)構(gòu)電原理圖。從圖中可以看出，變壓器的初級(jí)和次級(jí)之間都有絕緣層，他們就構(gòu)成了一個(gè)一定容量的電容器C，電容器的容抗和頻率是成反比關(guān)系的，即： （1）式中： XC是變壓器初次級(jí)間等效分布電容的容抗，單位是歐姆（）。 f是干擾信號(hào)的頻率。單位是赫茲（Hz）。 C是變壓器初次級(jí)間等效分布電容量，單位為法拉（F）。工頻機(jī)特點(diǎn)及原理從這個(gè)公式可以看出，頻率越高，容抗就越小，也就是說(shuō)干擾

12、信號(hào)的頻率越高，這個(gè)電容通路就越容易被穿過(guò)。由于一般干擾信號(hào)的頻率是很高的，可以直接穿過(guò)變壓器而長(zhǎng)驅(qū)直入去干擾負(fù)載。若是較低頻率的干擾到來(lái)，它就會(huì)按照變壓器的變比按比例變換過(guò)去干擾負(fù)載。正因?yàn)樽儔浩鞑⒉豢垢蓴_，所以幾乎所有UPS都在輸入和輸出端加有輸入/輸出濾波器，如圖5所示。PWM逆變器逆變器整流器整流器電電池池組組輸入濾波器輸出濾波器高頻機(jī)特點(diǎn)及原理高頻機(jī)UPS真的沒(méi)有變壓器嗎？一般認(rèn)為高頻機(jī)沒(méi)有變壓器，這是一種誤解。實(shí)際上在高頻機(jī)UPS中也有變壓器，比如UPS輸出交流電壓220V時(shí)的電壓幅度峰峰值也是620V，而UPS中的電池電壓一般小功率都在192V以下，比如24V，36V，48V，等

13、等。如果沒(méi)有變壓器又如何將這些低電壓上升至620V呢！在人們的習(xí)慣中大都認(rèn)為有線圈和鐵心的才叫變壓器，否則就不是變壓器，這就有些片面了。凡是能將一個(gè)電壓值變換為另一個(gè)電壓值的裝置都應(yīng)該是變壓器，只是人們還不習(xí)慣而已。不能以外形如何來(lái)定義，要以功能而論。又比如電磁爐和微波爐哪一個(gè)外形也不像習(xí)慣上做飯的爐子；宇宙飛船既沒(méi)有能飛的翅膀也不像船但對(duì)這些東西，人們已習(xí)慣了，也就叫開(kāi)了。高頻機(jī)UPS由于有了這個(gè)電子變壓器又帶來(lái)了很多好處：由于所在的位置不同（不在輸出端），不但可以變壓，而且還有輸入功率因數(shù)校正功能，它可以將輸入功率因數(shù)校正到接近于1，這是工頻電磁變壓器所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的；它的抗干擾功能也是工頻變

14、壓器所無(wú)法比擬的，這是因?yàn)槠胀姶攀阶儔浩鞅仨殞⑤斎氲碾妷翰ㄐ螞](méi)有失真地傳遞到輸出端，所以也就將干擾一并送出。高頻機(jī)特點(diǎn)及原理高頻機(jī)的電子變壓器則不然，所示的電路是將輸入電壓波形進(jìn)行切割后儲(chǔ)能送出：當(dāng)整流正弦半波電壓波形到來(lái)時(shí)，開(kāi)關(guān)S閉合，電流經(jīng)電感L和開(kāi)關(guān)S和輸入形成回路，此時(shí)能量?jī)?chǔ)存在電感L中，開(kāi)關(guān)S按照一定的頻率開(kāi)斷與閉合，當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，儲(chǔ)存在L中的能量與輸入的能量疊加后一起沿虛線方向給二極管D后面的電容和負(fù)載供電，而后再重復(fù)下一個(gè)同樣的周期。由電子變壓器取能時(shí)，并不將其送出，而是以靜態(tài)的形式儲(chǔ)存，不取能時(shí)再將儲(chǔ)存在電感中的能量送出。換言之，即使電網(wǎng)中有干擾，也會(huì)將動(dòng)態(tài)干擾在儲(chǔ)能過(guò)程中平

15、復(fù)，就像波浪翻滾的河水流入湖泊后就會(huì)“偃旗息鼓”，平靜下來(lái)，而由湖泊向外提供的水流則是平緩的。誰(shuí)也不會(huì)相信電池向外提供的電流中會(huì)有干擾成分。從上面的分析可以看出，工頻機(jī)變壓器抗干擾和緩沖之說(shuō)是沒(méi)有理論根據(jù)的，而高頻機(jī)的變壓器從電路上就可明顯地看出它的對(duì)干擾隔離性能。相互的比較工頻機(jī)UPS的變壓器不但不能提高系統(tǒng)的可靠性，而且還會(huì)使其降低可靠性.1.從可靠性的觀點(diǎn)出發(fā)，多一個(gè)串聯(lián)環(huán)節(jié)就多一個(gè)故障點(diǎn)。而工頻機(jī)UPS就比高頻機(jī)多一個(gè)變壓器環(huán)節(jié)，只要這個(gè)環(huán)節(jié)的可靠性不是100%，就會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性，而變壓器的可靠性又不是100%，因此這個(gè)變壓器降低系統(tǒng)的可靠性是肯定的。2.包括UPS在內(nèi)的電子設(shè)備在

16、高溫下最容易出故障，機(jī)器內(nèi)的高溫除外部環(huán)境溫度外，主要來(lái)自內(nèi)部的功率損耗，而變壓器作為機(jī)器的一部分，其功耗不可小視，一般要求變壓器的效率要大于95%，做到97%就不錯(cuò)了。就是說(shuō)變壓器功耗構(gòu)成了機(jī)內(nèi)溫升的一部分，如果沒(méi)有這個(gè)變壓器，就沒(méi)有這部分附加溫升，機(jī)器出故障的可能性就會(huì)小一點(diǎn)。從以上兩點(diǎn)可以看出，這個(gè)變壓器不但對(duì)UPS的可靠性沒(méi)有貢獻(xiàn)，而且還會(huì)降低其可靠性。而高頻機(jī)由于取消了這個(gè)環(huán)節(jié)，少了一個(gè)發(fā)熱源，當(dāng)然可靠性就要高一點(diǎn)。也許有的認(rèn)為由于變壓器重，重心穩(wěn)定、結(jié)實(shí)，因而就能抗干擾和使設(shè)備可靠性提高。這種從物理概念上去套用電子性能的觀點(diǎn)是一種誤解，因?yàn)檫@是風(fēng)、馬、牛各不相干的兩個(gè)概念。不屬于一個(gè)領(lǐng)域。從上面的討論已明顯看出高頻機(jī)的優(yōu)越性。由于UPS發(fā)展的方向首先是高頻化，這是歷史發(fā)展的必然規(guī)律，所以目前幾乎所有的國(guó)內(nèi)UPS生產(chǎn)廠家，在生產(chǎn)工頻機(jī)的同時(shí)還在生產(chǎn)著同容量的高頻機(jī)，以備萬(wàn)一有一天用戶都改用了高頻機(jī)，好及時(shí)推上去，不至于青黃不接。高頻機(jī)的性能 1,全I(xiàn)GBT的綠色 UPSJ輸入功率因數(shù)： 0.99J輸入電流諧波失真度： 0.9 負(fù)載高功率密度，體積重量降負(fù)載高功率密度，體積重量降低低 80%的的UPS負(fù)載率負(fù)載率94%不同技術(shù)UPS的效率比較整流技術(shù)整流技術(shù)效率效率6脈沖整流器90%12脈沖整流器88%升壓整流器93%IGBT整流94%為您節(jié)省大