高頻UPS比工頻機(jī)UPS有哪些優(yōu)點(diǎn)？區(qū)別是什么？

高頻UPS比工頻機(jī)UPS有哪些優(yōu)點(diǎn)

1、   輸入功率因數(shù)高

   工頻機(jī)UPS一般在200kVA以下的輸入電路都采用了可控硅6脈沖整流，輸入功率因數(shù)不超過(guò)0.8，諧波電流有30%之大。如果前面接發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)的容量至少要3倍于UPS功率；如果是單相小功率UPS，發(fā)電機(jī)的容量至少要5倍于UPS功率。但是，任何容量的高頻機(jī)UPS的輸入功率因數(shù)都可做到0.99或甚至以上，諧波電流小于5%，前置發(fā)電機(jī)的容量理論上和UPS功率相同，大大縮減了投資和占地面積等。尤其是對(duì)市電的充分利用具有良好的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。

2、本身功耗小

    在同樣指標(biāo)下，比如要求輸入功率因數(shù)為0.95以上時(shí)，工頻機(jī)UPS就必須外加諧波濾波器或改為12脈沖整流，就是說(shuō)前面要增加一個(gè)設(shè)備，再加上輸出變壓器，就比高頻機(jī)UPS多了兩個(gè)環(huán)節(jié)。由于此二者的影響，使得工頻機(jī)UPS的效率比高頻機(jī)UPS低5%。

3、   對(duì)外干擾小

   UPS的干擾一般有兩種，一種是聽得到的機(jī)械噪聲，一種是聽不到的電噪聲，這兩種噪聲工頻機(jī)UPS都有，形成了對(duì)設(shè)備和對(duì)人的傷害。電噪聲影響機(jī)器的穩(wěn)定度，機(jī)械噪聲影響人的身心健康，降低工作效率。而高頻機(jī)UPS由于工作在20kHz以上，20kHz是人的耳朵聽不到的頻率，使工作環(huán)境安靜下來(lái)。又由于一般的高頻機(jī)UPS的輸入功率因數(shù)高達(dá)0.99以上，幾乎是線性，所以對(duì)外干擾幾乎為零。

4、全數(shù)字技術(shù)

    工頻機(jī)UPS開始是模擬技術(shù)，現(xiàn)在一般發(fā)展為數(shù)字與模擬相結(jié)合的技術(shù)。模擬技術(shù)的可靠性要比數(shù)字技術(shù)低。而高頻機(jī)UPS技術(shù)是一種全數(shù)字化技術(shù)，不言而喻，可靠性是很高的。

5、對(duì)電網(wǎng)的適應(yīng)能力強(qiáng)

    工頻機(jī)UPS對(duì)于適應(yīng)輸入電壓±15%的變化已很不易；而高頻機(jī)UPS甚至適應(yīng)輸入電壓±30%以上的變化，這又大大延長(zhǎng)了UPS的電池壽命。

6、能將并機(jī)環(huán)流衰減到幾乎為零

   工頻機(jī)UPS的并聯(lián)就是變壓器的直接并聯(lián)，而變壓器的直接并聯(lián)最容易產(chǎn)生環(huán)流，而且這個(gè)環(huán)流的路徑暢通無(wú)阻；高頻機(jī)UPS由于沒有輸出變壓器，小于2V的電壓差根本形不成環(huán)流，而工頻機(jī)UPS在此情況下就會(huì)形成很大的環(huán)流。

工頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS與高頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS的區(qū)別

(1)電路結(jié)構(gòu)的區(qū)別

　　在工頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS電路中，主路三相交流輸入經(jīng)過(guò)換相電感接到三個(gè)SCR橋臂組成的整流器之后變換成直流電壓。通過(guò)控制整流橋SCR的導(dǎo)通角來(lái)調(diào)節(jié)輸出直流電壓值。由于SCR屬于半控器件，控制系統(tǒng)只能夠控制開通點(diǎn)，一旦SCR導(dǎo)通之后，即使門極驅(qū)動(dòng)撤消，也無(wú)法關(guān)斷，只有等到其電流為零之后才能自然關(guān)斷，所以其開通和關(guān)斷均是基于一個(gè)工頻周期，不存在高頻的開通和關(guān)斷控制。由于SCR整流器屬于降壓整流，因此直流母線電壓經(jīng)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，高頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS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(biāo)配電池節(jié)數(shù)達(dá)到67節(jié)，這樣給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)極大的限制。因此一般高頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS會(huì)單獨(dú)配置一個(gè)電池變換器，市電正常的時(shí)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(shí)，電池變換器把電池組電壓升壓到800V的母線電壓。由于高頻機(jī)母線電壓為800V左右，所以逆變器輸出相電壓可以直接達(dá)到220V，逆變器之后就不再需要升壓變壓器。因此，隔離變壓器是工頻機(jī)與高頻機(jī)在組成上的主要區(qū)別。

　　工頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS都有輸出變壓器，在多機(jī)并聯(lián)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)多個(gè)變壓器的并聯(lián)。變壓器的并聯(lián)是電力行業(yè)盡量避免的情況，因?yàn)樽儔浩鞑⒙?lián)時(shí)的環(huán)流不可避免，環(huán)流的長(zhǎng)期存在將導(dǎo)致設(shè)備壽命縮短。而高頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS因沒有輸出變壓器，所以幾乎沒有環(huán)流。

　　有的用戶認(rèn)為變壓器可以起到具有抗干擾和緩沖負(fù)載突變的作用，其實(shí)并非如此。UPS負(fù)載的用電要求必須有零線，如果沒有工頻結(jié)構(gòu)UPS沒有輸出隔離變壓器，將一根火線硬性接零線，就會(huì)導(dǎo)致UPS的工作不正常。因此說(shuō)，輸出隔離變壓器是工頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS必不可少的為了變壓和隔離零線的目的而接入的一部分，而不具備為用戶負(fù)載隔離干擾和緩沖負(fù)載突變的功能。

(2)性能指標(biāo)的區(qū)別

　　能耗是各行業(yè)數(shù)據(jù)中心和機(jī)房面臨的難題，因此節(jié)能減排的負(fù)載和供電設(shè)備，而當(dāng)前的工頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS和高頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS在節(jié)能減排上主要有以下區(qū)別：

①輸入功率因數(shù)

　　中大功率的三相工頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS在6脈沖整流的情況下輸入功率因數(shù)約為0.8，不但對(duì)外有干擾，而且要求前面的發(fā)電機(jī)功率要3倍于UPS容量，即使在12脈沖整流選配諧波濾波器的條件下輸入功率因數(shù)也低于0.95，而且增加設(shè)備量，加大了用戶的投資成本和占地面積。而高頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS在不加任何外來(lái)設(shè)備的情況下輸入功率因數(shù)大于0.99，從理論上說(shuō)，后備發(fā)電機(jī)容量可與UPS一致，節(jié)省了投資和占地面積。

②對(duì)外干擾

UPS的對(duì)外干擾一般有兩種，一種是聽得到的機(jī)械噪聲，一種是聽不到的電噪聲，工頻機(jī)UPS會(huì)產(chǎn)生這兩種噪聲，電噪聲會(huì)影響機(jī)器的穩(wěn)定度，機(jī)械噪聲影響人的身心健康，降低工作效率。

　　而高頻機(jī)UPS由于工作在20kHz以上，20kHz是人的耳朵聽不到的頻率，使工作環(huán)境安靜下來(lái)。又由于一般的高頻機(jī)UPS的輸入功率因數(shù)高達(dá)0.99以上，幾乎是線性，所以對(duì)外干擾幾乎為零。

③體積和重量

　　工頻機(jī)UPS由于配備輸出變壓器以及50Hz的電感電容等低頻器件，使得體積、重量都很大。高頻機(jī)在體積和重量上與之相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

④采用技術(shù)

　　工頻機(jī)UPS早期采用的是模擬技術(shù)，現(xiàn)在一般發(fā)展為數(shù)字與模擬相結(jié)合的技術(shù)。模擬技術(shù)的可靠性要比數(shù)字技術(shù)低。而高頻機(jī)UPS技術(shù)是一種全數(shù)字化技術(shù)，可靠性很高。

3.高頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS的技術(shù)發(fā)展和進(jìn)步

　　目前，數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)除了注重可靠性、可用性以外，節(jié)能減排是數(shù)據(jù)中心設(shè)備面臨的重大問(wèn)題，而作為為負(fù)載提供不間斷電源的UPS供電系統(tǒng)，其自身供電效率的高低也部分決定了數(shù)據(jù)中心能耗的高低。一些用戶在電子技術(shù)和設(shè)備技術(shù)突飛猛進(jìn)的今天仍沿用以前的陳舊觀念，認(rèn)為工頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS是成熟可靠的，即使市場(chǎng)已出現(xiàn)高頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS的技術(shù)和產(chǎn)品，也認(rèn)為高頻機(jī)是新技術(shù)、新產(chǎn)品，在技術(shù)上不成熟。其實(shí)高頻機(jī)結(jié)構(gòu)(全I(xiàn)GBT)UPS早在1998年就已問(wèn)世，而且容量在當(dāng)時(shí)就已做到了480kVA，并經(jīng)過(guò)了十多年的市場(chǎng)驗(yàn)證。

①單機(jī)容量

　　當(dāng)前衡量UPS的技術(shù)高低和成熟水平的一個(gè)重要指標(biāo)就是看其容量多大，這不但反映一個(gè)廠家的水平，也反映出這個(gè)廠家的技術(shù)實(shí)力和市場(chǎng)規(guī)模。IGBT在UPS中的應(yīng)用最早只限于逆變器。這主要是因?yàn)镮GBT的電流雖然做得比較大，但耐壓等級(jí)尚不足對(duì)付變化很大的電壓范圍。經(jīng)過(guò)這十多年的發(fā)展，IGBT制造技術(shù)也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，幾經(jīng)改進(jìn)，已經(jīng)達(dá)到了用于UPS整流器的條件。目前已有一些廠家將IGBT整流的高頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS容量做到了200kVA左右。與可控硅相比IGBT的電流容量與耐壓還是有些距離，所以器件的并聯(lián)就成了關(guān)鍵。但任何問(wèn)題都是可以解決的，這其中就不乏佼佼者，比如少數(shù)廠家就將高頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS容量做到了500kVA，有的廠家更是突破了并聯(lián)的禁區(qū)，一舉將單機(jī)容量做到了1200kVA，覆蓋了工頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS當(dāng)前達(dá)到的全部容量水平。到此就完成了UPS全部IGBT化、高頻化的進(jìn)程。，

②模塊化

　　所謂“N+X”模塊化冗余UPS不但可以冗余并聯(lián)、熱插拔，而且必須是在一個(gè)機(jī)箱中至少有兩個(gè)相同規(guī)格容量的單機(jī)，否則就和以往的多機(jī)UPS并聯(lián)沒有區(qū)別。一個(gè)中等規(guī)模的機(jī)房既可采用模塊化UPS集中供電，又可以采用雙總線方式供電，還可多機(jī)并聯(lián)。目前模塊化UPS產(chǎn)品幾乎都采用高頻化結(jié)構(gòu)技術(shù)。

4、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，從性能和節(jié)能方面來(lái)講，傳統(tǒng)的UPS系統(tǒng)中由于采用工頻逆變器，逆變效率不高，并配有工頻變壓器，體積龐大笨重、能耗高和成本高，已逐漸不適應(yīng)目前節(jié)能減排的需求。而全I(xiàn)GBT高頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS歷經(jīng)10多年的發(fā)展，具有采用模塊化設(shè)計(jì)，尺寸小、重量輕、擴(kuò)容方便、運(yùn)行效率高、噪音低、性價(jià)比高等特點(diǎn)，其技術(shù)和產(chǎn)品趨于成熟。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的日益發(fā)展，高頻UPS在技術(shù)和市場(chǎng)方面的優(yōu)勢(shì)將越來(lái)越明顯。