UPS高频机与工频机的性能比较.doc

高频机与工频机性能比较一：工频变压器与高频变压器的架构区别传统老式结构UPS的基本结构(工频机)如下,基本结构：可控硅整流+电池直接直流母线+ IGBT逆变器+升压变压器目前比较流行的UPS结构由原来的老式结构逐渐转向更为合理的新型结构,新型全IGBT UPS结构(高频机)如下，基本结构：不控整流+DC/DC倍压环节+独立充电器+逆变器二：工频机与高频机的性能比较UPS从工频机向高频机发展是不可逆转的历史必然：随着高频机硬件电路设计的更加完善，IGBT、MOSFET功率元件技术更加成熟， DSP数字技术的不断深入，可靠性大大提高，高频机的优越性日益明显体现出来，促成了新一代UPS的主流结构由原来的工频机向高频机转变，正如当年可控硅逆变器被大功率晶体管GTR取代，之后又被IGBT逆变器取代一样。其主要优越性如下： A:效率高： 因高频机的功率器件全部工作在高频开关状态，所以能量的损耗非常小，其效率可以高达8090； 工频机从其结构中可以看出，从整流（从交流变为直流）到逆变（在从直流变为交流）的过程中，每个环节都是降压环节，在此种结构的UPS中，必须在输出测加入变压器，将逆变输出的较低恒定电压升致合理的输出范围，最终提供了恒定的220/380V输出，其结果必定导致其整体效率比较低，只有6070。B:功率密度高：因高频机的功率器件全部工作在高频开关状态，能量的损耗非常小，避免使用大的散热片，加之铁氧体等新型磁性元件的应用，UPS的体积小、重量轻，功率密度可以高达30W/in3。例如我司的3C3-20KS净重仅70Kg，体积：（WHD）mm380 685 1030，而某品牌的低频机净重高达330Kg，体积：（WHD）mm700 680 1330。C:输入功率因素高，输入电流谐波小，对电网的污染小：高频机具有功率因素修正电路（PFC电路），输入功率因素接近于1，输入电流谐波小于10，对电网的污染非常小。而工频变压器几乎没有PFC电路，输入功率因素一般在0.8%以下，输入电流谐波高达30以上，对电网的污染非常大。D:输入电压范围宽：工频机对电网的要求较高，故输入范围较窄高频机输入范围就很宽。MGE 13KS输入范围达118300Vac，更适合中国大陆的市电环境使用。一般工频机的输入电压范围为220V10%.E:：保护功能强：由于硬件电路的不断优化，DSP数字技术的引入，高频机保护功能非常完善，具有市电&电池模式下输出短路保护，过载保护，过温、充电电压过高保护等。一般工频机最大的弱点是在市电模式下输出短路，UPS不能进行保护，仍然有非常大的输出电流，会导致UPS前级空开跳闸，甚至整个供电系统瘫痪；若UPS前级空开不跳闸，短路时间稍长（一般不超过1分钟）UPS会炸机，甚至烧毁。下图是某品牌功率为1KVA的工频机市电短路瞬间的电压&电流波形，CH1为电压波形，CH2为电流波形（电流钩枪10mV/A档），由下图可以看出，当输出短路时，输出电压为0，但一直有RMS值为52.6A的电流流过，此大导致UPS前级空开跳闸，甚至整个供电系统瘫痪；若UPS前级空开不跳闸，短路时间稍长（一般不超过1分钟）UPS会炸机，甚至烧毁。附图一 F:智能化、两段式充电器，更有利于延长电池的寿命工频机采用电池直接挂直流母线的做法，电池的充电电压只能通过可控硅整流控制，只能作到恒压限流的传统充电方式，而且充电参数几乎不可改变。MGE6K（含）以上的UPS先采用恒流充电，然后再采用恒压充电的方式（参见下图），可以实现对电池的快速，精确充电，更有利于延长电池的寿命。附图二G: 完备的监控通讯接口：MGE DX系列机器均具有RS232，AS400等通讯接口，对UPS实现智能化管理，若选配SNMP卡，可以通过Internet国际互联网进行集中监控以及远程控制。而目前一般的工频机仅有RS232通讯接口。以下附件为我司3C3-20KS与某一品牌的工频机电性能的比较。容量20KVA型号性能指标3C3-20KS（高频机）某品牌3C3工频机市电逆变输入功率因数0.990.8谐波电流（线形满载）10%30%电压范围25+2010%频率范围50Hz10%50Hz5%旁路输入输入电压范围15%10%频率范围50Hz10%50Hz5%输出电压220VAC1% 220VAC4% 频率精度（电池逆变）0.1%0.3%三相相位差1201度（平衡或不平衡负载）不支持不平衡负载100%不平衡负载电压时稳压精度220（15%）VAC不支持不平衡负载逆变器过载能力120%负载时，5min后转旁路输出；150%负载时，30S后转旁路输出；150%负载时，30S后转旁路输出；系统充电方式智能两段式充电方式恒压限流充电方式系统效率（线形负载）88%80%电池逆变效率（线形负载）92%87%通讯接口RS-232，AS400，RS485，PPVISRS232重量净重(kg)70330 三：几个高频机与工频机误区的澄清A：高频机容易炸机，可靠性低，特别是带打印机，复印机等电感性负载：这主要是几年前国内高频机技术不成熟，特别是在输出电压精度&输出平衡电压&输出电流的侦测和控制技术（尤其是输出平衡电压及输出电流的侦测及控制技术），输出频率的锁相技术，输出瞬态响应的控制方面有欠缺，导致客户一日被蛇咬，三日怕井绳。随着高频机硬件电路设计的更加完善，IGBT、MOSFET功率元件技术更加成熟， DSP数字技术的不断深入，高频机的可靠性大幅度提高，平均无故障时间(MTBF)可以达到20万小时以上。我司产品具有以下特色：1：选用国际知名的“IR”“HARRIS”公司生产的大功率IGBT器件，MOTOROLA CPU芯片，确保产品的品质；2：选择最优化的硬件电路设计，并配合DSP控制技术，对输出电压、平衡电压、输出电流，输入频率的侦测精度和控制速度上有非常大的提高，从而大大提高了UPS的可靠性，主要表现在以下几个方面：a)采用千分之一精度的输出电压侦测、反馈硬件电路，并配合DSP进行快速的运算和处理（DSP反应的最快速度为52us），使输出电压精度稳定在220V1范围之内；一般工频机的输出电压精度为220V5左右； b) 采用百分之一精度的输出平衡电压侦测、反馈硬件电路，并配合DSP进行快速的运算和处理，使输出平衡电压稳定在100mV范围之内；而早期一般工频机的输出平衡电压（即输出交流电压中的直流电压成分）高达几伏，这也是早期工频机带电感性负载容易损坏的主要原因之一；c) 采用百分之一精度的输出电流侦测、反馈硬件电路，并配合DSP进行快速的运算和处理，当侦测到UPS输出电流突然大于UPS设定值是，UPS立即进行控制、保护。而一般的工频机如附图一所示没有输出电流侦测和保护的功能，这也是工频机带电感性负载容易损坏的主要原因之一；d) 采用百分之一精度的市电频率侦测、反馈硬件电路，并配合DSP进行快速的运算和处理，可以确保市电模式下UPS的输出频率完全跟随市电频率，二者的最大相位差控制在100us以内，在电池模式下输出频率精度可以控制在50Hz0.1%以内，而一般工频机电池模式下输出频率精度在50Hz0.3%以内。B:工频机有输出隔离变压器，高频机没有输出隔离变压器：首先：变压器在高频UPS中，可作为选配置为一些有特殊要求的用户配置。其功能也主要是适应现场特殊电力状况，例如现场输入电为三相角形输入时，采用输入角/星变压器可使UPS在角型输入的现场得以应用；还有一些用电场合要求输入电与输出电的全隔离，可在UPS输出一测配置隔离变压器，可有效抑制共模躁声。 工频机的输出也仅仅是L、N之间接隔离变压器（有些工频机仅仅在输出的L接隔离变压器），其隔离效果并完善；隔离变压器的位置加在UPS旁路输出与逆变输出的公共输出测才可完全作到输入与输出的电气隔离。而可控硅整流UPS的输出升压变压器只是提升逆变输出的电压，而对旁路输出不起作用(除非具有双隔离变压器将逆变输出与旁路输入同UPS输出隔离开来。C:高频机对负载的干扰比工