解析工频与高频UPS性能与选购要点

　　用户在购买大功率UPS的时候，尝尝面临在工频机和高频机之间不知道如何选择，不清楚到底是买工频机好还是选高频机划算的问题。笔者从下面几点来分析工频机和高频机之间的区别，希望能对大家今后在选择UPS的时候有所助益。

　　1 工频机和高频机的原理分析

　　工频机和高频机是按UPS的设计电路工作频率来区分的。工频机是以传统的模拟电路原理设计，由晶闸管（SCR）整流器、IGBT逆变器、旁路和工频升压隔离变压器组成。因其整流器和变压器工作频率均为工频50Hz，顾名思义叫工频UPS。

　　高频机通常由IGBT高频整流器、电池变换器、逆变器和旁路组成。IGBT可以通过控制加在门极的驱动来控制其开通与关断，IGBT整流器开关频率通常在几千赫到几十千赫，甚至高达上百千赫，远远高于工频机，因此称为高频UPS。

　　2 隔离变压器的原理分析

　　隔离变压器是利用电磁感应原理，对配电或信号进行电气隔离的装置。隔离变压器在UPS中通常被设计在逆变器的输出端，可以起到增加UPS性能改善负载端供电质量的作用。

　　通常，UPS的输出隔离变压器有以下四大优点：

　　（1）降低零地电压，优化UPS末端供电网络

　　UPS的逆变输出安装隔离变压器可以隔离输入和输出之间的电气连接，从而有效地降低输出的零地电压。由于隔离变压器的副边绕组采用Y型接法，中性点接地后产生新的零线，从而达到降低零地电压的目的。事实上，HP、IBM、SUN的小型机因为要保证精密的计算能力与高可靠的数据处理传输能力，都会对零地电压有极高的要求，加装隔离变压器可以彻底解决因为零地电压偏高所造成的一些问题。

　　（2）滤除负载端谐波，提高供电质量

　　隔离变压器本身具有电感特性，输出隔离变压器可以滤除负载端的大量低次谐波，减少高频干扰，并可以使高次谐波大幅度衰减。采用电源隔离变压器，可以有效地抑制窜入交流电源中的噪声干扰，提高设备的电磁兼容性。

　　（3）增强过载短路保护能力，保护负载与UPS主机

　　由于其自身的特性，隔离变压器是UPS中工作最为稳定的器件。UPS在正常工作过程中，如果遇到大的短路电流，变压器会产生反向电动势，延缓短路电流对负载以及逆变器的冲击破坏，具有保护负载与UPS主机的作用。

　　（4）UPS故障时保护负载

　　高额UPS的AC/DC变换部分采用高频化设计，提高了UPS的输入功率因数（0.98以上）及输入电压范围，DC/AC逆变部分高频化减少了输出滤波电感的体积，功率密度大。由于无输出隔离变压器，一旦逆变器桥臂的IGBT被击穿短路，BUS母线直流高电压将加到负载上，危及负载的安全。输出隔离变压器具有“通交流阻直流”的能力，可以解决此类问题，在UPS发生故障时能够使负载安全运行。　　3 从工频机和高频机的性能对比来分析

　　（1）在可靠性方面，工频机要优于高频机

　　工频机采用晶闸管（SCR）整流器，该技术经过半个多世纪的发展和革新，已经非常成熟，其抗电流冲击能力非常强。由于SCR属于半控器件，不会出现直通、误触发等故障。相比而言，高频机采用的IGBT高频整流器虽然开关频率较高，但是IGBT工作时有严格的电压、电流工作区域，抗冲击能力较低。因此在总体可靠性方面，IGBT整流器比SCR整流器低。

　　（2）在环境适应性方面，高频机要优于工频机

　　高频机是以微处理器作为处理控制中心，将繁杂的硬件模拟电路烧录于微处理器中，以软件程序的方式来控制UPS的运行。因此，体积、重量等方面都有明显的降低，噪音也较小，对空间、环境影响小，因此比较适合于对可靠性要求不太苛刻的办公场所。正因为如此，许多厂家的中小功率UPS普遍推出了高频机。

　　（3）在负载对零地电压的要求方面，工频机要优于高频机

　　大功率三相高频机零线会引入整流器并作为正负母线的中性点，这种结构就不可避免地造成整流器和逆变器高频谐波耦合在零线上，抬升零地电压，造成负载端零地电压抬高，很难满足IBM、HP等服务器厂家对零地电压小于1V的场地需求。另外，在市电和发电机切换时，高频机往往因零线缺失而必须转旁路工作，在特定工况下可能造成负载闪断的重大故障。工频机因整流器不需要零线参与工作，在零线断开时，UPS可以保持正常供电。

　　综上所述，工频机UPS和高频机UPS的差异主要表现在隔离变压器上，而工频机对隔离变压器的使用，在很大程度上提升了UPS的可靠性。从综合性能方面来讲，工频机和高频机则各有优劣，至少在当前，不存在谁取代谁的问题。用户在选购设备的时候应当立足于自身的实际需要，而不是盲目跟从。比如，用户要建设中大型的数据中心，那么对可靠性和稳定性的要求就应当放在第一位，大功率的工频机UPS就应当是首选；如果是一般的办公场所应用，或者主要考虑到设备对空间的占用，则可以采用高频机UPS。