谈高频机UPS和工频机UPS的“耐冲击能力”

只看该作者 · 2014-1-27 20:44

王其英

一、问题的提出

当代技术的发展已经到了高频机UPS代替工频机UPS的时代。不可否认数年来工频机UPS对IT的发展作出了卓越的贡献。但随着历史的发展和技术的提高电子产品也在不断更新，世上没有一成不变的东西，而且这种变化总是朝着节能的方向，这就是历史。比如早期的“大哥大”手机，既笨重又费电，但当时有多少人以拥有大哥大而自豪！

但这种令人羡慕的的东西只能打电话，连短信也发不了，腰里还必须挂一个BB机。再看今天的手表移动电话，缩小了多少倍！功能还比大哥大多，这都是高频的功劳。

早期的UPS又何尝不是如此，上世纪60年代的UPS也是庞大无比，一台20kVA的电动发电机带着一个5t重的大飞轮，后备时间也只有5s。现代工频机UPS 300kVA，是前者容量的15倍，才2.2t，就算上5s的电池也只有前者的一半，这是多大的进步啊！现代高频机UPS 300kVA，其体积和重量几乎是工频机UPS的三分之一，这是不是又进了一步！

图1 发展中的几种UPS比较

只看该作者 · 2014-1-27 20:44

高频机UPS取代工频机UPS是必然的。但由于从工频机UPS到高频机UPS是一个技术上的飞跃，没有一定的技术实力很难登上这个台阶，这就需要有一个过度时期。在这期间一些工频机UPS制造者把匆忙仿造的不成熟的产品推向市场，破坏了高频机 UPS的声誉，误导了一些用户。看来这些厂还得靠工频机 UPS维持市场，再加之一些用户对工频机UPS的感情和对高频机 UPS的不明真相，工频机产品市场还可以延续一段时间。在此期间工频机UPS制造者一定要加紧步伐推出高频机产品。不要被一些误导言论所左右，那样会吃亏的。

只看该作者 · 2014-1-27 20:44

比如在前两年有的撰稿说高频机UPS有几大致命弱点，所谓致命就是不可克服的，并声言“时至今日UPS业界还没制造出200kVA以上的可靠的高频机UPS”。事实上，此前在南京汤山温泉宾馆一次电信方面的会议上，一个公司就提供了一份近三年在国内销售了250500kVA高频机 UPS“零”故障的报告。并且该公司也早已推出成熟的1100kVA容量的单机产品。同时在国内市场上也已有几家公司成功推出了500kVA高频机 UPS，可见上述**需要商榷。但由于高频机 UPS销量的直线上升，如图2所示，高频机UPS不可靠的宣传就自动偃旗息鼓了。

图2 近7年国内UPS销量情况

只看该作者 · 2014-1-27 20:45

现在又有了新的宣传：有的地方用高频机UPS，有的地方还得用工频机UPS，原因是“高频机UPS不如工频机UPS耐冲击”。此种说法一出，又使一些用户陷入五里雾中。到底这种说法有无根据呢？

二、冲击的来源和耐冲击的机理

只看该作者 · 2014-1-27 20:45

1、冲击的来源

冲击来自两个方向，一个是输入端，一个是负载端，空间干扰可以忽略，因为机器都是金属外壳，又加之都是室内，而且上述的宣传也是指的输入和输出。

首先看输入冲击，输入一般情况下是电网的波动，这是一种慢变化，不能称其为是冲击。再就是附近有什么大的设备在启动和停止时对电网形成一定的冲击，但一般幅度不大，强度也不大，最严重的是雷电感应浪涌电压的冲击。这种雷电电压的前沿可小到1s以下，可导致可控硅整流器导通。

只看该作者 · 2014-1-27 20:45

UPS对这种浪涌电压的冲击耐力如何呢？这可从它们的电路结构来分析。图3示出了两种三相（单相也一样）电路的主电路原理图。从图中可以看到，两种电路的输入整流器前面都有一个前置滤波器，其功能就是抑制输入干扰的。从图3（b）可以看出，高频机UPS的输入电路除了有一个前置滤波器外，由于高频整流器的需要，在整流器前面有多了一个串联电感。这个电感除了是高频整流器的的构成部分外，对抗冲击干扰也会起到积极作用，因为电感的作用就是反抗电流的突然变化，就是抗冲击。因此在耐输入冲击上比工频机UPS有多了一级保险，显然就不能说在这个方向上的耐冲击能力比高频机UPS强，而是比它弱。

（b）一般高频机UPS的主电路结构原理图

图3 两种UPS的主电路结构原理图

只看该作者 · 2014-1-27 20:46

再看来自负载端的冲击，这种冲击不外乎这三种形：

正常的脉冲工作方式、负载电流的突然变化和负载端突然短路。

A. 正常的脉冲工作方式可有UPS输出电压的峰值系数解决，一般这个值为31就可以满足负载的要求了，而这个值是一般UPS都可以达到的。

B. 负载电流的突然变化

也就是说单机房中大部分或全部用电机器突然同时满载工作向电源索要电流，这就出现一个超过额定值的电流冲击，如果这个电流脉冲持续时间长，根据UPS的过载能力，一般是过载到125% 10min，150% 30s，就将负载切换到旁路。如果这个脉冲持续时间很短，就有逆变器直接提供。那么这两种UPS谁能耐这种冲击呢？那就看一下电源的原理结构。

电源分为电压源（也称稳压源）和电流源（也称稳流源）如图4所示，就是电压源的电原理图。图中E是电源的电动势，是稳定不变的；I是电源流过负载的电流，U1是负载R两端的电压， r（ZU ）是电源的内阻（阻抗）。负载两端的电压为

只看该作者 · 2014-1-27 20:46

一般这个电压要求是稳定不变的，但从上式中看到负载R是一个变量，R的变化也导致了电流I的变化，这样一来负载端的电压就无法稳定了。于是人们想，如果后面一项

就可以使

电压就稳定了。如果能使内阻

就可做出稳压源。使内阻等于零的方法只有电子电路才可以做出这样的调整。UPS和其它用电路调整的电源就是这样一种文雅装置。所有电压源的一个重要指标就是输出电压的动态性能。动态性能越好，输出电压越稳定。对UPS而言其动态稳定性的指标就表现在对输出电压波形失真度的要求，对线性负载要求小于或等于3%，对非线性负载要求小于或等于5%。

而这样的指标无论工频机UPS还是高频机UPS都可以达到。

只看该作者 · 2014-1-27 20:46

所以耐负载冲击是一切电压源的基本性能。不过由于工频机UPS多了一个输出变压器，而变压器的内阻是不可调整的、固定的，所以其内阻要比高频机UPS大一些。有的认为多了变压器还多了一项抗干扰能力，说变压器抗干扰是一个大误区，只有非线性和惯性器件才能抗干扰。为了减小变压器对电源内阻的影响，在绕制的时候要尽量减小其漏感，因为漏感会影响动态性能。至于抗干扰变压器那是另一回事，这里谈的是UPS的输出变压器。

至于说工频机UPS能抗短路，无异于说工频机UPS的内阻抗大，再说工频机UPS的输出变压器能分辨哪是短路哪是正常工作的大电流脉冲吗？这都是想象的，没有根据的。

有的可能问：既然高频机UPS耐冲击能力不比工频机UPS差，那么为什么冲坏的都是高频机UPS呢？首先要问：这种说法是由哪里传出来的，再问何以证明高频机UPS是被冲坏的，损坏的高频机UPS是什么品牌，花多少钱买的…这些不能一概而论。据笔者所知损坏的这些高频机UPS大都不是成熟的产品，是匆忙仿造的或刚出世不久没有经过时间考验的赝品。大都是质量问题。比如一个制造商既生产工频机UPS又生产同容量的高频机UPS，而且又首推工频机UPS，那么他的高频机UPS就不可靠。这和专门制造高频机UPS的厂家在产品质量上区别很大。这和工频机UPS一样，质量好的产品可靠性高，但价格也高。有些用户既要低价产品又要可靠性高，出了问题又怨天怨地怨产品！

话又说回来，工频机UPS损坏者也不在少数。笔者近几年接触的真正被冲击坏的进口名牌工频机UPS也很严重。如图5所示就是相信工频机UPS耐冲击而损坏的例子。该系统

只看该作者 · 2014-1-27 20:47

是由进口5台150kVA UPS组成的4+1供电系统，系统输出端除直接带一部分负载外，还接了一台300kVA的变压器。如图5所示，变压器的后面又带了负载。不知何时变压器所带负载没工作，于是就将变压器输入开关断开了。突然有一天市电停电，正在电池工作状态时，有人将变压器开关闭合，众所周知，变压器启动时有一个电流冲击，合闸后不到5s电池组起火、逆变器汇流排烧毁，烧毁100AH电池70余节！

图6所示为某国家质检单位UPS供电系统图，系统采用了双总线供电方案，每一路由2台200kVA 容量的UPS做1+1连接。供电系统在正常工作中，前面有人将开关闸刀由市

电1#切换到市电2#，这个过程有一个输入电流突变（市电2由空载到加载），也算是冲击，结果每一路烧毁了一台UPS。这样的例子不在少数，能不能就得出工频机UPS不耐冲击的结论呢？肯定不能。对于大量的UPS产品而言这毕竟还是少数。

就是说，不论是工频机UPS还是高频机UPS都有损坏的几率，不能断章取义。

谈高频机UPS和工频机UPS的“耐冲击能力”

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