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ups高频机工作原理

发布时间:2019-01-09 16:27文章来源:高频机勇源科技作者:王勇

工频和高频是能量逆变输出过程的频率差距, 工频主要是靠大型变压器逆变输出, 高频,等于将大型逆变器变小,但分次快速逆变输出。
  
  工频机因此材料贵,技术较“低阶”,谐波也大。
  
  高频技术则依赖功率元器件和芯片的快速计算配合,技术难度高。
  
  楼上说高频机适用于小功率电源的保护,而工频机主要用于功率比较大而且安全系数要求高的场合是不准确的。
  
  日本的高频机也能做到1000KW,而且都是用在各种安全生产的防护领域,国内高频机技术不成熟, 所功率做的小,才有这种误解。
  
  目前,高频机UPS已进入逐步代替工频机UPS的年代,当然替代的过程并不是一帆风顺。人们使用了几十年的工频机UPS,已经熟悉了这种电源形式,突然要换机型还不能一下子适应,所以对那些为工频机UPS的赞歌听着比较顺耳,同时对高频机UPS的一些指责也容易接受,就这样一拍即合。岂不知在一定程度上损害了用户的利益,也有勃于当今的国策。
  
  常常会听到这样的说法:高频机UPS是好东西,但由于我们的系统非常重要,要求供电的可靠性非常高,所以还是用工频机UPS可靠。言下之意,高频机UPS不可靠。岂不知可靠性是设计出来的,即一台机器的可靠性如何取决于采用了哪一级可靠性标准。举一个简单的例子,一个UPS中常用的120?120的轴流风机,有十几元一只的,也有上百元一只的,价格差了近10倍,哪一个可靠性高呢?不言而喻,当然是上百元一只的可靠性高。又如某品牌的9315系列UPS,人称“标王”,意思说每次投标它的价格最高,但运行起来可靠性也最高,被人称为“铁机”——就是不出故障;而同一品牌的同功率PB4000系列就便宜得多,而故障也多。
  
  当然用户对高频机型UPS的这种担心不是没根据,其根据就是来自某些方面的误导宣传。甚至有的将这些宣传材料上升为“高频机结构UPS的致命弱点”。虽然问题的提出者只是少数,但影响颇大,在网上粘来粘去,就好像写此文章的人很多,确实影响了不少用户,甚至有些技术人员也受了传染。为了将这些问题搞清楚,使人们对产品有一个科学的看法,下面就这几个方面进行讨论。
  
  (一)ups高频机工作原理、IGBT整流器可靠性偏低
  
  为了证明这个论点,有的就举出两种器件过载能力的例子:SCR可过载到10倍额定电流20ms,而IGBT过载到10倍额定电流时只能坚持20?s,就是说过载能力差了1000倍。就根据这一点说IGBT器件的可靠性不如SCR是不是公平呢?这要追索到它们的过载能力为什么不同,难道说IGBT的过载能力只能是10倍20?s吗?当然不是。器件设计者是根据其必要性而选定的。SCR不是全控器件,即一般在交流电路中只能控制其开启而不能控制其关断,可控硅一旦开启只有等到电压或电流过零时才自动关断,
  
  这种器件的工作原理就决定了其过载能力不但要强,而且还必须能承受过载较长的时间。比如在图1(a)中SCR在时间t2被触发而开启,假如此处对应的时间t2 =1ms,而正好此时输出端正好出现过流甚至于超过10倍,由于在此处无关断机制,那么它必须在t3(50Hz的半周)之前的大约10ms的时间内能承受这种过流而不损坏。否则,若这种器件耐过载时间短,比如是1ms,器损坏的几率就太高了,就没法用了。但IGBT就不同了,因为它不但可以随时开启而且也可以随时被关断,如图1 (b)所示,它在t1被打开而在t2又被关断。
  
  目前IGBT的工作频率最高可到达150kHz,即一个开启与关断周期约7?s,所以20?s对IGBT从发现过载到关断的时间而言已经足够长了。就是说IGBT的过载时间不需要做得那麽长,即使厂家再将它的过载时间延长上1000倍又有何用!对于从北京南站30分钟即可抵达天津站已开动的城际列车来说,非要给它10h的运行时间余量,有这个必要吗。
  
  另一个基本概念就是电感温度高的问题,做过电路设计的人都知道,电感的温度高低在设计和试验中是可以控制的,而且解决这个问题也轻而易举,一般说只要将绕组的线径取大一些,铁心取大一些就可以了,对经常搞电路的人是一个基本常识,是不言而喻的。它怎么能影响作出大功率的UPS整机呢。
  
  再说,目前已有好多厂家做出了500kVA的高频机型UPS,甚至还有的厂家做出了1200kVA的高频机UPS,难道还不算大功率!有些制造商一时还做不出可靠性足够高的大功率高频机UPS绝不是因为“至今还没找到大磁通量的材料”缘故,这里有好多个技术问题。而且不能说一两个厂家暂且还做不到这一点就说是整个“UPS产业”,这样说就太武断了。自己做不出来,要努力,或收购具有这种能了的公司,后来者居上嘛,站在那里抱怨和无中生有的指责又有何用。
  
  如果将以上这些似是而非且由于自身概念不清的问题也说成是“致命弱点”并硬扣在高频机型UPS头上,好像不太合适。主要是由于认识上的误区,使以上这两个“论点”都没选合适。
  
  (二)设备特性:
  
  1、采用数控技术,具有连接、同时、分段连接、分段同时等淬火功能;
  
  2、可配置一体化淬火液循环冷却系统;
  
  3、采用型材结构机身,自动化程度高;
  
  4、采用数控系统或PLC及变频调速系统实现工件定位、扫描,并通过PLC与电源联机,实现全自动化生产。
  
  5、双频立式数控机床,主要针对五金精密件的热处理行业,它可以对工件实现同步异部不同工艺需求淬火,也可以单电源独立淬火。
  
  (三)工频机和高频机的原理分析
  
  1、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。
  
  2、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。高频机输出没有变压器隔离,如果逆变功率器件发生短路,则直流母线( DC BUS)上的高直流电压直接加到负载上,这是安全隐患,而工频机则不存在此问题。
  
  (四)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。
  
  总结:高频UPS电源又称模块化高频UPS电源,这种UPS电源主要采用采用抽屉式高智能模块化设计,可通过增减柜内UPS模块来满足功率输出输入及可靠性要求,具有极大的弹性,实现最佳性价比。


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