摘抄 制服诱惑
性感少妇功率电子确立的本领跳跃与功率器件的性能提高、新器件的不休出现存着密切的关系。50年来，跟着功率半导体器件的跳跃，UPS确立资历了由多输出工频变压器到单个输出工频变压器的演变过程，而性能更好的大功率IGBT器件和更先进的按捺本领的出现，为UPS确立从根底去掉输出挫折变压器创造了物资条目，使其在高频化、袖珍化、节能化和绿色环保化方面取得了长足的进展，这等于东谈主们所说的“高频机”。这种机型集中体现了UPS电路本领的跳跃，代表着UPS本领的发展标的。与传统的带输出变压器的UPS比拟，它在进一步缩小体积、松开重量、改善性能、提高遵守、镌汰资本等方面，齐取得了赫然的改善和跳跃。一、UPS电路的演变史响应了UPS电路本领的发展历程 领先的UPS输出逆变器齐是带有输出变压器的。应该说，领受输出变压器是UPS逆变器输出电路形貌所决定的，而变压 器的存在却是弊大于利。逆变器电路本领演变过程的一个显赫的进展形貌是：是否必须用变压器，若何成就变压器，是否可能去掉变压器。
图1是20世纪70年代出产的第一代三相UPS的典型电路结构形貌。 图1所示的UPS包括一个由降压式自耦变压器绕组供电的二极管全波整流器和一个与整流器相并联的、由自耦变压器的补助二次侧绕组供电的可控硅电板充电器。当电网停电时静态开关可将电板组调处到直流母线上供电。 逆变器由4个三相逆变器以全波方式运行（按照基波频率进行换向），每一个三相逆变器齐与变压器的一次侧绕组相调处（三角形调处），再把这些二次侧绕组敞开式变压器(OpenPhaseTransformers)的二次侧以一定方式进行调处，以获取合成的输出电压。这4个变压器被分为两组，每一组齐包含一个星形和一个Z形（波折星形）的二次侧绕组，这两个二次侧绕组之间具有30°相位差。这一特殊的调处可扬弃n=6k±1（k为奇数）次的电压谐波，这等效于12脉冲整流器中的两个移相式绕组在变压器一次侧中可对消5、7次谐波。对于在变压器一次侧绕组中每相可能出现的3次和3n次电流谐波，由一次侧绕组的三角形接线方式来对消。因此，输出端早先需要滤除的谐波为第11次谐波。输出电压的调节是通过搬动两组变压器之间的相位 （0φ180°）来完成的。由于早先需要滤除的是第11次谐波，是以输出滤波器的尺寸较小，这使得逆变器对负载变化的动态响应性情加速。 以可控硅（晶闸管）为基本功率器件的电路存在着换相安全和功率损耗的问题，为减少电路的能量损成仇改善按捺功能，下一代系统开动使用一种新的脉冲电路，每个晶闸管齐有其相应的灭弧电路。通盘确立仅需两个变压器，如图2所示。为扬弃n=6k±1（k为奇数）次的谐波，只需要一组相位收支30°的逆变器，而这30°的相移是事先成立好的，并在每台变压器一次侧以“脉冲宽度调节”的方式（PWM）来杀青对电压的调节。为达到预期的输出电压，不错将上述换向电路欺骗于每周期6次固定换向的基本脉宽调制电路(PWM)。
变压器的数目从4个减少到2个，但为了能进一步减少变压器的数目，就不得不提高逆变电路的性能，以便通过优化PWM就能达到目的，而无需再使用两组变压器的耦合方式。过去使用两组移相30°的变压器是为了减小低次谐波（5、7次），因为他们的幅值较大，要滤除他们比较费力。只用一个变压器的UPS如图3所示。电路中，变压器的二次侧绕组为波折星形调处，每个逆变器以基波的7倍频率来斩波直流电压。这种斩波方式称为固定频率斩波，在联想时以尽可能减小输出电压的失真度以及减小滤波器的尺寸为宗旨。输出电压的调节是通过搬动两组逆变器桥之间的相位进行的。
自20世纪80年代起，UPS逆变器开动只含有一个变压器。同期，跟着功率半导体器件的立异，双极型功率晶体管以及电子按捺级的IGBT等功率半导体器件的出现，逆变电路中的可控硅器件被取代（见图4和图5），但UPS带输出变压器的这种情况仍在接续且一直握续到二十一生纪着手，其间诚然在1995年出现了无变压器的逆变器结构，关联词此类家具仅适用于功率小于等于30kVA的UPS。形成这一情形的主要原因是功率半导体器件换向时的损耗较大，而较高的耐压要求又使得东谈主们很难在不必变压器的条目下到手地制作出大容量的逆变器。
APC的处理有策划配备了自动检测断路器大小、PDU电路位置和分支电流监控功能，为用户带来更多实用的自制。这些功能与英飞处理有策划的容量和变化照料模块兼容，更好地杀青自动分支电流成立、调节和均衡功能。 图4的逆变器领受IGBT器件，变压器二次侧绕组领受星形调处。每个一次侧绕组齐调处到两个逆变器歧路的中点，组成内容上是三个单相全按捺的逆变器桥。因此，在二次侧绕组上得到的电压是零丁进行调节的，这可有用地确保输出电压的致密均衡，而非论三相负载电流是否处于均衡景色。使用桥式组件的调处方式可使每个歧路的变换频率相对于标称变换频率减小1/2，这么每个歧路齐只在正弦波的1/2个周期内使命。 图5唯唯一个逆变器（三相全桥），此变压器的耦合方式领受一次侧三角形/二次侧波折星形调处。这种调处方式可杀青两个特地的功能。早先，它不错及时（即刻、蓦地）地调节每相的输出电压，而各相输出电压齐与逆变器的逆变歧路相对应。此外，变压器二次侧的Z形调场所经受的负载3n次谐波电流传送到变压器的一次侧绕组，使这些谐波电流只在一次侧绕组内流动，这么，可镌汰IGBT的换向电流，从而减少了换向损耗。 以上所述等于逆变器中的变压器是若何冉冉发展演变的过程。 二、UPS输出挫折变压器的功能 了解传统UPS输出挫折变压器的功能诟谇常遑急的，因为唯独当用电路措施能够齐全杀青它的功能时，才有可能在新一代确立中替代并取消它。内容上对这个问题是存在一些诬告的，诸如：逆变器输出挫折变压器“有挫折的作用”、能够“抗打扰”、能够“缓冲负载的突变”，还能“提高UPS的可靠性”等等，以致于觉得无变压器的UPS就不行可靠的使命，好像这个变压器是为了这些目的而挑升联想的。握有这种想法的东谈主要么是对UPS逆变器使命旨趣不太了解，要么是对挫折变压器的功能和在逆变器电路中的作用不甚了解。应该说这个变压器是工频机全桥逆变器不可分离的组成部分，何况它的作用也很浮浅：升压和产生三相四线输出的零线。 1、输出变压器的功能之一是为单相负载提供所需要的零线 传统双转机UPS输出变压器的一个遑急功能是在UPS输出端产生为单相负载供电时所需要的中性线（时常称之为零线）。 带输出变压器的UPS的DC/AC逆变器时常是由全桥电路组成，如图6和图7所示。输出端必须加变压器，不然就完不成输出单相或三相四线交流电压的功能。是以此变压器应视为产生输出零线的变压器。 图6为单相UPS输出DC/AC逆变器主电路图，它是一个全桥逆变电路，每个桥臂有两个串联的IGBT（VT1——VT4），输出交变电压UAB由两个桥臂的中点A和B引出。
当VT1和VT4同期通导（VT2和VT3截止）时，由直流电压E形成的电流回路是电压E的正端—VT1—负载A端—负载B端—VT4—电压E的负端；而VT2和VT3同期导通（VT1、VT4截止）时，由直流电压E形成的电流回路是电压E正端—VT2—负载B端—负载A端—VT3—电压E的负端。如果VT1和VT4与VT2和VT3轮流导通的周期是50Hz，则加在负载上的电压UAB是幅值为直流电压E的50Hz方波或者准方波，如果VT1和VT4以及VT2和VT3齐以高频正弦波脉宽调制（SPWM）法律讲解导通和截止，则负载端电压UAB是幅值可调节的正弦波。 值得珍重的是，时常单相负载的输入电压要求有一根零线，何况这根零线在系统中（供电系统输入变压器的输出端）是要接大地的，赫然，如果把图6单相电路中的A或者B任少许作念输出零线接地，齐会使输入电压通过导通的半导体功率器件对零线短路而立即焚烧逆变器。 图7为三相UPS输出的全桥DC/AC逆变器电路框图。为特出志负载必须有零线的要求，于是就增多一个输出挫折变压器，变压器的低级作念三角型调处，由三相全桥的三个桥臂中点作念三相线电压输入，变压器次级星型调处，产生新的零线按三相四线制向负载供电。
这里不仅需要输出挫折变压器产生零线，为了UPS转旁路时也能平时供电，输出变压器产生的零线还必须与系统输入的零线调处在一齐。 2、输出变压器的功能之二是对输出电压的匹配作用 传统大中型UPS主回路结构领受可控硅整流将输入的交流电整流为直流电，电板径直挂在直流母线上，当输入市电平经常，靠整流可控硅的调节对电板充电，同期为IGBT结构的桥式逆变器供电。从系统结构不错看出，从整流到逆变的过程中，每个要领齐是降压要领：可控硅整流是为了提供恒定的直流电压而采纳的一种整流方式，由于可控硅整流要“斩掉”一部分输入电压，是以其输出电压恒定的代价是输出电压恒定在低于全波整流输出电压的某个数值上。而逆变要领相通是一个降压要领，从可控整流输入来的直流电在通过逆变器逆变出正弦交流电的过程中时常领受的是脉宽调制（PWM）方法，其散伙相通是输出电压品级的再次镌汰。恰是由于上述的原因，在此种结构的UPS逆变器中，输出变压器起着电压匹配和普及的作用，将逆变器输出的电压升至到合理的输出范围。 在内容欺骗中，输出变压器时常领受图8的接法，变压器低级是三角型，对于莫得升降压作用的挫折变压器，三个低级线圈的电压齐是380V，次级是星型，三个次级线圈的电压齐是220V，那么初度级线圈的匝比应该是：N1:N2=1:0.577。 当要求输出相电压为踏实的220V时，变压器原边的峰值电压（即直流电压E）应该是： 220V×1.414×1.732=538.8V
研究到逆变器PWM使命方式，为逆变器供电的直流电压要高于变压器原边的峰值电压，最小极限值时常取变压器原边峰值电压1.2倍足下，即： 538.8V×1.2=646.56V 可是，当研究输入电压下限变化10%时，输入三相线电压全波整流的最高直流电压的表面值是： 380V×1.414×0.9=483V 内容上研究到AC/DC转机过程的降压因素，大中型UPS的电板（径直跨接在直流母线上）时常成就32-34节，额定电压为384V-408V，浮充电压（即AC/DC变换后的直流母线电压）为432V-459V，电板放电下线电压为340V-362V。 UPS直流母线电压的下限值（340V-362V）与输出电压要求的变压器原边的峰值电压（646.56V）之间的隔离就应该由输出变压器领受升压方法来处理，是以，输出变压器的升压比应该是：646.56V/（340V-362V），即1.9~1.78。 也等于说，输出变压器的内容匝比应该是：1:1.9或1:1.78。 以上数据是按一般情况推算的，内容情况与不同的电路结构形貌有径直的关系，输出变压器的参数和接法也不尽相易，但非论电路隔离有多大，输出变压器老是通过原付边匝比的变化起着匹配逆变器输入电压与UPS输出电压的作用。 3、输出变压器是挫折变压器，但在系统中莫得挫折功能 在UPS供电系统中，UPS确立的一个至关遑急的功能是当输出过载或者UPS逆变器故障时，自动转静态旁路供电，另外，在系统中还成立了羡慕旁路，当UPS需要羡慕时可手动转羡慕旁路向负载供电。执行这两个操作时，齐是由旁路输入三相四线电压径直向负载供电，是以系统的零线与负载端的零线必须短接在一齐。这就决定了带输出变压器的UPS的变压器次级新产生的零线必须调处到输入电源系统的零线上，如图9所示。也等于说，UPS机内的变压器莫得电源系统挫折的功能，如果系统存在零-地电压差较大的问题，UPS机内的逆变器输出变压器对此电压差是窝囊为力的。 在内容欺骗中，当零-地电压差过大而需要镌汰时，就必须特地成就挑升的挫折变压器，如图10和图11所示。
挫折变压器的成就方法有两种： 第一种方法：在旁路输入端成就与UPS同功率的挫折变压器，这么UPS内置的输出变压器的输出零线和旁路挫折变压器输出零线齐不错接在系统地线上（重新组成接地系统），这就杀青了UPS输出与供电系统的真确挫折，并使这点的零-地电压差等于零。用这种接法的优点是，在UPS平时使命模式下，旁路挫折变压器空载运行，不影响UPS的输出性能和系统遵守。污点是，当UPS转旁路时，变压器蓦地带载使命，其输出电压蓦地会低于转机前UPS检测到的电压（变压器空载电压），如果转机前UPS检测到的电压仍是处于UPS同步运行（放胆的不错转旁路运行）的下限，那么转机后因变压器的压降（电压调节率）而使输出电压低于负载供电电压的下限，负载可能会因此而绝交或宕机。
第二种方法：把变压器成就在UPS的输出端，此方法可使UPS供电系统与负载作念到梦想的、齐全的电气挫折，迥殊是当UPS供电系统在物理位置上与负载距离较万古，可把变压器放在接近负载端，例如一些大型数据中心，在负载列头柜输入端加装挫折变压器。此方法的污点是变压器的阻抗会影响到UPS对负载供电的踏实精度、供电才气和动态性情。
4、对于挫折变压器的抗打扰功能 由于变压器的阻抗有一定的理性要素，因而说这个变压用具有一定的抗打扰作用是不错认识的。可是逆变器输出变压器却不是为抗打扰而成立的，它的抗打扰才气亦然有限的。 经常会有东谈主浮浅地觉得：当系统中成立有挫折变压器时，其抗打扰功能就一定会很强。这种意志并不齐全正确。在供电系统中，产生打扰的原因和打扰征象是多种种种的，其中包括诸如高压脉冲、尖峰毛刺、电涌、暂态过电压、射频打扰（EFI）和电磁打扰（EMI）等等。可是，就其打扰形貌和传输阶梯而言，大体可分为两类：一是共模打扰，二是差模打扰。共模打扰存在于电源任一相线和零线与大地之间，共模打扰巧合也称纵模打扰、不合称打扰或接地打扰，是由于辐照或串扰耦合到电路中的，是载流体与大地之间的打扰。而差模打扰存在于电源相线与零线之间及相线与相线之间，差模打扰巧合也称常模打扰、横模打扰或对称打扰，是载流导体之间的打扰。 面前，东谈主们时常领受的扼制打扰的措檀越要有给被保护果真立并联瞬变打扰扼制器和在电子确立的输入端装配电源滤波器两种方式。领受变压器提高抗打扰才气是有一定作用的，但这里讲的变压器应是特殊的“超等挫折变压器”，而非普通的线性变压器。 并不是挫折变压器就能抗打扰，普通变压器的抗打扰才气是有限的。对于输入电压中存在的低频打扰和电压畸变，变压器不可能也不允许“抗打扰”。不然通过变压器传输的电压波形就会失真。对由地线环路带来果真立间的互相高频打扰有一定的扼制作用，但因绕组间存在的散播电容，使它对共模打扰的扼制后果随打扰频率的升高而下落。 变压器是靠磁耦合杀青原边和副边的电压变换的，因而它不具备抗差模打扰的功能。在1kHz~100MHz的打扰频率范围内，普通挫折变压器对共模和差模打扰的衰减才气齐聊胜于无。对普通挫折变压器的共模扼制才气的分析标明，要提高对共模打扰的扼制才气，环节是减小变压器绕组的匝间耦合电容，为此在变压器初、次级间加设屏蔽层，如图12所示。
图12中，C1为低级绕阻与屏蔽层之间的散播电容，C2为次级绕阻与屏蔽层之间的散播电容，Z1为屏蔽层接地阻抗，Z2为负载的对地阻抗，E1为低级打扰（共模子）电压，E2为E1通过正值传导到次级的打扰（共模子）电压。如果C1和C2的阻抗高大于屏蔽层接地阻抗，则正值传导到次级的打扰电压E2就会远小于E1。 要使挫折变压器同期具有较好抗差模打扰与共模打扰的功能，必须把它制作成超等挫折屏蔽变压器。超等屏蔽挫折变压器是性能较完善的多重屏蔽的挫折变压器，对差模和共模齐有较强的扼制功能，如图13所示。 超等屏蔽挫折变压器有3屏蔽层，会聚低级绕阻的屏蔽层调处在低级中性线上，不错滤掉低级出现的高频差模打扰。而对50Hz的工频电压则不产生任何影响，会聚次级绕阻的屏蔽层调处在次级中性线上，不错滤掉次级出现的高频差模打扰。中间屏蔽层则与变压器外壳连在一齐，再接大地，主要用来滤掉共模打扰。
三、无输出变压器UPS的电路形貌 无输出变压器UPS视联想功率的大小，所用的具体电路形貌也不尽相易，这里仅就大功率无输出变压器UPS的主电路结构形貌（见图14）来商榷它是若何完成三相四线输出和系统升压功能的，因为要求三相四线输出和系统升压是传统UPS必须带输出变压器的两个根底旨趣。当新的电路拓朴结构本人具备这两个功能时，输出变压器也就天然莫得存在的必要了。 图14主要透露了与是否需要变压器这一论题相干的电路框图，输入部分是IGBT-PFC整流电路，背面部分是三相半桥逆变电路，中间是电板成就暗示图。这里电板组用了两组400V电板组制服诱惑，串联后径直跨接在直流母线上。天然也可用一组400V电板组，那么就需要在直流母线和电板组之间成就一个零丁的可双向使命的DC/DC变换器，市电平经常，由800V降压给电板组充电，当市电停电时，反向升压给半桥逆变器提供800V使命电压。 底下主要叙述IGBT-PFC整流电路和三相半桥逆变电路的使命景色。
1、无输出变压器UPS是若何向负载提供三相四线制电压的 图14中，输出半桥逆变电路由三组IGBT桥臂组成，每组与公用电容（电板）电路组成单相半桥逆变器。三个半桥电路可零丁输出功率，由他们形成的三个50Hz单相正弦波电压相互收支120º，是以只消看一下一个半桥电路的使命过程，就可了解三相电路的使命景色。 如图15所示，假设桥臂的上头的IGBT用VT1和VD1透露，底下的IGBT用VT2和VD2透露,与电板并连的电容永别是C1和C2，续流电感为L。
图15所示为主逆变器逆变景色等效电路及使命过程。咱们分析其使命过程时，先按输出电压正半周和负半周把它瓦解为两个降压型开关电路（Buck）。在输出电压的正半周时，降压开关电路由开关管VT1、续流二极管VD2和电感L组成。VT1导通时电容C1上的正电压（400V）通过电感L向负载输出功率，电感L中的电流线性高潮；当VT1由导通转为截止后，由于电感L的续流作用，感应电压使VD2导通，续流电流流经电容C2，其电流标的内容上是给电容C2充电。在输出电压的负半周时，降压开关电路由开关管VT2、续流二极管VD1和电感L组成。VT2导通时，电容C2上的负电压（-400V）通过电感L形成输出电压的负半周，电感L中电流线性高潮，VT2由导通转为截止后，由于电感的续流作用使二极管VD1导通，其电流标的内容上是给电容C1充电。在电路中，输出电容C是容量不大的交流滤波电容器，成立它的主要目的是与电感L一齐滤除逆变器高频（15KH足下）开关脉动电压和打扰要素，当开关管的按捺波形按正弦法律讲解变化（SPWM）时，输出电压细目是平滑的正弦波。 由图15所示的使命过程和输出电压波形可知，三个半桥电路可永别输出三个踏实的正弦波电压，按捺电路使三个踏实的正弦波电压相位差为120º，于是就形成了三相四线制输出，各人零线则是由直流母线的电容中点引出，而无需再成就输出挫折变压器。 2、PFC本领可同期完成输入功率因数校阅和升压功能 领受高频整流本领（IGBT-PFC）同期完成对输入功率因数校阅和普及电压的功能，是无输出变压器UPS电路本领的另一遑急的记号性的特质。PFC本领仍是很熟识，凭证不同的欺骗时势和不同的性能要求，其电路拓扑形貌也不尽相易，但其基开心趣是是相易的，具有功率校阅功能的电路有降压式、升/降压式、反击式、升压式（Boost）四种形貌，在UPS确立中，为了同期完成对输入功率因数校阅和普及电压的功能，天然就领受了升压式（Boost）电路。 图16是单相升压式（Boost）电路旨趣。图中的C1为高频小容量电容器，用以扬弃开关管在高频开关时产生的传向电网的打扰。C2是大容量直流电解电容器。与一般AC/DC整流变换所不同的是，在桥式整流与大容量直流电容之间加入了PFC电路要领，其目的是使输入电流跟班输入电压按正弦法律讲解同相位变化。PFC要领由电感L、开关管VT和二极管VD以及相应的按捺电路组成，按捺电路采纳输入电压波形频率和相位、输入电流波形和数值、输出直流电压幅值3种反馈信号，并以PWM方式按捺开关管的导通和截止，其使命过程如下：功率开关管VT导通时，二极管VD因反向偏置而截止，输入电压通过开关管VT向电感L充磁，电感电流（即此时的输入电流）IL的变化法律讲解径直取决于电感L值和此时的输入电压瞬时值，其增多值则同期与L值、此时刻输入电压的瞬时值及开关管导通时辰相干。开关管VT截止时，由于电感L的续流作用而感应一个电压重迭在输入电压上，使二极管VD正向导通，电感L将贮存的磁能滚动为电能向电容C2充电并向负载输出，输入电流IL下落，IL下落速度与电感L值、此时刻输入电压瞬时值，以及负载（即直流电压U2的输出负载）大小相干，其减小值除取决于以上因素外，还与开关管VT的截止时辰相干。赫然，当输入电压U1以正弦法律讲解变化时，按捺电路以PWM方式对开关管VT进行按捺，当使命频率填塞高（例如15~20kHz）
六开关三相PFC旨趣电路的输入电压是380V，峰值是537V，是以此电路的输出直流电压可升至800V（±400V），此值恰是UPS输出三相半桥电路所需要的直流母线电压。 四、无变压器UPS的性能上风 这里的商榷仅限于是否带输出变压器这两种电路结构的不同而带来果真立性能的各异，不包括下列与家具研制定型和出产水平相干的因素而形成的性能隔离： •电路研制定型水平：与本领东谈主员本领水平、教学和定型经过照料相干； •器件选用隔离：与电路定型、资本按捺和质料照料经过相干； •家具性量和踏实性：取绝于出产工艺水平，与东谈主员本领水平、出产和质料按捺经过相干； •家具功能隔离：包括是否有并机功能、是否模块化、系统照料与通信功能、电板成就和照料水平、电路按捺隔离 （CPU照旧DSP）、软启动、冷启动、物理结构与可人慕性水对等；这些隔离与厂商决策东谈主员对确立的研发标的、阛阓定位、买卖取向、资本按捺等指谈想想有径直的关系。 无变压器UPS的性能上风是针对带输出变压器UPS由于自身的电路结构而不可能达到的固有的污点相对而言，包括资本、遵守、重量和体积等，天然还包括在确立电气性能方面的改进和提高。这些对现时社会提倡的降幼稚源破钞、从简资源破钞、绿色家具是至关遑急的。 1、高输入功率因数低输入电流失真度 为了完成系统升压功能，PFC整流要领成为“高频机”的遑急组成部分和必要条目，但它同期又把UPS输入功率因数提高到梦想的数值：0.99，把输入电流总谐波失真度THDI镌汰到5%以下，是以说输入功率因数高、电流失真度低是“高频机”的主要优点之一，这不仅扬弃了UPS对电网的谐波浑浊，它还可赫然地镌汰前端确立和线缆的容量。表1为两种结构UPS的总电流失真度、总电流有用值和线缆成就要求。 表1：UPS的总电流失真度、总电流有用值和线缆成就要求比较表
从表1中数据不错看出，由于带输出变压器UPS（例如12脉冲整流）的输入功率因数低，输入电流谐波大，其输入电流赫然地大于无输出变压器的UPS，增多量在27%足下。前端变压器、断路器和线缆的规格齐要相应的增大，其中线缆的截面要增多接近一倍。迥殊是当输入端有备用柴油发电机时，由于谐波电流和12脉冲移相变压器、无源滤波器的影响，UPS 与油机容量的配比从无输出变压器UPS的1:1.3增大到1:2~4。 表1是输出满负载时的数据，当内容欺骗中负载松开时，12脉冲（+11次无源滤波）的输入功率因数会赫然地减小，输入电流谐波要素赫然增大（见图18），对电网浑浊和要求系统前端确立容量增大的影响也就更严重。
2、使命遵守高 无变压器UPS的整机遵守之是以比带变压器UPS的遵守高一些，主要来自两个方面，一是去掉了变压器的损耗，大功率变压器的损耗时常在2%足下；二是系统直流母线电压的提高减少电路使命损耗0.5%足下，如果拔除电路联想和出产水平各异因素，电路结构的变化可使整机使命遵守提高2.5%足下。表2是一组典型的测试数据。 表2：UPS使命遵守比较表（按照输出功率因数0.9野心）
整机遵守的提高，不仅可有用的降幼稚源损耗，还意味着确立本人损耗小，以500KVA的UPS的满载遵守比拟，无输出变压器UPS的遵守提高了2.0%，就非常于机内减少了10KW的发烧量。这对提高确立运行的可靠性和镌汰对环境的要求是有益的。 表2数据只是研究了确立本人的遵守的提高，如果把因输入功率因数的提高，而使输入确立（滤波器、开关、线缆等）容量和损耗的镌汰，以及12脉冲整流时的输入变压器的损耗野心在内的话，那么无变压器UPS对通盘系统遵守的孝敬应高出4%。 值得珍重的是，在内容使用中，迥殊是在（1＋1）冗余并机和双总线的成就系统中，UPS的内容输出负载率唯独30-40%，这时的UPS的使命遵守更有内容意思。在这方面无输出变压器UPS相通表现了它的上风，如图19所示。 从图19可看出，在25%至100%负载范围内，使命遵守基本齐恒定的保握在94%以上。
3、重量和体积 数据中心基础设施是一项用度立志的固定财富投资，机房内确立对承重的要乞降占用空间越来越受到东谈主们的疼爱。同期，重量轻体积小果真立还不错减少对运输和装配难度的要求，天然在这方面用度的镌汰亦然可不雅的。 表3给出了两种结构UPS在功率密度、体积和重量等方面的比较数据。 表3：UPS功率密度、体积和重量比较表
从表3具体数据不错看出，与带输出变压器UPS比拟，无输出变压器UPS在功率密度、占大地积、重量等方面的孝敬是： 功率密度（kW/mā）可提高40%足下； 占大地积（mā）可减少25%足下； 重量减少50-80%。 4、资本 与带输出变压器UPS比拟，无输出变压器UPS去掉的要领包括：输出挫折变压器；输入12脉冲移相变压器及11次无源滤波器。是以无输出变压器的UPS可镌汰资本是不问可知的事实。商榷资本时，应试虑以下四个方面： •出产和购置资本； •动力运行资本（使命遵守高，包括空调用度的镌汰）； •占地少、承遑急求小和运输装配资本； •资源浮滥资本。 第四点内容上是很遑急的，为了减少资源浮滥，以半导体代替铜和钢铁资源早已成为工业和电子确立发展的趋势，是具有要紧经济意思和社会意思的基本政策。 5、对电性能目的的改进 无输出变压器UPS的各项电性能目的绝大多数齐非常于带输出变压器UPS，而有些目的却显暴露无输出变压器UPS更优胜的性能。除以上讲到的输入功率因数、使命遵守、体积重量和资本外，以下目的也有赫然地改善： （1）输入电压范围更宽：带输出变压器UPS对于稳妥输入电压±15%的变化已很不易，而无输出变压器UPS可在25-30%范围内平时使命，不仅进展出对电网很强的稳妥才气，还可蔓延电板的使用寿命。 （2）输出才气强：这体现在两个方面，一是输出半桥逆变器三相零丁输出功率，提高了三相负载挣扎衡的稳妥才气；二是去掉了工频变压器，逆变器使命频率又较高，输出滤波要领阻抗更小，是以输搬动态性能更好，负载阶跃从100到0%或从0到100%变化时，输出电压变化齐可限定在±2%，并在20-40毫秒内复返到±1%的容限范围以内。 五、无输出变压器UPS可输出的功率品级和可靠性问题 尽管无输出变压器UPS的电路本领仍是很熟识，但能否形成工业化家具，输出功率能达到多大，可靠性水平若何，却与器件水情切性能有径直的关系。 1、无输出变压器UPS可输出的功率品级 底下以500KVA无输出变压器UPS为例，看它对开关功率器件IGBT的耐压和使命电流有什么样的要求。 凭证图14可知，在UPS直流母线电压为踏实的±400V的情况下，每个桥臂的一支IGBT导通时，另一支截止的IGBT承受的电压将是800Vdc。 IGBT的使命电流可凭证输出功率和直流母线的最低电压野心出来。 在无输出变压器UPS中，以输出半桥逆变器对IGBT的性能要求最高，图20透露了半桥逆变器中种种电流参数的关系。
逆变器输出功率：500KVA； 单相输出功率：500KVA/3=166.7KVA； 单相输出满负载电流有用值：166.7KVA/220V=757.75A； 在无输出变压器UPS中，前级PFC整流是踏实的±400V，可是当市电停电而转入电板放电时，就要研究电板放电下限电压（-11.25%额定电压），是以逆变器单相输出满负载电流有用值应该是：757.75A×（1+0.1125）=843A； 逆变器使命在正弦脉宽调制（SPWM）景色下，假设在输出电流峰值时代最大的占空比为4:1，则IGBT使命峰值电流是：843A×1.414×1.20=1430.4A，在使命频率5-15KHZ情况下，峰值电流的宽度为0.15ms~0.05ms. 选用器件时，时常的作念法是，在可能的最大的耐压和电流值基础上再增多50%的安全余量，即器件耐压（VCES）： 800V×1.5=1200V 器件输出电流有用值才气：843A×1.5=1264.5A 器件输出电流峰值才气：1430.4A×1.5=2145.6A（0.15ms~0.05ms） 研究到使命频率和价钱等因素，选用器件经常时是用低容量的器件进行并联，这时存在并联均流的问题，所选并联器件应降容5%使用，也等于说，作念500KVA无输出变压器UPS时所选用的IGBT并联后的总输出电流有用值和峰值电流应大于： 器件输出有用值才气：1264.5A/0.95=1331A 器件输出峰值才气：2145.6A/0.95=2258.52（0.15ms-0.05ms） 把以上推算散伙列表在表4中。 表4：500KVA无输出变压器UPS输出逆变器对IGBT器件的要求
就面前器件水平而言，得志上述要求的IGBT器件有多种型号和规格，再研究IGBT并联使命，可采纳的余步就更大了。 表5是日本富士公司的IGBT（2MBI450U4J-120-50）的主要性能参数。 表5：2MBI450U4J-120-50的主要参数
在使用表5数据联想电路参数时，以下研究是允洽内容情况的： （1）一语气使命电流可认识为PWM使命时的输出电流有用值，即正弦电流最大值可达到600A×1.414=848.4A（TC=25ºC）和450A×1.414=636.3A（TC=80ºC）； （2）当逆变器使命在PWM模式时，IGBT管中的峰值电流是有用值×1.414（峰值统共）×1.25（假设电流峰值时占空比为4：1，宽度为0.15ms-0.05ms）=1.767倍。而表中峰值电流（1ms）可达到一语气使命电流的2倍。是以用有用（一语气）值是不影响器件的安全性的。 （3）研究到确立管壳温度时常按捺在70ºC，是以可觉得一语气电流可达到500A，峰值电流>900A。联想时，用三只并联总有用值=500A×3×0.95（并联降容）=1425A，峰值电流>900A×3×0.95=2565； 把联想要乞降选用器件的内容最大输出能里比较一下，如表6所示。 表6：联想要乞降内容最大输出才气
上头联想例如选用的是富士公司的IGBT（2MBI450U4J-120-50），内容上得志和高于上述要求的器件好多，何况有些管子的电流容量也高大于本例所用的数值，管子拼装也有单管、单桥臂、6管集成等形貌。 总的论断是，现时的IGBT功率开关管的输出才气和电器性能使无输出变压器UPS的输出才气达到400-500KVA是不存在 问题的。 2、对于无输出变压器UPS使命可靠性的商榷 确立的可靠性与多种因素相干，包括：电路研制定型水平、本领东谈主员本领水情切教学、器件选用隔离、出产工艺水平、质料照料经过等。电路结构变化有个本领熟识的过程，天然还包括所选用的器件性能和可靠性对新电路结构的稳妥才气。是以说电路结构的变化对确立可靠性是有影响的，影响大小最终取决于两个因素：电路本领熟识进程和器件水平。 （1）、本领熟识是不容争辩的 无变压器UPS领受的新本领主要有两点：一是AC/DC高频整流（PFC）本领，二是输出半桥逆变本领。这两项本领产生由来已久，已成为电力电子确立的经典本领，欺骗也相配粗鄙，是以本领熟识进程是不容争辩的。诚然把这两项本领集成起来用于无变压器UPS中仅是最近十年的事情、因电路定型水情切参数采纳的各异也可能存在确立可靠性问题，但出现可靠性的根底原因却不是电路结构和新本领的欺骗形成的。 （2）、现时器件性能水平齐万能够得志新电路结构冷漠的更高要求 在无变压器UPS中，对器件性能要求高的要领主若是半桥式逆变器，而环节的参数又是功率开关器件IGBT的耐压（Vces）和输出电流（有用值和峰值）才气，从表4、表5和表6不错看出，现时的IGBT的输出才气不错齐全得志400-500KVA的大功率无输出变压器UPS。 值得珍重的是，在无变压器UPS的输出半桥逆变电路中，输出电压是由±400V直流母线电压径直形成的，输入电流有用值等于输出电流有用值。而传统的带输出变压器UPS是通过输出变压器升压形成的，在升压比为1:1.9或1:1.78（见本文第二节第2点和图8）时，同期研究三角型/星型接法输出电流有用值是输入有用值的1.73倍，是以全桥逆变器输入电流有用值是输出电流有用值的1.9/1.73=1.1（或1.78/1.73=1.03倍）倍。数据评释，对相通输出功率的UPS，无输出变压器UPS对IGBT的电流输出才气的要求并不比比传统的带输出变压器UPS高。也等于说，从IGBT的电流输出才气来看，能作念多大功率的带输出变压器UPS，就不错作念到多大输出功率的无输出变压器UPS。 与带输出变压器UPS比拟，无输出变压器UPS的输出逆变器对IGBT的耐压冷漠了更高的要求。在带输出变压器UPS的输出 全桥逆变器中，IGBT的耐压等于直流母线电压，一般在400多伏，而在无输出变压器UPS的输出半桥逆变器中，直流母线电压是±400V，要求IGBT的耐压要大于800V。诚然现时的器件耐压1200V已不成问题，但此要求不单是是静态耐压问题，更严重的是IGBT的开关电压变化率（dv/dt）和开关损耗问题，因而这是电路联想和器件采纳时必须疼爱和处理的问题。 （3）、输出隔直流问题 从图14和图15不错看出，由于按捺要领故障使一个IGBT一语气导通时，或在一个IGBT或二极管短路的情况下，400V直流母线电压会径直输出到负载端（此时电感变成阻抗很小的导线）。单相负载输入整流后的直流母线额定电压是311V，研究负载输入允许的+15%的上限，直流母线额定电压是357V，并联在整流电路输出端的滤波电容耐压时常是400V。当UPS发生这种故障时输出直流电压会接近400V，滤波电容和DC/DC变换器齐会因输入电压过高而受到影响。 出现这种情况在表面上是有可能的。关联词，如果出现这一危急情况，即使穷乏了挑升的直流重量检测电路（例如，检测电路故障或参数飘移等），也不错凭证从另一个IGBT收到的驱动信号得知，直流电压可能发生短路，从而立即终止逆变器的使命，同期断开逆变器与背面负载的调处。时常逆变器的输出端配备有一个静态旁路开关，它可在逆变器罢手使命时飞快将负载切换到旁路市电供电，以保证负载供电的握续进行。逆变器保护和转旁路供电的看成时辰很短，可在输出电压高潮过程中完成，因而不会对负载安全形成影响。在大量确立的内容运行中，这种故障简直莫得出现过。 （4）、无输出变压器UPS的可靠性目的 如果不知谈平均故障间隔时辰MTBF，或者厂商提供的MTBF数据是不实在的，那么可用UPS的遵守和输出才气各方式的来揣测它的可靠性，这些目的包括整机使命遵守、输出过载才气、输出电流峰值统共、启动负载时输出电流浪涌统共和输出功率因数等。 以下是已推向阛阓的500KVA无输出变压器UPS的可量化的可靠性目的： 输出功率因数才气：0.9； 逆变器短路才气：150ms：2.5-3In（输出400V） 逆变器过载才气：125%In：10分钟；135%In：1分钟；150%In：30秒 额定电压下的峰值因数：≥3:1 动态性能：±2%，从0到100%或从100到0%的负载阶跃变化遵守：94.5%（50到100%负载率） 这些数据评释，无输出变压器UPS的输出才气和可靠性目的与传统领输出变压器UPS一样，齐达到了很高的水平。可靠性已再不是无输出变压器UPS确立的环节问题。 六、论断 图21定性的抒发了本文论说的不雅点和内容。
1，跟着电路本领和半导体器件的发展和创新，UPS电路本领资历了由多输出变压器到单输出变压器再到0输出变压器的变化过程。响应了去掉输出变压器是UPS电路本领跳跃的势必趋势。 2，定性的抒发了无变压器UPS在遵守、体积、重量、输入功率因数等目的的上风。 3，东谈主们最关爱的是可靠性问题。事实上在UPS家具推出的初期，带输出变压器的UPS的可靠性亦然不高的，一般一语气几千小时不发生故障就算可靠了。是以在商榷一个家具是否可靠时，环节是使用者对这个家具可靠性要求的渴望值是多大。底下的例子粗略不错评释这一问题：马车与飞机比拟，谁齐知谈马车的安全性始终比飞机高。可是，面前的社会东谈主们照旧采纳了飞机，难谈是东谈主们为了重生和遵守而不顾人命安全吗？不是的，东谈主们是以采纳飞机是因为飞机的安全统共仍是高出了东谈主们对安全要求的渴望值。现时的器件和电路本领决定了带输出变压器UPS和不带输出变压器UPS的可靠性齐达到了很高的水平，齐高出了东谈主们的渴望值，尽管咱们不行说不带输出变压器UPS的可靠性比带输出变压器UPS的可靠性还高，但咱们有充分的凭证说，不带输出变压器UPS的可靠性仍是不是问题，而它在遵守、体积、重量、输入功率因数等方面的上风却代表着UPS本领的发展趋势。 张广明 1939年生，1964年毕业于中国科学本领大学，毕业后分拨到中国科学院野神思本领计划所电源计划室使命。 职务： ■ 中国科学院野心本领计划所，计划员 ■ 中国电源学会，副理事长 ■ 中国电源学会，各人委员会主席 ■ 野神思用户协会UPS专科委员会，副会长 ■ 好意思国APC公司大中国区首席本领照拂人。 主要计划范畴和业务范围： 电源确立：种种类型的交/直流稳压电源、开关电源、逆变电源、UPS、参数变压器、ATS转机开关等供电系统：大型野神思供电系统、数据中心交流UPS供电系统、数据中心直流UPS供电系统、系统可靠性和可用性计划、系统兼容性计划等。
