【IT168 资讯】一、工频机UPS和高频机UPS的一般概念

　　UPS原来分旋转发电机式和静止变换式，静止变换式工频机结构UPS技术出现在上个世纪70年代，比旋转发电机式晚一些，毫无疑问在当时属尖端技术，几十年间也为电子电器技术领域作出了不朽的贡献，有口皆碑。一般说任何技术的先进性是相对而言，任何先进的产品也有其一定的适用期。随着IT技术的出现与发展，工频机UPS逐渐暴露出它的缺点，比如体积大、重量大、功耗大和输入功率因数低等不利因素大大影响了数据中心的可靠性。

　　在历史发展中总是遵循这样一个规律：每当一种技术阻碍生产力发展时，就会有一种新的技术产生出来讲起代替。毫不例外，新一代产品高频机UPS技术问世了。为了区别以前的UPS，就起了一个高频机UPS的名字。原来那种输入输出都工作在50Hz并且有输出变压器的老的电路结构就称作工频机UPS;而这种输入输出电路都工作在20kHz以上且没有输出变压器的电路就称之为高频机UPS。

　　二、高频UPS与工频机UPS相比有很多优点

　　高频UPS除了具备工频机UPS那些技术指标外，还有着更高的性能和指标，有些是工频机UPS所望尘莫及的。

　　1、 输入功率因数高

　　工频机UPS一般在200kVA以下的输入电路都采用了可控硅6脉冲整流，输入功率因数不超过0.8，谐波电流有30%之大。如果前面界发电机，发电机的容量至少要3倍于UPS功率;如果是单相小功率UPS，发电机的容量至少要5倍于UPS功率。三相UPS为了提高输入功率因数，或前面加谐波滤波器，或做成12脉冲整流、24脉冲整流整流等，即在一个周期中有12个或24个整流电流脉冲。但同时也带来了体积庞大、结构复杂和价格上涨的问题。

　　而用IGBT整流的高频机UPS，在一个周期中有成千上万个整流电流脉冲，所以任何容量的高频机UPS在前面不加任何滤波器的情况下，它的输入功率因数都可做到0.99甚至以上，谐波电流小于5%，前置发电机的容量理论上和UPS功率相同，大大缩减了投资和占地面积等。尤其是对市电的充分利用具有良好的经济意义和社会意义。

　　2、 本身功耗小

　　在同样指标下，比如要求输入功率因数为0.95以上时，工频机UPS就必须外加谐波滤波器或改为12脉冲整流，就是说前面要增加一个设备，再加上输出变压器，就比高频机UPS多了两个环节，如图1所示。由于此二者的影响，使得工频机UPS的效率比高频机UPS低5%。在同样是100kW的容量时工频机UPS每年要比高频机UPS多消耗5万度电!这在中央号召节能减排的今天具有深远意义。

　　3、 对外干扰小

　　干扰有两种，一种是听得到的机械噪声，一种是听不到的电噪声，这两种噪声工频机UPS都有，形成了对设备和对人的伤害。电噪声影响机器的稳定度，机械噪声影响人的圣心健康，降低工作效率。而高频机UPS由于工作在20kHz以上，20kHz是人的耳朵听不到的频率，使工作环境安静下来。又由于而高频机UPS的输入功率因数高达0.99以上，几乎是线性，所以对外干扰几乎为零。

　　4、 体积小、重量轻

　　工频机UPS由于有了输出变压器和适应50Hz的电感电容等低频器件使得体积重量都很大。比如某品牌200kVA工频机 UPS 重1380kg，而同是这一家的250kVA高频机 UPS 重量只有830kg。

　　5. 全数字技术

　　工频机UPS开始是模拟技术，现在一般为数字与模拟相结合的技术。模拟技术的可靠性要比数字技术低。而高频机UPS技术是一种全数字化技术，不言而喻，可靠性是很高的。

　　6. 对电网的适应能力强

　　工频机UPS对于适应输入电压±15%的变化已很不易;而高频机UPS甚至适应输入电压±30%以上的变化，这又大大延长了电池的寿命。

　　7. 能将并机环流衰减到几乎为零

　　工频机UPS的并联就是变压器的直接并联，而变压器的直接并联最容易产生环流，而且这个环流的路径畅通无阻，高频机UPS由于没有输出变压器，它们的并联可以看出这里的环流路径上处处是障碍，小于2V的电压差根本性不成环流，而工频机UPS在此情况下就会形成很大的环流。

　　总之，高频机UPS在性能上不但能完全替代工频机UPS，而且还多出原来后者没有的特点。

　　工频机UPS为了延缓销售寿命，在其他性能指标上无法与高频机UPS抗敌，就把希望寄托在输出变压器上，因为高频机 UPS没有这个变压器，再加之一些用户缺乏基本概念，于是就赋予了变压器很多具神秘色彩的功能。比如这个变压器可以抗干扰、可以缓冲负载浪涌电流、可以隔直流、可以适应电网电压的冲击和变化，等等。

　　在这里，不要忽略电源的基本功能，UPS是电压源，电压源的基本功能就是输出电压动态性能要好，即无论负载在允许范围内如何变化，电压总是稳定的。根本不允许变压器对负载电流进行什么“抵抗”或“缓冲”。

　　有的就说这个变压器是为了在逆变器功率管损坏时隔断直流电流到负载的通路而加入的，对此说法不妨做一个探讨，看一看变压器是否有个直流的功能。图3示出了一般变压器的工作情况。首先承认这种变压器是变换交流电的，如图中正弦波。假如不用来变换交流电而是施加直流，如图2中将电池组开关S闭合，由于变压器绕组内阻相当小(近似于短路)就会在电池组和变压器初级绕组之间形成相当大的电流，一直到将电池组或导线或绕组烧断为止。换言之，这种电源变压器不能加直流。

　　再看逆变器一支功率管(比如VT2)穿通(短路)的情况。只要VT4一导通就形成对前面直流电压的短路状态。强大的电流可将VT4瞬间炸毁，如果不是炸断就更

　　危险，它可能会将电池组烧毁。某电子公司就因如此一举烧毁72节100AH电池。在这种情况下也是隔断了直流，同样是把自己给烧毁了。

　　三、高频机UPS与工频机UPS的现状

　　因为高频机UPS对技术与工艺以及生产手段的要求非常严格，一般也不容易防制，20kHz以上的高频机UPS容量都小于100kVA，只有少数制造厂的技术真正过关，并且已显示出强大的生命力。在大功率范围虽然不能做到20kHz，但可以采用高频机结构，比如用IGBT高频整流(相对于50Hz而言)，频率一般在15kHz以下，多数厂家已可做到200kVA，但也有佼佼者，比如秀康10年前就可做到8kHz/480kVA，GE可以做到200kVA，伊顿9395已经突破了技术禁区，一举将单机功率做到15kHz/1200kVA，并已成为美国的军方指定产品。这说明高频机结构UPS技术已经成熟，下面是普及问题。在我国军方和金融等重要部门也纷纷采用，并收到了良好的效果。

　　当然工频机结构UPS在这种情况下的日子会越来越艰难，好在是还有那么一批厂家的高频机结构UPS没有过关，还得主推工频机UPS，对用户来说，有些用户对工频机尚有偏爱，一时思想还转不过弯来，尽管国家三令五申号召节能减排，但这些用户总能找出一些继续用工频机理由。这是个认识问题，但不要认为工频机UPS技术永远不落后。从科学发展观来说，以后一段时间内无疑是高频机UPS的市场。不可否认，高频机UPS同样也有退出历史舞台的一天，当然那是后话。

　　四、所谓两个发展方向

　　现在有一种说法：高频机UPS和工频机UPS是两个发展方向。这就使人糊涂了：

　　难道效率低的产品也是发展方向?难道节能减排还允许其反向产品发展?

　　难道耗费资源和笨重的产品也是发展方向?

　　总之，这种观点不外乎说：高频机UPS与工频机UPS并存;节能减排与浪费能量和资源并存;先进与落后并存…所谓技术上的并存应该是不可替代的，比如自行车虽然比汽车跑得慢，但它们在一定程度上是互相不可替代的;而这里的UPS技术却是在一条轨道上跑的车，可以完全替代的啊。这就像蒸机车被燃油机车替代，燃油机车又将被电气机车替代一样那么自然，水到渠成，是谁也挡不住的。