世界知名UPS廠商在技術(shù)選型和將來發(fā)展趨勢上都是以高頻為絕對主力方向的，30kVA及以下的UPS都以高頻機為主,，這與高頻機負載動態(tài)響應(yīng)速度快,，能量密度高，體積小,，噪聲小，價格低(特別是小機)有很大關(guān)系,，特別是高頻機可以做到輸入有源功率因數(shù)校正,，真正代表將來綠色電源的發(fā)展趨勢。

1,、工頻機與高頻機介紹

(1)工頻機：以傳統(tǒng)的模擬電路原理來設(shè)計,，機器內(nèi)部電力器件(如變壓器、電感,、電容器等)都較大,，一般在帶載較大運行時存在較小噪聲,，但該機型在惡劣的電網(wǎng)環(huán)境條件中耐抗性能較強，可靠性及穩(wěn)定性均比高頻機強,。

(2)高頻機：利用高頻開關(guān)技術(shù),，高頻機逆變頻率一般在20kHz以上。但高頻機在惡劣的電網(wǎng)及環(huán)境條件下耐受能力差,，較適用于電網(wǎng)比較穩(wěn)定及灰塵較少,、溫/濕度合適的環(huán)境。UPS發(fā)展的方向是高頻化,、小型化,、智能化和綠色化。因為小型化可以節(jié)省投資,、提高效率,、節(jié)約空間等。小型化的前提是高頻化,，只有高頻化才可實現(xiàn)小型化,。小型化的第一個目標就是取消輸入/輸出隔離變壓器。以前由于技術(shù),、器件和材料的原因,，給UPS加入了輸入/輸出隔離變壓器，使得產(chǎn)品笨重,、性能差,、耗能大而且價格貴。后來由于新器件的問世,，1980年由美國IPM公司首先推出的新方案成功地取消了輸入隔離變壓器,，近幾年由于技術(shù)的進一步發(fā)展和成熟，推出了半橋逆變器變換方案,，又成功地取消了輸出隔離變壓器,，使UPS的性能又有了很大程度的提高，這就是人們所說的高頻機,，它進一步使UPS縮小了體積,、改善了性能、減輕了重量,、提高了效率,、降低了成本和提高了可靠性。所以國際上的知名公司大都放棄了帶有輸出隔離變壓器UPS的生產(chǎn),。

2,、高頻機與工頻機比較

高頻機與工頻機比較而言：尺寸小、重量輕,、運行效率高(運行成本低),、噪聲低,，適合于辦公場所，性價比高(同等功率下價格低),，對空間,、環(huán)境影響小，相對而言,，高頻UPS對復(fù)印機,、激光打印機和電動機引起的沖擊(SPIKE)和暫態(tài)響應(yīng)(TRANSIENT)易受影響，由于工頻機的變壓器把市電與負載隔離,，在市電惡劣的環(huán)境下,，工頻機比高頻機能提供更安全和可靠的保護，在某些場合如醫(yī)療等,，要求UPS有隔離裝置,，因此，對工業(yè),、醫(yī)療,、交通等應(yīng)用，工頻機是較好的選擇,。兩者的選擇要根據(jù)用戶的不同,、安裝環(huán)境、負載情況等條件權(quán)衡考慮,。

高頻機不帶隔離變壓器,，其輸出中性線存在高頻電流，主要來自市電電網(wǎng)的諧波*,、UPS整流器和高頻逆變器脈動電流,、負載的諧波*等，其*電壓不僅數(shù)值高而且難以消除,。而工頻機的輸出地電壓低,，而且不存在高頻分量，對于計算機網(wǎng)絡(luò)的通信安全來講,，更加重要,。

高頻機輸出沒有變壓器隔離，如果逆變功率器件發(fā)生短路,，則直流母線(DCBUS)上的高直流電壓直接加到負載上,，這是安全隱患，而工頻機則不存在此問題,。

從比對中可以清晰地看出工頻機在很多方面優(yōu)于高頻機。對于可靠性要求較高的一些重要,、關(guān)鍵部位的電源保護方案還應(yīng)以工頻機為首選,。工頻機的特點是簡單,，存在的問題是：

1)輸入輸出變壓器尺寸大。

2)用于消除高次諧波的輸出濾波器尺寸大,。

3)變壓器和電感產(chǎn)生音頻噪聲,。

4)對負載和市電變化的動態(tài)響應(yīng)性能較差。

5)效率低,。

6)輸入無功率因數(shù)校正,，對電網(wǎng)污染較嚴重。

7)成本高,，特別對于小容量機型,，無法與高頻機相比。

世界知名UPS廠商在技術(shù)選型和將來發(fā)展趨勢上都是以高頻為絕對主力方向的,，30kVA及以下的UPS都以高頻機為主,，這與高頻機負載動態(tài)響應(yīng)速度快，能量密度高,，體積小,，噪聲小，價格低(特別是小機)有很大關(guān)系,，特別是高頻機可以做到輸入有源功率因數(shù)校正,，真正代表將來綠色電源的發(fā)展趨勢。

3,、電路結(jié)構(gòu)

工頻機與高頻機的概念主要是對整流部分而言,，工頻機是可控整流，傳統(tǒng)技術(shù)最好可做到12相整流;而高頻機的整流是二極管不控整流十IGBT的高頻直流升壓環(huán)節(jié),。對逆變器而言都是IGBT的SPWM高頻逆變工作方式(除早期的可控硅逆變工作模式UPS,，目前已經(jīng)淘汰)。另外,，工頻機的輸出變壓器必不可少,，由于其整流逆變等環(huán)節(jié)均為降壓環(huán)節(jié)，因此在輸出側(cè)必須有升壓變壓器作為電壓的調(diào)整,。而高頻機由于具有DC/DC升壓環(huán)節(jié),，其輸出側(cè)不必要加升壓環(huán)節(jié)(升壓變壓器)，對于需要加裝隔離變壓器的現(xiàn)場,，高頻機也可按照要求加裝隔離變壓器選件,，其作用也由原來的必要配置轉(zhuǎn)變?yōu)榭蛇x配置。UPS的電氣結(jié)構(gòu)所以發(fā)生了更新變化,，主要是由于元器件的發(fā)展,，IGBT作為UPS的主要功率元件技術(shù)更加成熟，無論從容量,、結(jié)構(gòu),，還是可靠性上都大大地提高了,，加之UPS數(shù)字化程度不斷深入促成了新一代大中型UPS的主流結(jié)構(gòu)由原來的工頻機轉(zhuǎn)向高頻機(正如當年晶閘管逆變器被大功率晶體管GTR取代，之后又被IGBT逆變器取一樣),。UPS電氣結(jié)構(gòu)的更新最直接的效果就是UPS主機體積的縮小,，質(zhì)量的減小,，而更重要的是電氣性能的提高。

早期大中型UPS主回路結(jié)構(gòu)采用晶閘管整流將輸人的交流電整為直流,，蓄電池直接配置在直流母線上,，當輸入市電正常時,，靠整流晶閘管的調(diào)節(jié)對蓄電池充電,，同時為GTR或ICBT結(jié)構(gòu)的橋式逆變器供電,，逆變器將直流逆變?yōu)榻涣?，最后?jīng)過輸出變壓器的升壓及濾沒提供純正的交流輸出,。從其結(jié)構(gòu)中可以看出，從整流(從交流變?yōu)橹绷?到逆變(在從直流變?yōu)榻涣?的過程中,，每個環(huán)節(jié)都是降壓環(huán)節(jié),，在此種結(jié)構(gòu)的UPS中，必須在輸出側(cè)加入升壓變壓器,，將逆變輸出的較低恒定電壓升至合理的輸出范圍,，最終提供了恒定的220V/380V輸出。

目前較為先進的UPS主回路結(jié)構(gòu)采用不控整流加升壓環(huán)節(jié),，將交流輸入通過整流橋全波整流為直流后，采用IGBT元件組成的DC/DC電路升壓到一個較高的恒定直流電壓,，并將其作為直流母線,，為蓄電池充電電路及逆變輸出部分提供電能,。由于直流母線電壓足夠高經(jīng)過IGBT高頻逆變調(diào)整后，可直接得到恒定的逆變輸出電壓,，完全可以省掉輸出升壓變壓器,。

在上述的兩種UPS結(jié)構(gòu)中，后者在所有功率環(huán)節(jié)均采用了IGBT技術(shù),，因此此種結(jié)構(gòu)的UPS又為全IGBTUPS,。由于數(shù)字技術(shù)的引入，大大提高了IGBT元件的開關(guān)頻率，與前者相比,，在很多方面具有顯著的優(yōu)勢。

編輯：Harris

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