一、前言

　　UPS的發(fā)展方向之一就是高頻化，高頻化結(jié)構(gòu)的UPS不但性能好，而且節(jié)能減排，正好符合當(dāng)前的國策。但是由于技術(shù)的發(fā)展都有一個(gè)過程，所以多年來人們一直使用的是工頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS，而且用得也不錯(cuò)，所以突然改用新產(chǎn)品，心里有些不踏實(shí)。盡管高頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS實(shí)際上已有十多年的歷史，性能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過工頻機(jī)結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，但由于對(duì)技術(shù)和生產(chǎn)工藝要求比較嚴(yán)格，一般生產(chǎn)廠家的手工作業(yè)難以適應(yīng)，在技術(shù)上也要慢慢提高。再加之用戶的惰性，所以也就不忙于改變現(xiàn)狀。但高頻化畢竟是方向，是歷史潮流，如果找不出延長工頻機(jī)結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的理由也恐怕難以長久。

　　伊人思之再三，忽得良策：發(fā)現(xiàn)高頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS沒有“變壓器”。既然高頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS沒有變壓器，那就不會(huì)有變壓器的“優(yōu)點(diǎn)”。這就是工頻機(jī)產(chǎn)品的“柳暗花明”起死回生之術(shù)。

　　經(jīng)過了再三深入挖掘，終于找出了工頻機(jī)變壓器的幾大優(yōu)點(diǎn)：

　　* 工頻機(jī)變壓器可以抗干擾

　　* 工頻機(jī)變壓器可以緩沖負(fù)載的突然變化和短路

　　* 逆變器功率管故障時(shí)工頻機(jī)變壓器可以隔直流，以保護(hù)負(fù)載被直流損壞

　　* 工頻機(jī)變壓器可以提高整個(gè)設(shè)備的可靠性

　　* 工頻機(jī)變壓器可以提高整個(gè)設(shè)備對(duì)電網(wǎng)電壓變化和沖擊的能力

　　這些優(yōu)點(diǎn)已被公布的確引起了不少用戶興趣，一時(shí)間點(diǎn)名要“帶有變壓器的工頻機(jī)UPS”的技術(shù)條件豁然出現(xiàn)在招標(biāo)書上，大有對(duì)高頻機(jī)結(jié)構(gòu)產(chǎn)品不屑一敝而打入冷宮的氣氛。對(duì)于這些所謂的幾大優(yōu)點(diǎn)筆者在多個(gè)雜志和書籍中已有論述，再不重復(fù)。一句話，這幾大優(yōu)點(diǎn)不但沒有任何根據(jù)，而且有的還違背了對(duì)UPS和電源變壓器的基本要求。

　　事實(shí)如何呢？真的是這樣嗎？如果是事實(shí)，那么高頻化的發(fā)展方向就錯(cuò)了。但無數(shù)事實(shí)證明電子產(chǎn)品不走高頻化的道路就沒有出路。問題出在何處？下面就來揭開變壓器真正作用的面紗。

　　二、為什么工頻機(jī)UPS必須要輸出變壓器？

　　1.工頻變壓器的第一作用是變壓

　　UPS輸出的有效值為220V的正弦波交流電壓的峰峰值電壓是620V，而一般單相UPS的輸入整流電壓才310V(這還不包括一般為48V電池的情況)，為了使逆變器不失真地輸出有效值為220V的正弦波交流電壓，逆變器前面的直流電壓必須是650V～870V。由于工頻機(jī)逆變器的輸入電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于這個(gè)值，所以必須加一個(gè)輸出變壓器將電壓提升到額定峰值以上才可使用，如圖1所示。圖中所示為電池電壓為48V的情況，在中小功率中，為了節(jié)約成本，一般都不將電池電壓做得太高，所以輸出隔離變壓器一般為升壓工作方式。圖中虛線以左的部分為輸入隔離變壓器，現(xiàn)在已不作為標(biāo)配。

　　2. 工頻變壓器的第一作用是產(chǎn)生隔離接地點(diǎn)

　　工頻機(jī)UPS采用的是全橋變換器，圖2所示為工頻機(jī)整流/逆變電流途徑原理圖。從電路中可看出，這種變換器輸出的兩根線不是一根火線和一根零線，而是兩根火線，如圖2(a)所示輸入輸出同步時(shí)，L為正半波時(shí)電流流動(dòng)方向，可以看出正半波時(shí)電流的路徑是兩個(gè)整流二極管、兩個(gè)逆變功率管和負(fù)載。但一般的UPS負(fù)載要求必須具有零線，以便于接地，如果在沒有輸出隔離變壓器的情況下，就將一根火線硬性接地，如圖2(b)所示在上述情況下的一端接地情況，就會(huì)導(dǎo)致UPS的工作失常。圖中給出了在電壓正弦波正半波時(shí)的電流流動(dòng)方向和途徑，負(fù)半波也是如此。從圖中可以看出，由于零線的接入，使負(fù)載電流經(jīng)過負(fù)載后不是經(jīng)過整流器和逆變管，而是直接流回市電的零線輸入端，在這種情況下，圖中只有用淺灰色標(biāo)出的一只整流器和一只逆變功率管起作用。按照正常的工作程序，負(fù)載電流應(yīng)該流過兩個(gè)橋式電路的各2只管子，在這里少了一半。

　　上述是輸入輸出同步的情況，還不會(huì)出現(xiàn)太嚴(yán)重的情況。如果不同步，其N為正半波時(shí)的電流流動(dòng)方向，在這里電流只經(jīng)過了兩個(gè)管子而沒有流經(jīng)負(fù)載，其等效電路如圖2(c)所示。圖2(d)是圖(c)的等效電路，在這種情況下就會(huì)導(dǎo)致逆變器功率管爆炸。為了杜絕這種情況的發(fā)生，就必須在逆變器輸出端接輸出變壓器，如圖2(e)所示。這樣一來這個(gè)變壓器是全橋電路不可分割的一部分。是為了解決上述困難的權(quán)宜之計(jì)，并不是為了增加別的功能而另外增加的環(huán)節(jié)。換句話說，工頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS在這種情況下如果不加輸出隔離變壓器，用戶就不會(huì)接受。

　　(a) 無輸出變壓器正半波時(shí)的電流流動(dòng)方向和途徑(輸入輸出同步)

　　(b)無輸出變壓器正半波輸出一端接地時(shí)電流流動(dòng)方向和途徑(輸入輸出同步)

　　(c)無輸出變壓器負(fù)半波輸出一段接地時(shí)電流流動(dòng)方向和途徑(輸入輸出不同步)

　　(d)無輸出變壓器負(fù)半波輸出一端接地時(shí)電流的等效電路 (輸入輸出不同步)

　　(e)有輸出變壓器正半波時(shí)的電流流動(dòng)方向和途徑

　　2.三相電壓UPS

　　三相電壓的工頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS也是這樣，圖3示出了三相工頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS主電路圖，從電路圖中也可以看出，其三相全橋逆變器的三根輸出線也都是火線，而絕大多數(shù)用戶所需要的