变压器为什么不能作为区分两种UPS的标志

当前电子技术已进入数字时代，作为电子技术的能源也应该与其适应。高频机UPS也已全部采用了数字技术，而工频机UPS有不少还滞留在数字与模拟相结合的时代。真正高频机UPS的工作频率是20kHz以上。因为人耳朵听得见的频率是16Hz~20kHz，人的耳朵对20kHz和以上频率的声音就相应不了啦，听不见了。对开关电源来说，工作频率越高损耗就越大，散热就越困难。因此目前20kHz还是一道坎，UPS单机功率做到100kVA以上还有些困难。但100kVA以上功率的UPS也不一定非工作在20kHz不可，比如目前已有的做到了15kHz，只是有些声音罢了。

图4 两种负载使市电电压波形呈现不同结果的情况

但电路结构仍可以采用IGBT整流和半桥逆变结构，高频机UPS的其它特点仍然保留下来，照样是一个好的方案。即使不工作在20kHz，比如一般是5~15kHz，仍然是50Hz工频的100~300倍，相对而言难道这就是高频了。因此为了区别于20kHz，就称为“高频机型”。而工频机UPS原来是整流器和逆变器都工作在50Hz的工频，但后来采用IGBT后也工作在50Hz工频的一百倍甚至200倍以上，相比之下这也算是高频了。但可惜的是它的整流器可控硅器件仍工作在50Hz的工频，也就是说这种UPS的一只脚跨进了高频的门坎，而另一只脚还停留在工频的原地，这既不能算作“高频机型”UPS，也不能全算工频机，为了区别“高频机型”UPS，就暂称为“工频机型”UPS。由此可见，只要“工频机型”UPS再向前跨上一步就是“高频机型”UPS了。换言之，只要“工频机型”UPS的输入整流器将半控的可控硅器件换成全控的IGBT就可以工作在高频了。而且这样一来也给用户带来了莫大的好处，尤其对大功率来说，整流器和逆变器都是上百公斤的大家伙，作为备件而言实在是令人却步。而整流器改用IGBT后，就可和逆变器共用一套备件。

而且取消UPS中的输出电磁变压器，代之以电子变压器，效率可以提高几个百分点，从而也提高了设备本身的可靠性。因为效率的提高意味着功耗的降低，从而降低了机内温度。因为机器在高温下容易出故障，根据阿雷纽斯定律：温度每升高10°C，电子元器件（包括电池）的寿命就减半。所以提高效率就意味着提高了可靠性。另一方面，可控硅整流器电路还是破坏输入市电正弦电压波形的罪魁祸首：不论从电网来的电压波形多么好，到了六脉冲整流UPS前面就被破坏了，如图4（b）所示。将输入功率因数降低到0.8左右。而上述电压加到线性负载上的时侯，线性负载的输入功率因数就是1，如图4（a）所示。这就说明六脉冲整流输入的UPS是非线性负载，会使市电输入电压波形失真。有的误认为这种失真是市电输入本身的问题，此论不敢苟同。为什么同样的市电电压波形带电炉子之类的线性负载时就不失真，而带六脉冲整流器UPS时就失真了呢？这能赖电网吗？不言而喻，这就是可控硅整流器破坏的结果。0.8的输入功率因数是不符合国家对负载端输入功率因数0.9的要求的。为了将输入功率因数提高到0.95以上，就必须附加许多环节而构成十二脉冲整流。比如某品牌300kVA的UPS, 六脉冲整流时的重量是1.6吨，而构成十二脉冲整流后的重量就一下子增加到2.2吨，增加了600公斤！其整机效率也很难达到90%。

（a）某品牌300kVA的高频机型UPS外形图 （b）某品牌300kVA的工频机型UPS外形图

图5 300kVA的高频机型UPS和工频机型UPS的外形

而某品牌同样是300kVA的高频机型UPS，其总重量才0.83吨，而且输入功率因数在0.99以上，并且其整机效率也可达95%以上。这两种UPS的外形图如图5（a）和（b）所示。又比如同样是300kW的UPS，高频机型UPS就比工频机型UPS每年节约150,000度电，这在当今已将节能减排作为国策的时代又是多么可贵的贡献啊！

据初略估计，目前大约有200万台服务器在24h运行，以每台平均功耗400W计，就是800,000kW，需2000台400kVA（按kVA= kW计）UPS，在输入功率因数30.95的情况下，某400kVA工频机 UPS重约2.3吨，而某高频机型UPS约重900kg，每台相差约1.4吨，2000台工频机 UPS就比高频机型UPS多出2800吨器材！而且这些器材都是贵重物品，比如接插件和开关触点上的镀金和镀银，半导体器件的稀土元素硅和锗，变压器的高纯度铜和矽钢片，开关用的特种不锈钢材，电缆用的铜和铝，电缆护套用的橡胶和高级塑料，机架用的高标号的钢…哪一种都不是轻易获得的。如果将这些节约下来的器材再移作它用，又会创造多么大的价值！