6up高频机与工频机对比

6up高频机与工频机对比

2020-11-28 03:28

  高频机和工频机的概念解析 现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学向以高 频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。而 UPS 行业的发展也是从工频机向高频 机的转变。 八十年代末期和九十年代初期发展起来的功率 MOSFET 和 IGBT, 其集高频、 高压和耐 大电流于一身,使 UPS 的数字化不断深化, 体积小, 容量大, 高频化将成为 UPS 的发展方向, 大中型的 UPS 的主流结构由原来的工频机转向高频机。 工频机的结构如下图: 其基本的架构为:可控硅整流(Rectifier)→直流母线(DC BUS)→逆变器(Inverter)→升 压变压器(Transformer) 这种 UPS 采用可控硅整流将输入的交流电整流为直流电,再通过桥式 IGBT 逆变器将 直流逆变为交流,最后经过输出变压器将交流升压及滤波,提供纯正的交流输出。 其缺点为,从整流和逆变的过程中,都是降压环节。可控硅整流通过可控整流的导通角 调整来适应输入电压变化, 确保输入交流电压变化时整流输出直流电压的恒定, 因此可控硅 整流以斩掉一部分输入交流电为代价, 输出电压只能恒定在低于全波整流输出电压的某个数 值上。而逆变环节同样是一个降压环节,因同样用的是斩波的做法,其结果是输出电压等级 的再次降低。 正是由于上述的原因,在此种结构的 UPS 中,必须在输出侧加入升压变压器,将逆变 输出的较低交流电压升致合理的输出范围,最终提供了恒定的 220/380V 输出。 新型的高频机的结构则如下图: 其基本的架构为:二极管整流(Rectifier)→升压电路(Booster)→直流母线(DC BUS) →逆变器(Inverter) 此种的结构为双转换技术,有升压(Booster)和逆变(Inverter)两个高频环节。因整 流部分使用了二极管整流,不需要调整整流的导通角,整流后的 DC 电压不必控制,所以高 频机的输入功率因数将提高,输入的市电范围可变宽。而升压(Booster)的环节使用了 PFC 的调控技术, 用 IGBT 工作在高频下调控, 可以使 BUS 的电压稳定在较高的电位, 而且 BUS 电压稳定,纹波小。再经逆变(Inverter)的 PWM 调制后可得到理想的 220V 输出,而无需 升压变压器,实现高效、节能、体积小的多重优点。 另外,在新型的高频机,充电的环节可以针对不同的电池设定不同的充电方案,达到延 长电池寿命的目的。 如下图: 高频机采用全 IGBT 技术的 UPS,在 BUS 上引出的直流电经过 IGBT 斩波控制,可实 现对电池的精确充电, 并可通过数字化控制细化参数设置。 如控制为恒流充电则可避免在恒 压充电中出现的因开始充电时候电流大而减短电池寿命的情况。 ● 高频机采用的全 IGBT 技术代表新型电源,特别是大中功率电源发展的方向,对比工频 机有其显著的优点: 工频机 采用可控硅整流,输入功率因数低,只能附 加功率因数的补偿环节,效果不理想,对电 网有回溃污染 功率因数 0.8~0.9 输入市电范围为 220V±10%~220V±15% 输入电流谐波约为 30% 在整流和逆变两部分用的都是斩波降压的形 式,因此在输出端必须加升压的变压器使电 压达到输出的要求,成本高,体积大 功率因数>0.95 主动功因>0.99 输入市电范围为 220V±25% 输入电流谐波可小于 10% 因有升压环节(Booster) ,其 BUS 电压在较 高的电位,可以省掉输出的变压器,成本低, 体积小,理论分析和实践经验表明,将把频 率从工频 50Hz 提高到 20kHz, 体积重量可下 降 30% BUS 纹波大,为±10% 电池直接挂 BUS,充电电压由可控硅整流控 制, ,BUS 纹波大,通过 BUS 直接给电池充 电,只能是恒压限流充电,充电形式单一,不 能满足各种不同类型电池的要求 BUS 纹波小,可小于 0.1% BUS 的电压由高频的 IGBT 升压电流控制, BUS 纹波小,因此可采用 IGBT 调制的充电 技术,充电的参数灵活多变,可以针对不同 类型的电池定制充电的曲线,可做到恒流充 电,大大延长电池的使用寿命 高频机 采用二极管整流, 功率因数接近 1。 从根本上 解决回溃干扰的问题 ●对于输出端接入输出变压器的说明 由上面可见,输出的隔离变压器在采用全 IGBT 技术的高频机中完全可以省掉。但对于 特殊的场合,高频机同样可接入输出变压器,输出变压器作为高频机的一个可选项目,能使 UPS 的性能更完善,满足不同负载的使用要求。 负载的配电与 UPS 的输出不一致的情况。例如负载为三相角接输入,在 UPS 的输出接 星型/角型的变压器可令 UPS 在此场合得到稳定的应用。 负载要求配电的隔离,如一些医疗设备对配电的要求较为严格,此时在 UPS 的输出端 接入变压器, 可以达到隔离的效果, 有效抑制共模的干扰, 满足负载对输入配电的特殊要求。 同样可以想到, 在工频机中接入的输出变压器担当了升压和隔离双重的角色, 隔离的功 能并不能完善,UPS 有旁路和逆变两路的输出,逆变的输出接升压隔离的变压器,而旁路 的输出为直接输出, 无隔离的效果。 而高频机选配的隔离变压器接入的是旁路和逆变的共同 输出,所以在 UPS 工作在任何的状态都能满足负载对配电的特殊要求。 高频机与工频机的性能比较 工频机 外形尺寸、重量、成本 体积大、比较重、造价高 采用低频逆变且变压器耦合 对非线性负载能力较差, 不适 输出, 对负载要求不严格, 能 负载类型 适应阻性、 容性、 感性等综合 PC 机,服务器。 性负载。 高频机由于逆变频率为 工频机由于逆变频率为 工作频率 50Hz,就不存在射频干扰问 题,适合各种负载。 50kHz,不适合要求性能高的 负载, 因为它有一定的射频干 扰, 很多负载对射频干扰比较 敏感。 工频机输出功率因素为 0.8, 带载能力 1KVA 有 8

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