引言：
隨著自動(dòng)化、信息化地不斷發(fā)展，各行業(yè)對(duì)電力需求越來(lái)越旺盛，對(duì)電力保護(hù)要求越來(lái)越高，UPS作為保障供電穩(wěn)定性和連續(xù)性的重要設(shè)備，已廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。UPS發(fā)展到現(xiàn)在，市場(chǎng)上有著各種各樣的機(jī)型，其中工頻機(jī)、高頻機(jī)、模塊化機(jī)型是目前UPS市場(chǎng)上最常見(jiàn)的三種機(jī)型，本文從基本原理及應(yīng)用特點(diǎn)介紹這3種機(jī)型，進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比，以供用戶(hù)選型參考。
在說(shuō)工頻機(jī)高頻機(jī)之前，我們先明確下高頻機(jī)、工頻機(jī)的定義。國(guó)外沒(méi)有高頻機(jī)工頻機(jī)的說(shuō)法，他們定義有變壓器型和無(wú)變壓器型UPS，即Transformer
UPS和Transformer-less
UPS。國(guó)內(nèi)以整流器的調(diào)制頻率來(lái)區(qū)分，整流器的調(diào)制頻率為工頻(50Hz)調(diào)制的，定義為工頻機(jī)，整流器采用高頻(上千Hz)調(diào)制的，定義為高頻機(jī)。
另外UPS從外形結(jié)構(gòu)上來(lái)區(qū)分的話(huà)，有機(jī)架式(Rack type UPS)、模塊化(Modular UPS)和塔式(Tower type
UPS)機(jī)型。這個(gè)相對(duì)比較好理解，便于安裝在標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器或網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜里面結(jié)構(gòu)的UPS稱(chēng)為機(jī)架式UPS，功率單元、旁路切換單元采用模塊化結(jié)構(gòu)組成的機(jī)型稱(chēng)為模塊化UPS，整流逆變均是按規(guī)定功率設(shè)計(jì)的整體機(jī)型稱(chēng)為塔式機(jī)型。通常所說(shuō)的高頻機(jī)和工頻機(jī)指塔式機(jī)型,機(jī)架式UPS只是把小功率(小于20KVA)的塔式機(jī)型的物理結(jié)構(gòu)調(diào)整以適合機(jī)架安裝，本文不對(duì)機(jī)架式UPS進(jìn)行對(duì)比分析。
一、工頻機(jī)
工頻UPS即基于變壓器輸出的UPS,使用SCR晶閘管器件作為整流器元件，整流器調(diào)制工作頻率與電網(wǎng)頻率(50Hz)一致，這種機(jī)型稱(chēng)為工頻機(jī)。工頻UPS由整流器、逆變器、靜態(tài)旁路、維修旁路、輸出變壓器組成。輸出變壓器是UPS的必要組成部分,起升壓作用。因?yàn)閁PS的整流、逆變的兩次變換均為降壓環(huán)節(jié)(SCR的管壓降),所以在UPS輸出之前必須有一個(gè)環(huán)節(jié)用于升壓,這個(gè)輸出變壓器就是用來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能的。
12脈沖整流工頻機(jī)是在6脈沖的基礎(chǔ)上再增加1個(gè)6脈沖整流器和一個(gè)移相變壓器，這樣能夠帶來(lái)更優(yōu)的整流參數(shù)指標(biāo)，與比6脈沖整流相比，12脈沖整流在輸入功率因數(shù)和諧波電流THDi參數(shù)指標(biāo)上有明顯優(yōu)勢(shì)，目前工頻機(jī)在市場(chǎng)上逐漸萎縮，特別是在數(shù)據(jù)中心和通訊機(jī)房，已經(jīng)逐漸被高頻機(jī)、模塊化UPS所代替。工頻機(jī)也有其自身特點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域，尤其是石油石化、化工、高端制造等行業(yè)，工頻機(jī)仍然是主角，在整個(gè)UPS行業(yè)，工頻機(jī)市場(chǎng)占有率保持在30%以上。
二、高頻機(jī)
高頻機(jī)又有3種常見(jiàn)類(lèi)型，在90年代后期，一種在SCR整流后端增加BOOST升壓斬波電路，將直流提升到UPS輸出所需的電壓，從而省掉了輸出變壓器?？梢院?jiǎn)單理解為以直流升壓取代了之前工頻UPS變壓器的交流升壓，這樣不但成本更低，把UPS體積和重量大大降低，可以說(shuō)是UPS內(nèi)業(yè)重大技術(shù)革新。這種無(wú)變壓器的UPS,雖然整流器的前半部分仍然SCR器件，但其整流后半部分包含IGBT高頻升壓斬波電路，從國(guó)內(nèi)的定義上來(lái)看，這也屬于高頻機(jī)。目前這種BOOST升壓斬波高頻機(jī)型已越來(lái)越少，只有一些中小功率UPS會(huì)繼續(xù)采用。
隨著電力電子功率器件和UPS控制技術(shù)的不斷發(fā)展，先后出現(xiàn)全I(xiàn)GBT機(jī)型和全I(xiàn)GBT+輸出隔離變壓器機(jī)型，即IGBT整流+IGBT逆變無(wú)變壓器機(jī)型和IGBT整流+IGBT逆變有變壓器機(jī)型，其整流器采用高頻調(diào)整方式，調(diào)制頻率一般都是上千Hz。
高頻機(jī)最大的特點(diǎn)是無(wú)變壓器，體積小重量輕，功率密度大，整機(jī)效率高，輸入諧波電流小，因此其發(fā)展前景更被看好，高頻化是電力電子發(fā)展的趨勢(shì)。但從應(yīng)用情況來(lái)看，高頻機(jī)在環(huán)境適應(yīng)性和抗沖擊能力上仍然不及成熟度更高的工頻機(jī)。
隨著社會(huì)供電環(huán)境對(duì)綠色電源和節(jié)能降耗的產(chǎn)品需求不斷增加,高頻IGBT整流UPS技術(shù)有了很大發(fā)展,IGBT器件的可靠性和穩(wěn)定性也有了很大的發(fā)展，到現(xiàn)在已經(jīng)越來(lái)越多的用戶(hù)選擇高頻機(jī)，特別是在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域、金融、通訊領(lǐng)域高頻機(jī)已是用戶(hù)首選機(jī)型。
三、模塊化機(jī)型
模塊化UPS是把高頻UPS的功率部分單獨(dú)做成一個(gè)個(gè)功率模塊，然后每個(gè)模塊并聯(lián)輸出，另外旁路切換模塊和控制單元也做成模塊單元，這樣整臺(tái)UPS就是一個(gè)個(gè)模塊疊加而成。模塊化UPS最大的特點(diǎn)是，功率部分很容易實(shí)現(xiàn)冗余功能，只要UPS帶載功率富余量大于單個(gè)模塊功率，UPS功率部分即可實(shí)現(xiàn)“N+1”冗余，從而提高UPS供電的可靠性。模塊化UPS還有個(gè)好處就是可用性高，當(dāng)某個(gè)模塊故障時(shí)，直接更換模塊，維修時(shí)間非常短，維修非常方便。另外，模塊化UPS還經(jīng)常提到“邊成長(zhǎng)邊投資”的模式，即用戶(hù)可以在初始建設(shè)時(shí)購(gòu)買(mǎi)較少的功率模塊，在業(yè)務(wù)增長(zhǎng)用戶(hù)設(shè)備增加后再購(gòu)買(mǎi)功率模塊進(jìn)行UPS擴(kuò)容。
在高頻機(jī)出現(xiàn)不久后，模塊化UPS就應(yīng)運(yùn)而生，模塊化UPS從理論上來(lái)說(shuō)也是高頻機(jī)的一種，只是其結(jié)構(gòu)與普通高頻塔式機(jī)型差別較大。模塊化UPS對(duì)并聯(lián)控制技術(shù)要求比較高，早期的模塊化UPS故障率偏高，每次維修更換模塊成本不低，因此選擇模塊化UPS的用戶(hù)很少，不是市場(chǎng)的主流。但隨著并聯(lián)控制技術(shù)逐漸成熟，模塊化UPS可靠性逐漸提高，而其高效率和高可用性的特點(diǎn)逐漸被市場(chǎng)認(rèn)可，尤其是華為攜模塊化UPS重現(xiàn)UPS市場(chǎng)，迅速帶動(dòng)模塊化UPS高速發(fā)展，其市場(chǎng)占有率直線(xiàn)上升，特別是在IDC信息機(jī)房、金融等領(lǐng)域，已和高頻塔式機(jī)不分上下。
四、三種機(jī)型的比較
工頻機(jī)、高頻機(jī)、模塊化UPS三種機(jī)型各有各的特點(diǎn)，我們從成熟度高、可擴(kuò)展性、冗余性、整機(jī)效率、輸入諧波、PF指標(biāo)、占地面積、快速維修等多方面進(jìn)行比較。
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