在介绍UPS各种机型之前我们先来了解下UPS中常用的2种元器件:SCR(可控硅)与IGBT(绝缘栅双极性晶体管)。
SCR诞生于1956年,经过几十年的发展,是一种非常成熟的半导体元件,目前SCR制造商可以提供2700A/2500V等级的快速可控硅器件。IGBT产生于80年代,是一种快速开关器件。两者都是半导体电子器件
1)可控硅(SCR)的优点是:单只管子的电流能做的很大,高达10000A。大电流不需要多只管子并联使用。过电压、耐压能力强,一般可达10000V。压降低,导通损耗小。缺点:驱动信号是电流信号,不是自关断器件,需要外电路。
2)IGBT使用的优点是:工作。IGBT驱动信号是电压信号,是自关断器件,工作回路简洁,运行可靠,无电磁噪音。
缺点:单只管子的电流不能做得很大,一般只有1000A。大电流需多只管子并联使用。过电压能力弱,耐压不易做高,一般只有3300V。运行时,压降高,损耗大。
在UPS不间断电源行业一直有高频机和工频机的概念,虽然有多种版本的定义,其中按整流器调整频率来定义较被普遍接受。即如果整流器是工频整流(整流调制频率为50HZ),则称为工频机,否则称为高频机。但随着UPS技术的不断发展,尤其是IBGT整流技术在UPS不间断电源行业的应用,这种定义方法也显现出了其不严谨的地方,无法对现有的UPS机型进行准确分类。
1、传统经典工频UPS
传统的工频UPS由整流器、逆变器、静态旁路、维修旁路、输出隔离变压器组成。这里输出隔离变压器有2个作用:升压和隔离直流成分。输出零线由输出隔离变压器中性线引出,整流部分不需要零线参与,电池直接接在整流器输出侧。
除山特等极少数品牌外,大多数UPS生产厂家都有此款类型UPS,如科华FR-UK系列、GESitepro系列、艾默生HipulseU系列等,功率主要在10—800KVA。
2、高频UPS
通过与传统工频UPS的拓扑原理图比较,可以看出这种UPS通过在整流部分增加BOOST斩波电路,将整流后的直流提升到UPS输出所需的电压,从而省掉了逆变器后面的输出隔离变压器,即以直流升压取代了经典的UPS变压器交流升压。这种UPS的优点是没有输出隔离变压器,节省了成本,减小UPS的占地面积和重量。另外,由于在斩波升压环节增加了PFC功率因数校正功能,使这种UPS具有较好的的输入功率因数。
国外将这种UPS称为Transformer-lessUPS,即无变压器的UPS,而将传统工频UPS称为TransformerUPS,即带变压器的UPS。而国内则将其称为高频机和工频机,即以整流器的调制频率来区分。无变压器的UPS,其整流部分包含高频斩波,故称其为高频机,带变压器的UPS为相控整流,故称为工频机。
目前信息设备用中小功率UPS几乎都是该拓扑类型,UPS厂家都有此类型产品,如科华KR系列、山特城堡系列、GELanPro系列。
3、IGBT整流无输出隔离变压器型UPS
几乎与高频UPS一样,与市电输入经过IGBT调制整流,并将直流电压升压至800V左右,直接通过逆变器调制滤波后输出所需的稳定电压。零线不可缺失,与传统高频机一样,零线较为中心参考点位。为避免输出零线被切断,输入配电不允许采用4P空开,即输入零线不进空开。为避免零地电压过高,通常在输出零线与地线之间安装一个共模电容。
4、IGBT整流带输出隔离变压器型UPS
与市电输入经过IGBT调制整流,并将直流电压升压至800V左右,直接通过逆变器调制滤波后输出所需的稳定电压。
改类型UPS属于工频机,其整流控制技术难度大,特别是大功率UPS(100KVA以上)目前全球只有少数几个厂家可以生产,在国内已知的厂家有索科曼、GE。价格高,应用少,只有少数高端用户在使用。
5、IGBT整流
该机型与IGBT整流无输出隔离变压器型UPS的唯一差别是在输出端加隔离变压器,而且这样机型UPS厂家是不主推,往往是处于一些项目的需要,经销商在UPS的输出端额外加个隔离变压器柜,非UPS厂家原装的输出隔离变压器。因为该类型机型仍然是高频机,逆变输出已经是220V(线电压),无需要变压器进行升压,唯一的作用是稳压和隔离,但加这个变压器后开机将产生励磁涌流,会对逆变器带来很大的冲击,反而是一个故障点。在大功率UPS项目也基本没有人会采用这样的机型。
根据应用环境的不同,各种机型都有其市场。选择UPS应更多从电网环境、负载特性和绿色节能出发,始终以高可靠性为第一原则,不应片面较求某一指标而忽视整个系统的可靠性。