華葆金武士UPS電源2020-06-18

隨著(zhù)自動(dòng)化、信息化地不斷發(fā)展，各行業(yè)對電力需求越來(lái)越旺盛，對電力保護要求越來(lái)越高，UPS電源作為保障供電穩定性和連續性的重要設備，已廣泛應用到各個(gè)領(lǐng)域。UPS電源發(fā)展到現在，市場(chǎng)上有著(zhù)各種各樣的機型，其中工頻機、高頻機、模塊化機型是目前UPS電源市場(chǎng)上最常見(jiàn)的三種機型，本文從基本原理及應用特點(diǎn)介紹這3種機型，進(jìn)行各項指標對比，以供用戶(hù)選型參考。

在說(shuō)工頻機高頻機之前，我們先明確下高頻機、工頻機的定義。國外沒(méi)有高頻機工頻機的說(shuō)法，他們定義有變壓器型和無(wú)變壓器型UPS，即TransformerUPS和Transformer-lessUPS。國內以整流器的調制頻率來(lái)區分，整流器的調制頻率為工頻（50Hz）調制的，定義為工頻機，整流器采用高頻（上千Hz）調制的，定義為高頻機。

另外UPS從外形結構上來(lái)區分的話(huà)，有機架式（RacktypeUPS）、模塊化（ModularUPS）和塔式（TowertypeUPS）機型。這個(gè)相對比較好理解，便于安裝在標準服務(wù)器或網(wǎng)絡(luò )機柜里面結構的UPS稱(chēng)為機架式UPS，功率單元、旁路切換單元采用模塊化結構組成的機型稱(chēng)為模塊化UPS，整流逆變均是按規定功率設計的整體機型稱(chēng)為塔式機型。通常所說(shuō)的高頻機和工頻機指塔式機型，機架式UPS只是把小功率（小于20KVA）的塔式機型的物理結構調整以適合機架安裝，本文不對機架式UPS進(jìn)行對比分析。

一、工頻機

工頻UPS即基于變壓器輸出的UPS電源，使用SCR晶閘管器件作為整流器元件，整流器調制工作頻率與電網(wǎng)頻率（50Hz）一致，這種機型稱(chēng)為工頻機。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電源的必要組成部分，起升壓作用。因為UPS的整流、逆變的兩次變換均為降壓環(huán)節（SCR的管壓降），所以在UPS輸出之前必須有一個(gè)環(huán)節用于升壓，這個(gè)輸出變壓器就是用來(lái)實(shí)現這一功能的。

常見(jiàn)工頻機有2種機型，6脈沖工頻整流和12脈沖工頻整流機型。

12脈沖整流工頻機是在6脈沖的基礎上再增加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)的整流參數指標，與比6脈沖整流相比，12脈沖整流在輸入功率因數和諧波電流THDi參數指標上有明顯優(yōu)勢。

目前工頻機在市場(chǎng)上逐漸萎縮，特別是在數據中心和通訊機房，已經(jīng)逐漸被高頻機、模塊化UPS所代替。工頻機也有其自身特點(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)，工頻機仍然是主角，在整個(gè)UPS電源行業(yè)，工頻機市場(chǎng)占有率保持在30%以上。

二、高頻機

高頻機又有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，從國內的定義上來(lái)看，這也屬于高頻機。目前這種BOOST升壓斬波高頻機型已越來(lái)越少，只有一些中小功率UPS會(huì )繼續采用。

隨著(zhù)電力電子功率器件和UPS電源控制技術(shù)的不斷發(fā)展，先后出現全IGBT機型和全IGBT+輸出隔離變壓器機型，即IGBT整流+IGBT逆變無(wú)變壓器機型和IGBT整流+IGBT逆變有變壓器機型，其整流器采用高頻調整方式，調制頻率一般都是上千Hz。

高頻機最大的特點(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。但從應用情況來(lái)看，高頻機在環(huán)境適應性和抗沖擊能力上仍然不及成熟度更高的工頻機。

隨著(zhù)社會(huì )供電環(huán)境對綠色電源和節能降耗的產(chǎn)品需求不斷增加，高頻IGBT整流UPS電源技術(shù)有了很大發(fā)展，IGBT器件的可靠性和穩定性也有了很大的發(fā)展，到現在已經(jīng)越來(lái)越多的用戶(hù)選擇高頻機，特別是在數據中心領(lǐng)域、金融、通訊領(lǐng)域高頻機已是用戶(hù)首選機型。

三、模塊化機型

模塊化UPS是把高頻UPS的功率部分單獨做成一個(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“N+1”冗余，從而提高UPS供電的可靠性。模塊化UPS電源還有個(gè)好處就是可用性高，當某個(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(cháng)邊投資”的模式，即用戶(hù)可以在初始建設時(shí)購買(mǎi)較少的功率模塊，在業(yè)務(wù)增長(cháng)用戶(hù)設備增加后再購買(mǎi)功率模塊進(jìn)行UPS擴容。

在高頻機出現不久后，模塊化UPS就應運而生，模塊化UPS從理論上來(lái)說(shuō)也是高頻機的一種，只是其結構與普通高頻塔式機型差別較大。模塊化UPS對并聯(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電源的用戶(hù)很少，不是市場(chǎng)的主流。但隨著(zhù)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)認可，尤其是華為攜模塊化UPS重現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信息機房、金融等領(lǐng)域，已和高頻塔式機不分上下。