高頻UPS電源的可靠性;目前已進(jìn)入高頻UPS電源逐步代替工頻UPS電源的年代，對于220V轉(zhuǎn)電壓直流電源，絕大多數(shù)情況下，高頻電源就有更多的優(yōu)勢（高效率，小體積），是完全可以替代的。只有在對電源紋波要求非?？量痰囊恍┚軠y量儀器，原有的工頻電源是不能隨意用工頻電源取代的,所以替代的過程并不是一帆風(fēng)順。人們使用了幾十年的工頻UPS電源，已經(jīng)熟悉了這種電源形式，突然要換機(jī)型還不能一下子適應(yīng)，所以對那些為工頻UPS電源的贊歌聽著比較順耳，同時對高頻UPS電源的一些指責(zé)也容易接受，就這樣一拍即合。豈不知在一定程度上損害了用戶的利益，也有勃于當(dāng)今的國策。

      常常會聽到這樣的說法：高頻UPS電源是好東西，但由于我們的系統(tǒng)非常重要，要求供電的可靠性非常高，所以還是用工頻UPS電源可靠。言下之意，高頻UPS電源不可靠。豈不知可靠性是設(shè)計(jì)出來的，即一臺機(jī)器的可靠性如何取決于采用了哪一級可靠性標(biāo)準(zhǔn)。舉一個簡單的例子，一個UPS中常用的120?120的軸流風(fēng)機(jī)，有十幾元一只的，也有上百元一只的，價(jià)格差了近10倍，哪一個可靠性高呢？不言而喻，當(dāng)然是上百元一只的可靠性高。

      當(dāng)然用戶對高頻UPS電源的這種擔(dān)心不是沒根據(jù)，其根據(jù)就是來自某些方面的誤導(dǎo)宣傳。甚至有的將這些宣傳材料上升為“高頻機(jī)結(jié)構(gòu)UPS的致命弱點(diǎn)”。雖然問題的提出者只是少數(shù)，但影響頗大，在網(wǎng)上粘來粘去，就好像寫此文章的人很多，確實(shí)影響了不少用戶，甚至有些技術(shù)人員也受了傳染?！　∧壳按蠊β蔝PS的調(diào)制頻率大都在15 kHz 以下，比如10kHz 就是每半周100個脈沖，每個脈沖的寬度0?s ? T?100?s  出現(xiàn)過流或短路時IGBT可在任何一點(diǎn)隨時關(guān)斷。既然可以隨時關(guān)斷又何必將過載時間做的那么長。據(jù)說：由于高頻UPS電源機(jī)構(gòu)至今還沒找到大磁通量的材料，以致使其“升壓電感”溫度過高，使可靠性降低。甚至還斷言：正因?yàn)槿绱耍ㄖ笡]找到大磁通量的材料），導(dǎo)致UPS產(chǎn)業(yè)遲遲未能制造出可靠性足夠高的大功率高頻UPS電源。

　　他的原意說的是“升壓電感”的質(zhì)量問題，為了提高該電感的可靠性所提出的材料指標(biāo)卻又是變壓器的。這個基本概念問題把人們搞糊涂了：到底說的是電感還是變壓器？因?yàn)檫@二者所選材料的主要參數(shù)是完全不一樣的，變壓器需要大磁通量的材料，這從變壓器繞組計(jì)算公式可以看出：

全I(xiàn)GBT結(jié)構(gòu)UPS的一種電原理圖

　　料就是無的放矢了?？磥泶颂幋_實(shí)指的是電感L1、L2和L3，如圖2所示。但電感的計(jì)算公式和變壓器就不一樣了，如式（2）所示

　　從該式可以看出，這里就沒有磁通量B這個參數(shù)，和電感鐵心有關(guān)的是相對導(dǎo)磁率?r。相對導(dǎo)磁率越大，電感量就越大。目前大相對導(dǎo)磁率的材料很多，不過用得最多的還是鐵氧體，俗稱鐵凎氧。

　　另一個基本概念就是電感溫度高的問題，做過電路設(shè)計(jì)的人都知道，電感的溫度高低在設(shè)計(jì)和試驗(yàn)中是可以控制的，而且解決這個問題也輕而易舉，一般說只要將繞組的線徑取大一些，鐵心取大一些就可以了，對經(jīng)常搞電路的人是一個基本常識，是不言而喻的。它怎么能影響作出大功率的UPS整機(jī)呢。

　　再說，目前已有好多廠家做出了500kVA的高頻UPS電源，甚至還有的廠家做出了1200kVA的高頻UPS電源，難道還不算大功率！有些制造商一時還做不出可靠性足夠高的大功率高頻UPS電源絕不是因?yàn)椤爸两襁€沒找到大磁通量的材料”緣故，這里有好多個技術(shù)問題。而且不能說一兩個廠家暫且還做不到這一點(diǎn)就說是整個“UPS產(chǎn)業(yè)”，這樣說就太武斷了。自己做不出來，要努力，或收購具有這種能力的公司，后來者居上嘛，站在那里抱怨和無中生有的指責(zé)又有何用。

　　如果將以上這些似是而非且由于自身概念不清的問題也說成是“致命弱點(diǎn)”并硬扣在高頻機(jī)型UPS頭上，好像不太合適。主要是由于認(rèn)識上的誤區(qū)，使以上這兩個“論點(diǎn)”都沒選合適。

　有的認(rèn)為：高頻UPS電源存在“零偏故障隱患”這個問題就是所謂的另一個“致命弱點(diǎn)”。意思是說高頻UPS電源會產(chǎn)生一種“在其它UPS機(jī)型上不會出現(xiàn)”的這種現(xiàn)象。這個觀點(diǎn)是說：在上游交流電源（比如“輸入1”到后備發(fā)電機(jī)“輸入2”）經(jīng)ATS切換時，UPS輸出就會形成8ms以上的輸出電壓閃斷，如圖3（b）所示。據(jù)說這可導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心機(jī)房長達(dá)幾十分鐘到幾小時的癱瘓事故。原因是雙電

圖3  高頻UPS電源逆變器原理電路圖（一）

　　源?400V的中點(diǎn)電位在“UPS運(yùn)行中一旦遇到輸入電源N線上出現(xiàn)瞬態(tài)的、單極性的直流偏置電壓時，就會導(dǎo)致輸入到逆變器輸入端上”，就會導(dǎo)致逆變器“瞬間DC過壓”和“瞬間DC欠壓”，就會產(chǎn)生這種“瞬態(tài)直流偏置”故障。

　　在交流電路中會出現(xiàn)“單極性的直流偏置電壓”，所謂單極性，顧名思義，不是正極性就是負(fù)極性。這個直流偏置電壓是什么？是如何形成的？問題提出者沒有說清楚。這里的意思就是說：在上游ATS切換時，由于輸入整流升壓環(huán)節(jié)瞬間斷電，則這段零線N上的電流也中斷，如圖3（a）所示，從互投柜到UPS之間的零線（虛線N）線段，就會在這段線中激起反電勢 e，即：

　　即在ATS切換時零線上被激起的反電勢為0.15V。當(dāng)然這個計(jì)算不一定很準(zhǔn)確，但從數(shù)量級上看不會差多少，就是大上10倍也才1.5V，因此在這里可看出一些端倪。某處的這種分析懸乎其懸，用想象的“隱患”來嚇唬人。換言之，上游ATS切換時在零線上激起的單極性電壓微乎其微，既不能造成輸出閃斷，也不會導(dǎo)致逆變器過壓或欠壓，更不能造成數(shù)據(jù)中心機(jī)房停電數(shù)小時。再說零地電壓也根本加不到這些地方去。而且輸出電壓閃斷也不并是這個原因造成的。有關(guān)這個問題在后面還要討論。

　　某處斷言說這種單極性零線電壓“在其它UPS機(jī)型不會出現(xiàn)”，難道工頻UPS電源就沒有零線？在ATS切換時，互投柜到UPS機(jī)柜這段距離零線上的電流也會由滿載（假設(shè)）到零的一個突變過程，在零線上也會產(chǎn)生同樣的這種反電勢，因?yàn)樗牧憔€不是超導(dǎo)體。怎么能說“在其它UPS機(jī)型不會出現(xiàn)”呢！

　　這里還有一個對電路尤其是對UPS工作原理基本知識的了解問題。零線上的單極性電壓（即N線直流偏置）是如何形成的？輸出電壓的閃斷是不是所謂的零線電壓造成的？如何導(dǎo)致逆變器過壓或欠壓？出現(xiàn)的這些問題是不是只有高頻UPS電源才有，等等。為了搞個明白，現(xiàn)在就這些問題一一討論。

　　1. 零線電壓指的是什么？眾所周知一根導(dǎo)線上只能談電流，不能談電壓，因?yàn)殡妷壕褪请娢徊?。而這里就獨(dú)獨(dú)提出了一個N線電壓的概念，姑且理解成是零地電壓，是圖3（c）A點(diǎn)對地GE的電壓呢還是B點(diǎn)對地GE的電壓？因?yàn)樵谟胸?fù)載的情況下這兩點(diǎn)對地的電壓是不同的，A點(diǎn)對地GE的電壓最高，這就是UPS中整個零線上的電壓降，為了符合某處的意愿，暫且取這個最高值，這樣就可能導(dǎo)致逆變器“過壓”或“欠壓”嗎？什么值可以讓逆變器過壓呢？一般說至少要超過額定電壓值10%以上，某處給出了?400V的額定工作電壓，即使10%算作過壓，那麼零線上的電壓至少也得40V！

　　問題是零線上能有這么高單極性電壓的可能嗎？一般說多數(shù)UPS內(nèi)的零線不會超過2m，而且截面積也不小，在任何正常情況下莫說40V，就連4V也不會有。就算有4V，不會說404V就算過壓，就可以損壞功率管吧。這樣看來所謂單極性電壓導(dǎo)致過壓之說法實(shí)際上是不存在的！也僅僅是“潛在”的“危險(xiǎn)”。再說這個零地電壓也加不到管子上。

　　2. 那么單極性零線電壓不會構(gòu)成隱患，輸出電壓的8ms閃斷又是如何形成的？真地就可以導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心斷電很長時間嗎？

　　這也是搞電源的人都應(yīng)該具有的基本知識。眾所周知，蓄電池的內(nèi)阻是比較大的，比如上游ATS切換時，就出現(xiàn)電源內(nèi)部負(fù)載突變現(xiàn)象，再加之電池的動態(tài)性能不太好，就更不能很快響應(yīng)這種突變電流。一般UPS在正常工作時是由輸入整流器向逆變器供電，電池組不但空載而且還處于浮充狀態(tài)。如果輸入端突然斷電，電池組就必須及時地將全部負(fù)載接替過來，但強(qiáng)大的電流突變是一般電池?zé)o法響應(yīng)的。這必然會導(dǎo)致瞬時缺電流狀態(tài)，也就是所謂的輸出電壓瞬時“閃斷”。

　　為了彌補(bǔ)這個缺欠，設(shè)計(jì)者就都在電池組或整流器后并入了足夠容量的電容器，由于電容器的動態(tài)性能比電池好得多，所以瞬變的前沿電流先由電容器補(bǔ)償，而后由電池來接續(xù)以后長時間的功率電流。但如果和電池并聯(lián)電容器的容量不足或質(zhì)量不好，不能適應(yīng)前沿電流突變的要求，就會使輸出電壓出現(xiàn)所謂“閃斷”的缺口，電容器的電容量越小，輸出電壓的缺口就越深越寬。所以這個輸出電壓缺口和所謂的單極性N線電壓沒有任何關(guān)系。

　　而且這個輸出電壓缺口問題在任何UPS上都可能存在，而且是不合格產(chǎn)品才會有。不論是高頻UPS電源還是工頻UPS電源，只要是合格產(chǎn)品（不是偷工減料的），都不會出現(xiàn)這種輸出有閃斷的現(xiàn)象。某處為了某種原因?qū)⑦@種誰都可能有的現(xiàn)象硬套在了高頻UPS電源零線電壓上，這又是對UPS工作原理上的誤解。