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工频机UPS输出变压器在电路中是在抗干扰吗？

时间：2010-11-19 17:07来源：世纪电源网

摘要： ...

                            王其英   
 
 

一、前言
根据历史的发展规律，当前正值高频机型UPS替代工频机型UPS的过渡时期，在这个时期，以前一直不被人们注意的输出变压器现在竟成了“抢手货”。主要原因是：据说这个变压器可以抗干扰。所以不但工频机型UPS的这个变压器稳固了抗干扰功能，就是已经取消了这个变压器的高频机型UPS也必须在输出端再给加上去。这样一来，在人们的印象中就好像高频机型UPS取消变压器的做法是瞎耽误工夫，反而成了技术落后的产品。可见宣传的“魅力”有多大！难怪一些用户对没有输出变压器的高频机型UPS抱有怀疑态度：变压器没了就不抗干扰了！
如果上述的宣传是真理，那么高频机型UPS就真地没有立锥之地了。可惜的是UPS输出变压器可以抗干扰”说法是“无的放矢”！为了说明这个问题，先解决以下几个问题：
输出变压器抗干扰的目的是什么？
UPS输出变压器抗的是什么干扰？
UPS输出变压器在电路中是否有干扰可抗？
这几个问题搞清楚了，结论也就出来了。
二、UPS输出变压器抗干扰的目的是什么？
这个问题很好回答，抗干扰的目的就是为了保护设备和电路不受损害。图1示出了两种
 
 
 
图1 UPS供电原理方框图
 
UPS供电系统原理方框图。因为这里谈的是输出变压器，所以不涉及整流器。从图1（a）中可以看出，变压器抗干扰的目的就是为了保护前面的逆变器和后面的负载电路。就是说这个变压器可以防止逆变器出来的干扰去损害负载电路，或者是负载出来的干扰去损害逆变器。除此二者外没有第三。
   首先说明，不论是高频机型UPS，还是工频机型UPS，在相同规格的情况下，此二者的逆变器是一样的，负载也是一样的。既然工频机型UPS的逆变器需要保护，那么按照变压器宣传者的理论，高频机型UPS的逆变器因没有变压器隔离，就不受保护，就应该受到负载干扰的损害，即应该频繁地损坏。而实践证明逆变器并未损坏，而且还一直工作很好。比如某品牌高频机型UPS在近三年间装机从250kVA到600kVA近300台无一逆变器损坏的例子，这在工频机型UPS中也是罕见的。至于负载，只是用电单元，不向逆变器输送干扰，而且也送不过去。况且逆变器也不是干扰源。关于这一点，不妨用示波器测一下就可看得清楚。所以工频机型UPS的输出变压器在这里并不是起保护作用的环节。
三、工频机型UPS输出变压器抗的是什么干扰？
前面已经讨论了工频机型UPS的输出变压器在这里既然不是起保护作用的环节，那么它抗干扰的目的是什么呢？真正的问题是：变压器在这里是不是真地在抗干扰。图5示出了工频机型UPS的供电线路电原理图。图中的AB两点表示UPS的输出端，就在AB这两点，UPS输出电压UUPS的波形失真一般应小于5%（这是指标的要求），是一个很好的正弦波，如图中所示。但到了负载端，电压UL的波形就出现了失真，这个失真是如何形成的呢？众所周知，负载端的工作电流IL是对应正弦波电压峰值处的脉冲电流，尽管UPS输出端AB处是很好的正弦波，但电源到负载端有一定距离，而电缆是有阻抗的，所以电缆的长短就决定了阻抗RW的大小：
 

 
 
 
 
 
 

 
 

图2  UPS供电线路电原理图
 
式中 RW —电缆在某长度l下的阻抗
r—电缆材料的电阻率
l—电缆长度
S—电缆截面积
XL—电缆在长度l下的电抗

    负载电流在电缆上形成的脉冲电压降：

URw=ILRW                                                     （2）

所以负载端的电压就是：

UL=UUPS-ILR                                （3）

从式（1）可以看出，在负载端由于RW很大，脉冲压降也很大，UPS输出正弦波减去这个线路上的脉冲压降后，就形成了失真波形。而在AB两端由于l=0，所以RW =0，此处的电压波形仍然是很好的正弦波。
就是说，在变压器的输入端，逆变器送来的是很规则的PWM波形而不是干扰，用不着变压器来抗，负载端的失真波形是负载正常工作后留下的影子，也不是干扰，更不能传到变压器的输出端，所以变压器在这里没有干扰可抗。换言之，这个变压器的输入和输出两端根本就没有干扰，这就是UPS输出电压本来的面貌，并不是变压器的什么功劳，非要说它在这里抗干扰，这不就是无的放矢么！进一步说，UPS的输出变压器是一个一直处在没有干扰环境中的环节，怎么就断定它具有抗干扰的能力呢！没有输出变压器的高频机型UPS在这里也同样是一个一直处在没有干扰环境中的环节，怎么就没有抗干扰的能力呢！就好像两个一直生活在高山上的两兄弟，除了山上的小溪就从来就没有见过江河湖海，“智者”根据什么可以断定其中一个具有游泳的能力，而另一个就没有这种能力呢？
所以说，UPS的输出变压器在它的位置上除了变压和产生零点外，没做第三件事。
四、高频机型UPS加输出隔离变压器是“画蛇添足”
不管是从理论上还是实际应用中都可以看出，从两种UPS的输出端开始到负载端的这段线路的供电效果是完全一样的：有变压器是这样，没有变压器也是这样，这是不可辩驳的事实。既然如此，为什么还要加这个隔离变压器呢？这主要是那种“变压器可抗干扰”的误导宣传起了作用。为了巩固“变压器可以抗干扰”的的神话地位，“智者”就必须要求高频机UPS也要加上这个变压器，才可显示出这种理论的正确性，如图4（b）所示。可惜的是在UPS输出端这个地方没有任何一方可以送来干扰，如前所述，在这里无任何干扰可抗，再说变压器根本就没有抗干扰功能，关于这一点，笔者在多篇文章和书籍中早有论述。所以在这里硬要加进一个变压器，岂不是“画蛇添足”！
 
 

 
 

（a） 高频机型UPS供电系统原结构
 
 
 
 

  
 

（b）加隔离变压器后的高频机型UPS供电系统
 
图4 高频机型UPS加隔离变压器和不加隔离变压器时的电原理图
 
加这个变压器千万不要理解成是“锦上添花”。锦上添花意味着有它不多，没它不少。这里可不一样，加上它不但“多了”，而且还带来了负面效应。就好像一条宽敞平坦的公路，硬要从当中挖断而修一座桥。会带来什么后果呢？增加了车辆爬坡的汽油消耗量，万一桥面出现情况就会影响交通，比如突然天降大雪，由于湿滑而导致汽车爬不上去，即使上去了下坡时又会有撞车的危险。这就导致了交通中断。UPS也是这样：增加了投资和占地面积、增加了功耗和多了一个故障点。这就是花钱买不可靠因素，这也是谁都不愿做的事情啊！
另外一个危害就是如果加了这个变压器，当多机并联时，就使得本来没有环流的高频机型UPS（如图5（b）所示），出现了环流，如图5（a）所示。
  
 

 

（a） 有输出变压器的UPS并联原理图

        
 

 

（b）没有输出变压器的UPS并联原理图
 
图5 有和没有输出变压器的UPS并联情况
 
从图5（a）可以看出，两个UPS变压器次级电压由于各种参数的差异是不一样的，由于面压器内阻是毫欧级数值，也会导致环流。而且由于这个环流路径上几乎没有任何障碍，即使是很小的电压差也会导致可观的电流；没有变压器的高频机型UPS就不同了，即使有和变压器相同的电压差，由于路径上的重重障碍（如图（b）中虚线所示），早把这点电压吃掉了。因此，高频机型UPS的并机环流就不用去考虑。
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