如何选择科士达UPS工频机与高频机

1、科士达高频机与工频机的特点 
 
UPS按设计电路工作频率分为工频机和高频机，工频机和高频机的结构特点如下。 
 
(1)工频机：以传统的模拟电路原理来设计，机器内部电力器件(如变压器、电感、电容器等)都较大，一般在带载较大运行时存在较小噪声，但该机型在恶劣的电网环境条件中耐抗性能较强，可靠性及稳定性均比高频机强。 
 
(2)高频机：利用高频开关技术，高频机逆变频率一般在20kHz以上。但高频机在恶劣的电网及环境条件下耐受能力差，较适用于电网比较稳定及灰尘较少、温/湿度合适的环境。UPS发展的方向是高频化、小型化、智能化和绿色化。因为小型化可以节省投资、提高效率、节约空间等。小型化的前提是高频化，只有高频化才可实现小型化。小型化的第一个目标就是取消输入/输出隔离变压器。以前由于技术、器件和材料的原因，给UPS加入了输入/输出隔离变压器，使得产品笨重、性能差、耗能大而且价格贵。后来由于新器件的问世，1980年由美国IPM公司首先推出的新方案成功地取消了输入隔离变压器，近几年由于技术的进一步发展和成熟，推出了半桥逆变器变换方案，又成功地取消了输出隔离变压器，使UPS的性能又有了很大程度的提高，这就是人们所说的高频机，它进一步使UPS缩小了体积、改善了性能、减轻了重量、提高了效率、降低了成本和提高了可靠性。所以国际上的知名公司大都放弃了带有输出隔离变压器UPS的生产。 
 
2、科士达高频机与工频机比较
 
高频机与工频机比较而言：尺寸小、重量轻、运行效率高(运行成本低)、噪声低，适合于办公场所，性价比高(同等功率下价格低)，对空间、环境影响小，相对而言，高频UPS对复印机、激光打印机和电动机引起的冲击(SPIKE)和暂态响应(TRANSIENT)易受影响，由于工频机的变压器把市电与负载隔离，在市电恶劣的环境下，工频机比高频机能提供更安全和可靠的保护，在某些场合如医疗等，要求UPS有隔离装置，因此，对工业、医疗、交通等应用，工频机是较好的选择。两者的选择要根据用户的不同、安装环境、负载情况等条件权衡考虑。 
 
高频机不带隔离变压器，其输出中性线存在高频电流，主要来自市电电网的谐波干扰、UPS整流器和高频逆变器脉动电流、负载的谐波干扰等，其干扰电压不仅数值高而且难以消除。而工频机的输出地电压低，而且不存在高频分量，对于计算机网络的通信安全来讲，更加重要。 
 
高频机输出没有变压器隔离，如果逆变功率器件发生短路，则直流母线(DCBUS)上的高直流电压直接加到负载上，这是安全隐患，而工频机则不存在此问题。高频机与工频机性能比较的指标见下表： 
 
表1高频机与工频机性能比较的指标 

 
 
从以上的比对中可以清晰地看出工频机在很多方面优于高频机。对于可靠性要求较高的一些重要、关键部位的电源保护方案还应以工频机为首选。工频机的特点是简单，存在的问题是： 
 
1)输入输出变压器尺寸大。 
 
2)用于消除高次谐波的输出滤波器尺寸大。 
 
3)变压器和电感产生音频噪声。 
 
4)对负载和市电变化的动态响应性能较差。 
 
5)效率低。 
 
6)输入无功率因数校正，对电网污染较严重。 
 
7)成本高，特别对于小容量机型，无法与高频机相比。 
 
世界知名UPS厂商在技术选型和将来发展趋势上都是以高频为绝对主力方向的，30kVA及以下的UPS都以高频机为主，这与高频机负载动态响应速度快，能量密度高，体积小，噪声小，价格低(特别是小机)有很大关系，特别是高频机可以做到输入有源功率因数校正，真正代表将来绿色电源的发展趋势。 
 
3、电路结构 
 
科士达工频机与高频机的概念主要是对整流部分而言，工频机是可控整流，传统技术最好可做到12相整流;而高频机的整流是二极管不控整流十IGBT的高频直流升压环节。对逆变器而言都是IGBT的SPWM高频逆变工作方式(除早期的可控硅逆变工作模式UPS，目前已经淘汰)。另外，工频机的输出变压器必不可少，由于其整流逆变等环节均为降压环节，因此在输出侧必须有升压变压器作为电压的调整。而高频机由于具有DC/DC升压环节，其输出侧不必要加升压环节(升压变压器)，对于需要加装隔离变压器的现场，高频机也可按照要求加装隔离变压器选件，其作用也由原来的必要配置转变为可选配置。UPS的电气结构所以发生了更新变化，主要是由于元器件的发展，IGBT作为UPS的主要功率元件技术更加成熟，无论从容量、结构，还是可靠性上都大大地提高了，加之UPS数字化程度不断深入促成了新一代大中型UPS的主流结构由原来的工频机转向高频机(正如当年晶闸管逆变器被大功率晶体管GTR取代，之后又被IGBT逆变器取一样)。UPS电气结构的更新最直接的效果就是UPS主机体积的缩小，质量的减小，而更重要的是电气性能的提高。 
 
早期大中型UPS主回路结构采用晶闸管整流将输人的交流电整为直流，蓄电池直接配置在直流母线上，当输入市电正常时，靠整流晶闸管的调节对蓄电池充电，同时为GTR或ICBT结构的桥式逆变器供电，逆变器将直流逆变为交流，最后经过输出变压器的升压及滤没提供纯正的交流输出。从其结构中可以看出，从整流(从交流变为直流)到逆变(在从直流变为交流)的过程中，每个环节都是降压环节，在此种结构的UPS中，必须在输出侧加入升压变压器，将逆变输出的较低恒定电压升至合理的输出范围，最终提供了恒定的220V/380V输出。 
 
目前较为先进的UPS主回路结构采用不控整流加升压环节，将交流输入通过整流桥全波整流为直流后，采用IGBT元件组成的DC/DC电路升压到一个较高的恒定直流电压，并将其作为直流母线，为蓄电池充电电路及逆变输出部分提供电能。由于直流母线电压足够高经过IGBT高频逆变调整后，可直接得到恒定的逆变输出电压，完全可以省掉输出升压变压器。

科士达从工频UPS电源的工作原理、硬件配置、输出的电源质量、过载切换等四大方面讲解其优越性。

一、工频UPS电源工作原理存在的优越性

1.科士达工频UPS电源，用数字信号处理技术确保测量数据快速、灵活，从而产生快速的控制变量，确保对充电器及逆变的实时控制。

2.科士达工频UPS电源比高频UPS电源具有更强大的短路保护能力及更强大的过载能力。

3.由于中国市电环境的极不稳定和易受到一些外部情况的*，所以对短路能力及过载能力的要求也更高。采用工频UPS电源，将极大地提高负载设备的安全性与稳定性。

二、工频UPS电源硬件配置存在的优越性

1．从技术上，科士达工频UPS电源比高频UPS电源多增加了输入和输出变压器

(1).工频UPS电源独有标配的输入/输出变压器，使电流隔离免受输入*。在工业环境中，有些外部设备是大的*输入，如泵、发动机等等。这些*容易造成电流波动，影响负载的安全，因此，电流隔离对于这领域尤为重要。

(2).高频UPS电源为了降低产品成本则不含这些组件，相应的电流稳定性就不如工频UPS电源。

2．工频UPS电源设备零部件设计的优越性

(1).工频UPS电源的零部件可根据客户的规格和需要设计，每个零部件都能承受较高的额定功率且具有较长的寿命，旨在确保用户设备操作过程的安全与持久。

(2).高频UPS电源在设计上旨在降低成本，所以其零部件仅符合最低的额定功率要求。

3．对工业的苛刻环境有极强的适应性

工频UPS电源主要设计在苛刻的工业环境下使用，防护等级达到了IP54，而高频UPS电源不具备这种适应能力。

(1).工频UPS电源设计的定位就是在工业环境中工作，如石化、电力、交通运输行业等等。应用于各种苛刻的工业室外环境，防止外部输入*，如高温、高湿、粉尘、震动、腐蚀、爆炸危险型气体及一些无法预测的环境。

(2).工频UPS电源可适应高温环境0~55℃，相对湿度0%~95%，防尘、防雨水。诸如中国海洋石油公司，中国石化公司这样规模的大公司选择使用的工频UPS电源产品，就是因为它具备高可靠的苛刻工业室外环境适应能力。

(3).高频UPS电源不是专为工业环境设计，所以只能安装在清洁的、较安全的、可预测的环境中。如安装于空调房、低温、无尘等环境。

4．工频UPS电源设备寿命的优越性

工频UPS电源设计寿命超过20年，而高频UPS电源设计寿命为3~5年。

(1).根据工频UPS电源销售经验，许多设备都能正常工作15至30年

(2).工频UPS电源的设计方向就是延长系统持续工作的寿命，以符合需要长寿命保障的一些应用领域，如石化厂或电站。所以，即便是工频UPS电源早期的投入较高频UPS电源大，但在20年以上的时间内其产品都无需要更换设备，而且备品备件在停产后的后备储存期也相对的比高频UPS电源长很多。

(3).高频UPS电源设计寿命仅为3~5年，5年后设备就需要更换。而且备品备件的储备也极其有限。

5．方便的前端维护

工频UPS电源系统自行维护时间很长，而高频UPS电源系统自行维护时间较短。

(1).工频UPS电源设计有方便的前端维护，并可在系统停产后长时间的提供备品备件，方便维护。且工频UPS电源使用和维护服务期都超过20年。

(2).高频UPS电源的购买、使用及更换时间相对较短。

三、工频UPS电源输出的电源质量存在的优越性

1．工频UPS电源独有的输入输出变压器。使电流隔离免受输入*的同时，也将提高最终电源输出的质量。在像石化领域一类的恶劣工业环境中，输出电源质量的优劣，将直接影响整个工厂设备、人员的安全性及生产能力。

2．商务型的UPS电源并不具备上述组件，所以也不具备如此强大的功能。

四、工频UPS电源过载切换存在的优越性

强大的过载能力

工频UPS电源设计有强大的过载能力。当设备过载时，由于其具有的过载能力强，所以UPS电源切换至旁路运行的可能性很小。这将大大增加系统的安全性。因为当切换至旁路运行时，同则意味着负载不再由逆变器或蓄电池供电。

高频UPS电源的过载能力相对工频UPS电源较低，当发生意外过载时，容易由UPS电源切换至旁路运行，这将会把系统置于一个极不稳定的状态，增加了旁路开关因瞬时过载而跳闸的可能性，影响了系统的安全性。

旋转式UPS由整流器、电池、直流电动机、柴（汽）油机、飞轮和发电机组成。在市电供电情况下，电动机带动飞轮和发电机给负载供电；当断电后，由于飞轮的惯性作用，会继续带动发电机的转子旋转，从而使发电机能持续给负载提供电源（电能-动能-电能），起到缓冲的作用，同时启动柴（汽）油机。当油机转速与发电机转速相同时，油机离全器与发电机相连，完成从市电到油机的转换。这是UPS的较早形式，尽管其维护简单，也比较稳定，但系统庞大，操作不便，而且效率低，噪声大，电力品质不高，技术条件的限制迫使人们不得不采用这种最简单的解决方案。

随着电脑网络、医疗器械和精密仪器的不断涌现和大量应用，旋转式UPS已难以满足要求。因此随着电力电子技术的发展，另一种形式的UPS---静态变换式UPS便应运而生了，这是我们目前最常见到的UPS类型。

从技术上讲，静态式UPS分为三类：离线式（OFF LINE）、在线式（ON LINE）和在线互动式（ON LINE INTERACTIVE）。一般来说，这种UPS主要有两种工作状态，分别工作于不同的市电环境下。当市电正常时，（指UPS可以接受、认可的电压幅值、频率和波形比负载接受的范围要大），由市电通过UPS给负载供电。UPS对市电进行滤波、稳压和稳频调整后，提供给负载更加稳定和洁净的电源。同时，UPS通过充电器把电能转变为化学能储存在电池中。当UPS侦测到市电异常时，切换到电池供电，通过逆变器（INVERTER）把化学能转变为交流电能，供给负载，以保证对负载的不间断电力供应。这种UPS还有一种旁路（BYPASS）工作状态，它在刚开机或机器故障时，可以把输入经高频滤波后直接输出，保障对负载的供电。

1、在线式和后备式

从工作原理上分艾默生UPS可分为塔式式（OFF LINE ）和机架式（ON LINE ）两种。从备用时间上则可分为标准型和长效型两种。

从原理上看，在线式UPS同后备式UPS的主要区别在于，后备式UPS在有市电时仅对市电进行稳压，逆变器不工作，处于等待状态，当市电异常时，后备式UPS会迅速切换到逆变状态，将电池电能逆变成为交流电对负载继续供电，因此后备式UPS在由市电转逆工作时会有一段转换时间，一般小于10ms,而在线式UPS开机后逆变器始终处于工作状态，因此在市电异常转电池放电时没有中断时间，即0中断。

2、在线互动式

UPS除了以上两种类型外，还有一种称为在线互动式（Line-Interactive），如山特的Inter系列。所谓在线互动式UPS，是指在输入市电正常时，UPS的逆变器处于反向工作给电池组充电，在市电异常时逆变器立刻投入逆变工作，将电池组电压转换为交流电输出，因此在线互动式UPS也有转换时间。

同后备式UPS相比，在线互动UPS的保护功能较强，逆变器输出电压波形较好，一般为正弦波，而其最大的优点是具有较强的软件功能，如山特Inter系列UPS随机带有监控软件，可以方便的上网进行UPS的远程控制和智能化管理。

3、标准型和长效型

除了以上三类，根据后备时间，UPS还可分为标准机和长效机。标准机用内置电池，后备供电时间较短，一般在5-15分钟。长效机则可根据用户需要，增大电池容量配置，延长后备时间。但这要求更大的充电器来满足电池充电电流和充电时间性的需要，因此厂商在设计时会放大充电器容量或加装并联的充电器。