（吉林）大力神蓄電池辦事處

UPS輸出隔離變壓器的作用

　　能夠取消輸出隔離變器的理由何在?以往有的認(rèn)為工頻機(jī)的變壓器具有抗干擾和緩沖負(fù)載突變的作用，好像這個(gè)變壓器是為了這些目的專門為用戶設(shè)計(jì)的。是不是這樣呢?回答是否定的。首先，他把變壓器當(dāng)成了電抗器，豈不知電抗器和變壓器有著本質(zhì)的區(qū)別。再就是這個(gè)變壓器是工頻機(jī)不可分離的構(gòu)成部分，而且作用也很簡(jiǎn)單，下面進(jìn)行討論。

　　(1)工頻變壓器的作用

　　UPS輸出的有效值電壓為220V，其正弦波交流電壓的峰峰值電壓是620V，而一般單相UPS的輸入整流電壓才310V(這還不包括一般為196V電池的情況)，為了使逆變器不失真地輸出有效值為220V的正弦波交流電壓，逆變器前面的直流電壓必須是650V∼870V。由于工頻機(jī)逆變器的輸入電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于這個(gè)值，所以必須加一個(gè)輸出變壓器將電壓提升到額定峰值以上才可使用，如圖3所示。圖中所示為電池電壓是192V的情況。在中小功率中，為了節(jié)約成本，一般都不將電池電壓做得太高，所以輸出隔離變壓器一般為升壓工作方式。圖中虛線以左的部分為輸入隔離變壓器，現(xiàn)在已不作為標(biāo)配?！?

　　圖3 輸出隔離變壓器的升壓作用電原理圖

　　(2)對(duì)零線的隔離作用

　　工頻機(jī)UPS采用的是全橋變換器，如圖4所示。這種變換器輸出的不是一根火線和一根零線，而是兩根火線。但一般的UPS負(fù)載要求必須具有零線，以便于接地，如果在沒有輸出隔離變壓器的情況下，就將一根火線硬性接地，如圖4(a)所示，就會(huì)導(dǎo)致UPS的工作失常。圖中給出了在電壓正弦波正半波時(shí)的電流流動(dòng)方向和途徑，負(fù)半波也是如此。從圖中可以看出，由于零線的接入，使負(fù)載電流經(jīng)過負(fù)載后不是經(jīng)過整流器和逆變管，而是直接流回市電的零線輸入端，在這種情況下，圖中用虛線標(biāo)出的一只整流器和一只逆變功率管就未起作用。按照正常的工作程序，負(fù)載電流應(yīng)該流過兩個(gè)橋式電路的各2只管子，如圖4(c)所示，圖4(d)是它的等效電路。由電路可以看出，當(dāng)在輸出端增加了隔離變壓器后，就可以在變壓器的次級(jí)(負(fù)載輸入端)連接市電的零線，于是就構(gòu)成了一個(gè)可靠的供電系統(tǒng)。

　　所以這個(gè)變壓器是全橋電路不可分割的一部分。是為了解決上述困難的權(quán)宜之計(jì)，和其他沒有必然關(guān)系。　

　　(a)無輸出變壓器正半波時(shí)的電流流動(dòng)方向和途徑　 　　(b)無輸出變壓器正半波時(shí)的等效電路　　 　　(c)有輸出變壓器正半波時(shí)的電流流動(dòng)方向和途徑　 　　(d)有輸出隔離變壓器時(shí)的正半波等效電路　　圖4 工頻機(jī)整流/逆變電流途徑原理圖

　　(3) 隔離變壓器不能隔離干擾和緩沖負(fù)載

　　目前所有UPS的隔離變壓器都是為了變壓和隔離零線(或接地)的目的而接入的，并沒有隔離干擾和緩沖負(fù)載突變的功能。圖5給出了這種變壓器的結(jié)構(gòu)原理圖。從圖中可以看出，變壓器的初級(jí)和次級(jí)之間都有絕緣層，他們就構(gòu)成了一個(gè)一定容量的電容器C，電容器的容抗和頻率是成反比關(guān)系的，即：　

　　圖5 UPS變壓器電原理圖　(1) 　　式中：　　XC是變壓器初次級(jí)間等效分布電容的容抗，單位是Ω;　　f是干擾信號(hào)的頻率。單位是Hz;　　C是變壓器初次級(jí)間等效分布電容量，單位為F。

　　從這個(gè)公式可以看出，頻率越高，容抗就越小，也就是說干擾信號(hào)的頻率越高，這個(gè)電容通路就越容易被穿過。由于一般干擾信號(hào)的頻率是很高的，可以直接穿過變壓器而長(zhǎng)驅(qū)直入去干擾負(fù)載。若是較低頻率的干擾到來，它就會(huì)按照變壓器的變比按比例變換過去而干擾負(fù)載。正因?yàn)樽儔浩鞑⒉豢垢蓴_，所以幾乎所有UPS都在輸入和輸出端加有輸入/輸出濾波器，如圖6所示。　

　　圖6 一般工頻機(jī)UPS電源結(jié)構(gòu)方框圖

　　同樣，該變壓器也沒有緩沖負(fù)載電流突然變化的能力。根據(jù)能量守恒定律，變壓器初次級(jí)之間的能量傳遞是等量的，即：

　　U1I1=U2I2 (2)

　　比如當(dāng)負(fù)載端短路時(shí)，次級(jí)電流I2就會(huì)趨向于無窮大，為了平衡負(fù)載端的變化，變壓器初級(jí)電流I1也會(huì)趨向于無窮大。也許有人會(huì)說：變壓器的漏感可阻止電流的突然變化，這一來是變壓器的漏感很小，不足以阻止這種變化，另一方面，高頻機(jī)的輸出端照樣串有小容量的電感，在這一點(diǎn)上二者是等效的，都起不了關(guān)鍵作用。為了彌補(bǔ)這個(gè)不足，所以在所有UPS的輸出端都接有電流傳感器，一旦出現(xiàn)過載或短路現(xiàn)象，就用停止逆變器工作的方法來保護(hù)。

　　另一方面，如果上述變壓器具有抗干擾功能，那么這個(gè)變壓器必須具備分辨有用信號(hào)和干擾信號(hào)的功能，比如圖7示出了非線性負(fù)載工作時(shí)的電流波形圖。非線性負(fù)載向UPS索取的工作電流大小是不定的，隨機(jī)的，哪一個(gè)變壓器能從圖7的電流波形中分辨出有用和干擾電流呢?沒有一個(gè)UPS輸出變壓器具有這種分辨能力，那么抗干擾之說也就沒有根據(jù)了?！?

　　圖7 非線性負(fù)載工作電流圖

　　(4) 高頻機(jī)UPS真的沒有變壓器嗎?

　　一般認(rèn)為高頻機(jī)沒有變壓器，這是一種誤解。實(shí)際上在高頻機(jī)UPS中也有變壓器，比如UPS輸出交流電壓220V時(shí)的電壓幅度峰峰值約620V，而UPS中的電池電壓一般小功率采用的是192V、72V、48V或者更小。如果沒有變壓器又如何將這些低壓升至620V呢!在人們的習(xí)慣中大都認(rèn)為有線圈和鐵心的才叫變壓器，否則就不是變壓器，這就有些片面了。比如在小功率高頻UPS中的整流器和逆變器之間有一個(gè)Boost 升壓電路，這就只電子變壓器，凡是能將一個(gè)電壓值變換為另一個(gè)電壓值的裝置都是變壓器，只是人們還不習(xí)慣而已。不能以外形如何來定義，又比如電磁爐和微波爐哪一個(gè)外形也不像習(xí)慣上做飯的爐子;宇宙飛船既沒有能飛的翅膀也不像船…，但對(duì)這些東西，人們已習(xí)慣了，也就叫開了。高頻機(jī)UPS由于有了這個(gè)電子變壓器又帶來了很多好處：不但可以變壓，而且還有輸入功率因數(shù)校正功能，它可以將輸入功率因數(shù)校正到接近于1，這是工頻變壓器所無法實(shí)現(xiàn)的;它的抗干擾功能也是工頻變壓器無法比擬的，這是因?yàn)槠胀姶攀阶儔浩鲗⑤斎氲碾妷翰ㄐ螞]有失真地傳遞到輸出端，所以也將干擾一并送出。高頻機(jī)的電子變壓器則不然，如圖8(a)所示的電路是將輸入電壓波形進(jìn)行切割后儲(chǔ)能送出：當(dāng)整流正弦半波電壓波形到來時(shí)，開關(guān)S閉合，電流經(jīng)電感L和開關(guān)S和輸入形成回路，如圖中實(shí)線所示，此時(shí)能量?jī)?chǔ)存在電感L中，開關(guān)S按照一定的頻率開斷與閉合，當(dāng)開關(guān)斷開后，儲(chǔ)存在L中的能量沿虛線方向給二極管D后的電容和負(fù)載供電，而后再重復(fù)下一個(gè)同樣的周期。其波形的關(guān)系如圖8(b)和8(c)所示。從圖中可以看出，電子變壓器取能時(shí)，并不將其送出，而是以靜態(tài)的形式儲(chǔ)存，不取能時(shí)再將儲(chǔ)存在電感中的能量送出。換言之，即使電網(wǎng)中有干擾，也會(huì)將動(dòng)態(tài)干擾在儲(chǔ)能過程中平復(fù)，就像波浪翻滾的河水流入水庫后就會(huì)“偃旗息鼓”，平靜下來，而由水庫向外提供的水流則是平緩的。誰也不會(huì)相信電池向外提供的電流中會(huì)有干擾成分。　

　UPS電源的供電可靠性

　　UPS電源涉及電力電子和材料等學(xué)科，單機(jī)平均無故障時(shí)間的提高受制于相關(guān)學(xué)科理論和半導(dǎo)體材料的限制，現(xiàn)階段難有突破，即UPS技術(shù)處于成熟階段。UPS供電系統(tǒng)采用冗余技術(shù)是目前UPS系統(tǒng)提高可靠性的主要方式。

　　UPS的可靠性＝提高單機(jī)平均無故障時(shí)間＋冗余

　　單機(jī)平均無故障時(shí)間（MTBF)=20-25萬小時(shí)

　　UPS冗余配電方案無非是1+1（塔式機(jī)）或N+X（模塊機(jī)）。塔式機(jī)主要內(nèi)置整流器、逆變器、靜態(tài)開關(guān)及控制電路，模塊機(jī)則由機(jī)架、UPS 功率模塊、靜態(tài)開關(guān)模塊、顯示通信模塊以及電池組構(gòu)成。塔式機(jī)多采用1+1冗余系統(tǒng)可靠性較低，而模塊機(jī)可實(shí)現(xiàn)N+X冗余系統(tǒng)無單點(diǎn)故障瓶頸，所以模塊UPS是可靠性的最佳選擇。

塔式機(jī)

模塊UPS

　　UPS電源的可擴(kuò)展性

　　考慮負(fù)載是針對(duì)當(dāng)前需求，可擴(kuò)展性則是著眼未來?？紤]到未來業(yè)務(wù)增長(zhǎng)對(duì)系統(tǒng)的需求，如果想讓自己的UPS系統(tǒng)的功率與實(shí)際需求一起增長(zhǎng)，在UPS采購的時(shí)候，則需要著重考慮到UPS電源的可擴(kuò)展性。通過分析，模塊UPS效能的集成化特點(diǎn)可最大提高系統(tǒng)可靠性和可用性。

　　UPS電源的高效率要求

　　UPS實(shí)際效率的高低由帶載量決定：負(fù)載50%時(shí)整機(jī)效率≤70% ，負(fù)載60%時(shí)整機(jī)效率≥80%
 

　　中國(guó)電信集團(tuán)電源維護(hù)技術(shù)支撐中心對(duì)UPS效率測(cè)試結(jié)果

　　如果傳統(tǒng)塔式機(jī)在1+1冗余下做1次冗余，每臺(tái)設(shè)備帶載將≤50%，但效率≤60% ，這已經(jīng)是能耗比低的表現(xiàn)。而在正常運(yùn)行下的模塊機(jī)，可根據(jù)實(shí)際負(fù)載量來配置合理的電源容量，并留2至4個(gè)冗余功率模塊，這無疑是既方便又高效。

　　UPS電源的可維護(hù)性

　　傳統(tǒng)UPS的維護(hù)特點(diǎn)：

電路板級(jí)的維修 修復(fù)時(shí)間受人為因素影響較大 需專業(yè)工程師到現(xiàn)場(chǎng) 需在停電或旁路狀態(tài)下維護(hù)

　　模塊UPS維護(hù)特點(diǎn)：

模塊級(jí)的維修，無需查找故障點(diǎn) 修復(fù)時(shí)間不受人為因素影響，可控性強(qiáng) 一般不需工程師到現(xiàn)場(chǎng)，可自主維護(hù) 無需轉(zhuǎn)旁路、在線熱插拔，不影響負(fù)載運(yùn)行

（吉林）大力神蓄電池辦事處

大力神蓄電池（LIBERTY電池）產(chǎn)品特點(diǎn)：
（1） 粗壯的極板使電池具有更長(zhǎng)的壽命
（2） 阻燃的單向排氣閥使電池安全且具有長(zhǎng)壽命
（3） 持久耐用的聚丙烯（PP）電池槽蓋
（4） 槽蓋的熱封黏結(jié)可以杜絕滲漏
（5） 吸附式玻璃纖維技術(shù)使氣體復(fù)合效率高達(dá)99%，使電解液具有免維護(hù)功能
（6） UL的認(rèn)證
（7） 多元格的電池設(shè)計(jì)使電池安裝和維護(hù)更經(jīng)濟(jì)
（8） 可以以任何方位使用。豎直，旁側(cè)或端側(cè)放置
（9） 符合國(guó)際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)/國(guó)際民間航空組織的特別規(guī)定A67，可以航空投運(yùn)。
（10） 可以以無危險(xiǎn)材料進(jìn)行地面運(yùn)輸
（11） 可以以無危險(xiǎn)材料進(jìn)行水路運(yùn)輸
（12） 計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的低鈣鉛合金板柵，最大限度降低了氣體的產(chǎn)生量，并可方便的循環(huán)使用

槽式化成技術(shù)，單體電壓均衡性最佳。
超細(xì)玻璃纖維吸液式電池技術(shù)，內(nèi)阻低，高效率氣體再化合。
外殼采用獨(dú)特膠體配方。
閥控調(diào)節(jié)，免維護(hù)操作。
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造，確保產(chǎn)品質(zhì)量。
設(shè)計(jì)達(dá)多項(xiàng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
估計(jì)使用壽命，在20度攝氏（華氏68度）及正常浮充狀態(tài)下，可達(dá)到10年。

（佳木斯）大力神蓄電池總代理價(jià)格

產(chǎn)品特點(diǎn)：

槽式化成技術(shù)，單體電壓均衡性最佳。
超細(xì)玻璃纖維吸液式電池技術(shù)，內(nèi)阻低，高效率氣體再化合。
外殼采用獨(dú)特膠體配方。
閥控調(diào)節(jié)，免維護(hù)操作。
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造，確保產(chǎn)品質(zhì)量。
設(shè)計(jì)達(dá)多項(xiàng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
估計(jì)使用壽命，在20度攝氏（華氏68度）及正常浮充狀態(tài)下，可達(dá)到10年。


產(chǎn)品型號(hào)及技術(shù)規(guī)格（General Specifications）：

各電池型號(hào)在1.75伏單體最終電壓，77℉，25℃時(shí)之額定容量(Ah)
Ampere Hour Capacity At End Point 1.75V Per Cell @77℉(25℃)

 大力神蓄電池銷售網(wǎng)址：www.dlsxdcdl.com