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硕天UPS电源输出变压器在电路中的作用

　硕天UPS电源输出变压器抗的是什么干扰?

　　硕天UPS电源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、硕天UPS电源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

(a)工频机型UPS供电原理图

(b)高频机型硕天UPS电源供电原理图

图1 硕天UPS电源供电原理方框图

　　硕天UPS电源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，不论是高频机型硕天UPS电源，还是工频机型硕天UPS电源，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。既然工频机型硕天UPS电源的逆变器需要保护，那么按照变压器宣传者的理论，高频机型硕天UPS电源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硕天UPS电源在近三年间装机从250kVA到600kVA近300台无一逆变器损坏的例子，这在工频机型硕天UPS电源中也是罕见的。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。所以工频机型硕天UPS电源的输出变压器在这里并不是起保护作用的环节。

　　三、工频机型硕天UPS电源输出变压器抗的是什么干扰?

　　前面已经讨论了工频机型硕天UPS电源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两点表示硕天UPS电源的输出端，就在AB这两点，硕天UPS电源输出电压硕天UPS电源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：

Principle block diagram of power supply system for SUOTAN UPS. Because what we are talking about here is the output transformer, there is no rectifier involved. As can be seen from Fig. 1 (a), the purpose of transformer anti-interference is to protect the front inverter and the back load circuit. That is to say, the transformer can prevent the disturbance from the inverters to damage the load circuit, or the disturbance from the loads to damage the inverters. There is no third but the two.

Firstly, it is explained that the inverters and loads of the high-frequency and power-frequency ShuoTian UPS power supply are the same under the same specifications. Since the inverters of power-frequency Shuotian UPS power supply need to be protected, according to the theory of transformer propagandists, the inverters of high-frequency Shuotian UPS power supply are not protected because there is no transformer isolation, so they should be damaged by load interference, that is, they should be damaged frequently. The practice proves that the inverter has not been damaged and has been working very well. For example, in the past three years, a brand of high-frequency UPS power supply has been installed from 250 kVA to 600 kVA without any inverters damaged, which is also rare in the power supply of high-frequency UPS. As for the load, it is only the power unit, which does not transmit interference to the inverters, and it can not be delivered. Moreover, the inverter is not a source of interference. On this point, you may as well use an oscilloscope to measure it to see clearly. Therefore, the output transformer of power-frequency Shuotian UPS power supply is not a protective link here.

3. What kind of interference does the output transformer of power supply of Shuotian UPS withstand?

The output transformer of power frequency Shuotian UPS power supply has been discussed before. Since it is not a protective link here, what is the purpose of its anti-interference? The real question is whether the transformer is really anti-interference here. Fig. 5 shows the power supply circuit schematic diagram of power frequency UPS. The AB points in the figure indicate the output terminal of the SUOTAIN UPS power supply. At the AB points, the waveform distortion of the SUOTAIN UPS power supply should be less than 5% (which is the requirement of the index), which is a good sinusoidal wave, as shown in the figure. But at the load end, the waveform of voltage UL is distorted. How is this distortion formed? It is well known that the working current IL at the load end corresponds to the pulse current at the peak of sinusoidal voltage. Although the output AB of UPS is a good sinusoidal wave, there is a certain distance between the power supply and the load end, and the cable has impedance, so the length of the cable determines the impedance RW. :

　　(1)

图2 硕天UPS电源供电线路电原理图

　　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，硕天UPS电源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，这就是硕天UPS电源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!没有输出变压器的高频机型硕天UPS电源在这里也是这个一模一样的波形，不就更能说明问题了吗。

　　所以说，硕天UPS电源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、高频机型硕天UPS电源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，从两种硕天UPS电源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，就必须让高频机硕天UPS电源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，换言之，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) 高频机型硕天UPS电源供电系统原结构

(b)加隔离变压器后的高频机型硕天UPS电源供电系统

图4 高频机型硕天UPS电源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，硬要从当中割断而修一座桥。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。硕天UPS电源也是这样：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，当多机并联式，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) 有输出变压器的硕天UPS电源并联原理图

(b)没有输出变压器的硕天UPS电源并联原理图

图5 有和没有输出变压器的硕天UPS电源并联情况

　　从图5(a)可以看出，两个硕天UPS电源变压器次级电压由于各种参数的差异是不一样的，这就导致了环流，而且由于这个环流路径上没有任何障碍，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硕天UPS电源就不同了，即使有和变压器相同的电压差，由于路径上的重重障碍，早把这点电压吃掉了

高频机硕天UPS电源取代工频机UPS是必然的。但由于从工频机硕天UPS电源到高频机硕天UPS电源是一个技术上的飞跃，没有一定的技术实力很难登上这个台阶，这就需要有一个过度时期。在这期间一些工频机UPS制造者把匆忙仿造的不成熟的产品推向市场，破坏了高频机 UPS的声誉，误导了一些用户。看来这些厂还得靠工频机 UPS维持市场，再加之一些用户对工频机UPS的感情和对高频机硕天UPS电源的不明真相，工频机产品市场还可以延续一段时间。在此期间工频机UPS制造者一定要加紧步伐推出高频机产品。不要被一些误导言论所左右，那样会吃亏的。

　　比如在前两年有的撰稿说高频机UPS有几大致命弱点，所谓致命就是不可克服的，并声言“时至今日UPS业界还没制造出200kVA以上的可靠的高频机UPS”。

　　现在又有了新的宣传：有的地方用高频机硕天UPS电源，有的地方还得用工频机UPS，原因是“高频机UPS不如工频机UPS耐冲击”。此种说法一出，又使一些用户陷入五里雾中。到底这种说法有无根据呢?

　　二、冲击的来源和耐冲击的机理

　　1、冲击的来源

　　冲击来自两个方向，一个是输入端，一个是负载端，空间干扰可以忽略，因为机器都是金属外壳，又加之都是室内，而且上述的宣传也是指的输入和输出。

　　首先看输入冲击，输入一般情况下是电网的波动，这是一种慢变化，不能称其为是冲击。再就是附近有什么大的设备在启动和停止时对电网形成一定的冲击，但一般幅度不大，强度也不大，最严重的是雷电感应浪涌电压的冲击。这种雷电电压的前沿可小到1s以下，可导致可控硅整流器导通。

　　硕天UPS电源对这种浪涌电压的冲击耐力如何呢?这可从它们的电路结构来分析。图3示出了两种三相(单相也一样)电路的主电路原理图。从图中可以看到，两种电路的输入整流器前面都有一个前置滤波器，其功能就是抑制输入干扰的。从图3(b)可以看出，高频机硕天UPS电源的输入电路除了有一个前置滤波器外，由于高频整流器的需要，在整流器前面有多了一个串联电感。这个电感除了是高频整流器的的构成部分外，对抗冲击干扰也会起到积极作用，因为电感的作用就是反抗电流的突然变化，就是抗冲击。因此在耐输入冲击上比工频机硕天UPS电源有多了一级保险，显然就不能说在这个方向上的耐冲击能力比高频机硕天UPS电源强，而是比它弱。

What is the impact endurance of SUOTAN UPS power supply to this surge voltage? This can be analyzed from their circuit structure. Fig. 3 shows the main circuit schematics of two three-phase (single-phase) circuits. As can be seen from the figure, there is a pre-filter in front of the input rectifiers of the two circuits, whose function is to suppress the input interference. As can be seen from Figure 3 (b), besides a pre-filter, there is a series inductance in front of the rectifier in the input circuit of the high frequency UPS power supply. This inductor is not only a part of high frequency rectifier, but also plays a positive role in resisting impulse interference, because the function of inductor is to resist the sudden change of current, that is, to resist impulse. Therefore, in terms of input shock resistance, there is a level of insurance more than the power frequency machine Shuo Tian UPS power supply. Obviously, it can not be said that the impact resistance in this direction is stronger than the high frequency machine Shuo Tian UPS power supply, but weaker than it.

(b)一般高频机UPS的主电路结构原理图

图3 两种硕天UPS电源的主电路结构原理图

　　再看来自负载端的冲击，这种冲击不外乎这三种形：

　　正常的脉冲工作方式、负载电流的突然变化和负载端突然短路。

　　A. 正常的脉冲工作方式可有硕天UPS电源输出电压的峰值系数解决，一般这个值为31就可以满足负载的要求了，而这个值是一般硕天UPS电源都可以达到的。

　　B. 负载电流的突然变化

　　也就是说单机房中大部分或全部用电机器突然同时满载工作向电源索要电流，这就出现一个超过额定值的电流冲击，如果这个电流脉冲持续时间长，根据硕天UPS电源的过载能力，一般是过载到125% 10min，150% 30s，就将负载切换到旁路。如果这个脉冲持续时间很短，就有逆变器直接提供。那么这两种硕天UPS电源谁能耐这种冲击呢?那就看一下电源的原理结构。

　　电源分为电压源(也称稳压源)和电流源(也称稳流源)如图4所示，就是电压源的电原理图。图中E是电源的电动势，是稳定不变的;I是电源流过负载的电流，U1是负载R两端的电压， r(ZU )是电源的内阻(阻抗)。负载两端的电压为

　　一般这个电压要求是稳定不变的，但从上式中看到负载R是一个变量，R的变化也导致了电流I的变化，这样一来负载端的电压就无法稳定了。于是人们想，如果后面一项

　　就可以使

　　电压就稳定了。如果能使内阻

　　就可做出稳压源。使内阻等于零的方法只有电子电路才可以做出这样的调整。硕天UPS电源和其它用电路调整的电源就是这样一种文雅装置。所有电压源的一个重要指标就是输出电压的动态性能。动态性能越好，输出电压越稳定。对硕天UPS电源而言其动态稳定性的指标就表现在对输出电压波形失真度的要求，对线性负载要求小于或等于3%，对非线性负载要求小于或等于5%。

　　而这样的指标无论工频机硕天UPS电源还是高频机硕天UPS电源都可以达到。

　　所以耐负载冲击是一切电压源的基本性能。不过由于工频机硕天UPS电源多了一个输出变压器，而变压器的内阻是不可调整的、固定的，所以其内阻要比高频机硕天UPS电源大一些。有的认为多了变压器还多了一项抗干扰能力，说变压器抗干扰是一个大误区，只有非线性和惯性器件才能抗干扰。为了减小变压器对电源内阻的影响，在绕制的时候要尽量减小其漏感，因为漏感会影响动态性能。至于抗干扰变压器那是另一回事，这里谈的是UPS的输出变压器。

　　至于说工频机硕天UPS电源能抗短路，无异于说工频机硕天UPS电源的内阻抗大，再说工频机硕天UPS电源的输出变压器能分辨哪是短路哪是正常工作的大电流脉冲吗?这都是想象的，没有根据的。

　　有的可能问：既然高频机硕天UPS电源耐冲击能力不比工频机硕天UPS电源差，那么为什么冲坏的都是高频机硕天UPS电源呢?首先要问：这种说法是由哪里传出来的，再问何以证明高频机硕天UPS电源是被冲坏的，损坏的高频机UPS是什么品牌，花多少钱买的…这些不能一概而论。据笔者所知损坏的这些高频机UPS大都不是成熟的产品，是匆忙仿造的或刚出世不久没有经过时间考验的赝品。大都是质量问题。比如一个制造商既生产工频机UPS又生产同容量的高频机UPS，而且又首推工频机硕天UPS电源，那么他的高频机UPS就不可靠。这和专门制造高频机UPS的厂家在产品质量上区别很大。这和工频机UPS一样，质量好的产品可靠性高，但价格也高。有些用户既要低价产品又要可靠性高，出了问题又怨天怨地怨产品!

　　话又说回来，工频机硕天UPS电源损坏者也不在少数。笔者近几年接触的真正被冲击坏的进口名牌工频机UPS也很严重。如图5所示就是相信工频机UPS耐冲击而损坏的例子。该系统

　　是由进口5台150kVA UPS组成的4+1供电系统，系统输出端除直接带一部分负载外，还接了一台300kVA的变压器。如图5所示，变压器的后面又带了负载。不知何时变压器所带负载没工作，于是就将变压器输入开关断开了。突然有一天市电停电，正在电池工作状态时，有人将变压器开关闭合，众所周知，变压器启动时有一个电流冲击，合闸后不到5s电池组起火、逆变器汇流排烧毁，烧毁100AH电池70余节!

　　图6所示为某国家质检单位UPS供电系统图，系统采用了双总线供电方案，每一路由2台200kVA 容量的UPS做1+1连接。供电系统在正常工作中，前面有人将开关闸刀由市