分析干式变压器在工频机不间断电源输出电路中
1.前言根据历史发展规律,目前正处于高频不间断电源取代工频不间断电源的过渡时期。在此期间,以前没有被人们注意到的输出干式变压器成为“热门商品”。主要是据说这种干式变压器能抗干扰。因此,不仅工频不间断电源的干式变压器稳定了抗干扰功能,而且在输出端还必须增加取消了干式变压器的高频不间断电源。这样一来,在人们的印象中,好像高频UPS取消干式变压器是一种盲目的浪费时间,却成了技术上的落后产品。可见宣传多么吸引人!难怪有些用户对没有输出干式变压器的高频UPS持怀疑态度:没有干式变压器就没有抗干扰!
如果以上宣传属实,高频UPS真的没有立足之地。可惜UPS输出干式变压器能抗干扰,意思就是“不瞄准”!为了说明这个问题,先先解决以下问题:
输出干式变压器抗干扰的目的是什么?
UPS输出干式变压器抗什么干扰?
不间断电源输出干式变压器电路有干扰吗?
这些问题搞清楚了,结论就出来了。
二、UPS输出干式变压器抗干扰的目的是什么?
这个问题很好回答。抗干扰的目的是保护设备和电路不受损坏。图1显示了两种
(一)工频不间断电源供电原理图
(二)高频不间断电源原理图
图1不间断电源供电原理框图
不间断电源供电系统原理框图。因为我们说的是输出干式变压器,不涉及整流器。从图1(a)可以看出,干式变压器的抗干扰目的是保护前逆变器和后负载电路。也就是说,这种干式变压器可以防止来自逆变器的干扰损坏负载电路或者来自负载的干扰损坏逆变器。除了两个没有第三个。
先先,无论是高频UPS还是工频UPS,在规格相同的情况下,两个逆变器都是一样的,负载也是一样的。由于工频UPS的逆变器需要保护,根据干式变压器的宣传者理论,高频UPS的逆变器由于没有被干式变压器隔离,所以没有被保护,所以应该是被负载干扰损坏,也就是说应该是经常损坏。实践证明,逆变器没有损坏,一直工作得还不错。比如某品牌高频UPS近三年安装了250kVA到600kVA的逆变器近300台,这在工频UPS中也是少见的。至于负载,只是一个耗电单元,不传输干扰给逆变器,不能传输。另外,逆变器不是干扰源。关于这一点,你不妨用示波器测量一下,看清楚。所以工频UPS的输出干式变压器在这里不是保护环节。
3.工频型号UPS输出的干式变压器抗什么干扰?
这里已经讨论过工频UPS的输出干式变压器不是保护环节,那么它的抗干扰目的是什么?真正的问题是:这里的干式变压器真的抗干扰吗?图5是工频不间断电源供电线路的电气原理图。图中的两点AB代表UPS的输出端。在这两点AB,UPS输出电压UUPS的波形失真一般应该小于5%(这是指标的要求),是一个很好的正弦波,如图。但是当涉及到负载时,电压UL的波形是失真的。这种扭曲是如何形成的?众所周知,负载端的工作电流IL是正弦波电压峰值对应的脉冲电流。虽然UPS的输出端AB是很好的正弦波,但是电源和负载端之间有一定的距离,电缆有阻抗,所以电缆的长度决定了阻抗RW的大小: #p#分页标题#e#
(1)
图2不间断电源供电线路电气示意图
其中RW-一定长度L下电缆的阻抗
r—电缆材料的电阻率
L—电缆长度
电缆负载电流引起的脉冲压降;
URw=ILRW (2)
因此,负载端的电压为:
UL=UUPS-ILR (3)
从公式(1)可以看出,由于RW大,负载端的脉冲压降很大,从UPS输出的正弦波中减去该线路上的脉冲压降后,形成失真波形。而在AB两端,由于l=0,RW=0,这里的电压波形还是很好的正弦波。
也就是说,在干式变压器的输入端,逆变器发出的是规则的PWM波形而不是干扰,不需要干式变压器来抵抗。负载端的失真波形是负载正常运行留下的阴影,不是干扰,不能传递到干式变压器的输出端,所以这里没有干式变压器需要抵抗的干扰。换句话说,干式变压器的输入和输出两端都没有干扰。这是UPS输出电压的原貌,不是干式变压器的功劳。必须说这里有抗干扰,所以不是针对什么都没有!UPS这种没有输出干式变压器的高频型号,这里也是同样的波形,更能说明问题。
因此,UPS的输出干式变压器除了变换和产生零点外,在其位置上没有做第三件事。
第四,高频UPS加输出隔离干式变压器是“画蛇添足”
无论在理论上还是在实际应用中,都可以看出,这条线路从两个UPS的输出端到负载端的供电效果是完全一样的:有干式变压器,没有干式变压器,这是不争的事实。既然如此,为什么还要加上这种隔离干式变压器呢?这主要是那种“干
式变压器可抗干扰”的误导宣传起了作用。为了巩固干式变压器可以抗干扰的的神话地位,就必须让高频机UPS也要加上这个干式变压器,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,再说干式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干式变压器,岂不是“画蛇添足”!(a) 高频机型UPS供电系统原结构
(b)加隔离干式变压器后的高频机型UPS供电系统
图4 高频机型UPS加隔离干式变压器和不加隔离干式变压器时的电原理图
加这个干式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。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!#p#分页标题#e#
另外一个危害就是如果加了这个干式变压器,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) 有输出干式变压器的UPS并联原理图
(b)没有输出干式变压器的UPS并联原理图
图5 有和没有输出干式变压器的UPS并联情况
从图5(a)可以看出,两个UPS干式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;没有干式变压器的高频机型UPS就不同了,即使有和干式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。
来源:比特网