UPS高频机与工频机技术与性能之争中的若干概念问题
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实际上,工频机UPS厂商的服务工程师也深谙此中道理,他们在实际安装时毫无例外地都是把输出变压器(UPS逆变端变压器)的零线接在系统零线上,所以“工频机UPS输出隔离变压器有隔离作用”这一概念纯属捏造。 3、工频机UPS输出变压器在系统中没有抗干扰功能 由于变压器的阻抗有一定的感性成分,因而说这个变压器具有一定的抗*作用是可以理解的。但是逆变器输出变压器却不是为抗*而设置的,它的抗*能力也是有限的。 并不是隔离变压器就能抗*,普通线性隔离变压器的抗*能力是有限的。首先,对于输入电压中存在的低频*和电压畸变,变压器不可能也不允许“抗*”,否则通过变压器传输的电压波形就会失真;而对由地线环路带来的设备间的相互高频*有一定的抑制作用,但因绕组间存在的分布电容,使它对共模*的抑制效果随*频率的升高而下降。再者,变压器是靠磁耦合实现原边和副边的电压变换的,因而它也不具备抗差模*的功能。在1kHz～100MHz的*频率范围内,普通线性隔离变压器对共模和差模*的衰减能力都微乎其微。对普通隔离变压器的共模抑制能力的分析表明,要提高对共模*的抑制能力,关键是减小变压器绕组的匝间耦合电容,为此需要在变压器初、次级间加设屏蔽层,而这正是所谓的“超级隔离变压器”,如图6和图7所示。
图6中,C1为初级绕阻与屏蔽层之间的分布电容,C2为次级绕阻与屏蔽层之间的分布电容,Z1为屏蔽层接地阻抗,Z2为负载的对地阻抗,E1为初级*(共模型)电压,E2为E1通过耦合传导到次级的*(共模型)电压。如果C1和C2的阻抗远大于屏蔽层接地阻抗,则偶合传导到次级的*电压E2就会远小于E1。 超级屏蔽隔离变压器有3屏蔽层,靠近初级绕阻的屏蔽层连接在初级中性线上,可以滤掉初级出现的高频差模*。而对50Hz的工频电压则不产生任何影响,靠近次级绕阻的屏蔽层连接在次级中性线上,可以滤掉次级出现的高频差模*。中间屏蔽层则与变压器外壳连在一起,再接大地,主要用来滤掉共模*。 4、工频机UPS输出变压器不具备也不允许有耐负载电流冲击的能力 一种说法是,工频机UPS输出变压器有抗负载电流冲击的能力。我们姑且不说一个线性变压器具有抗负载冲击能力是否有理论根据和实验数据,而仅就UPS输出变压器供电的负载性质而言,也不允许它具备这种能力。UPS输出变压器是直接对IT设备供电的,IT负载的冲击有两种,一是设备开机时的启动电流,二是系统正常运行时设备投入运行的动态电流。特别是正常运行时设备投入运行的动态变化电流,是绝对不允许“抗”和“抑制”的,如果IT设备投入运行时,输入电流有40%的突然增加,为其供电的电源UPS就必须瞬间给出,否则就会影响IT设备的正常运行。 变压器并不储备能量,负载的任何冲击都会传递到逆变器主电路,UPS输出可缓解负载电流冲击对逆变电路影响的器件是可储能并可瞬间给出变化电流的电容,而非输出变压器。 输入无源滤波器影响数据中心备用油机的启动和运行 现代数据中心对供电系统的基本要求是供电的连续性,而要保证连续供电,就必须配备可连续运行的备用柴油发电机。如果数据中心配置了工频机UPS,市电掉电后,会经常发生柴油发电机启动后投入运行失败的问题。根本原因在于,柴油发电机带容性负载的能力很差,而工频机UPS输入无源滤波器在市电掉电后表现出极强的容性特性。 1、容性负载对发电机运行的不利影响 在数据中心供电系统中,柴油发电机是否能正常运行,主要取决于其输出阻抗是否与负载匹配。 发电机依靠电压调节器控制输出电压。电压调节器检测三相输出电压,以其平均值与设定的电压值相比较。调节器从发电机内部的辅助电源取得能量,通常是与主发电机同轴的小发电机,传送DC电源给发电机转子的磁场激励线圈。线圈电流上升或下降,控制发电机定子线圈的磁场(或称为电动势EMF)的大小。 图8所示为发电机输出等效电路,图8(a)为带纯感性负载的简化示意图。图8(b)为带纯容性负载的简化示意图。
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