工頻機UPS輸出變壓器的真正作用

圖7 全橋變換器輸出加隔離變壓器的情況

    （2）工頻機輸出隔離變壓器的第二作用——變壓

    在一般小功率UPS中，為了節省成本，一般用的電池電壓不高，圖8就是一個電池電壓用60V的例子，當然常用的電池電壓規格很多，24V，36V，48V，192V，240V，等等。對于單相UPS來說輸出電壓有效值多為220V，分正負半波，半波的峰值是有效值的1.414倍，即220V´1.414=310V，正負半波的峰峰值就是620V，如圖8所示。由60V到620 V有10倍之差，不用變壓器是無法實現的，所以這個輸出變壓器的第二功能是變壓。

    所以UPS輸出變壓器的功能就是兩個：產生隔離接地點和變壓。

    2.UPS變壓器不具備抗（抑制）干擾和緩沖短路的功能

    那么，上述變壓器是否有抗干擾的功能呢？回答是否定的，而且也不允許其抗干擾。這里所謂的干擾只能來自負載，UPS的逆變器是不產生干擾的。負載對電壓源的要求是：輸出端動態性能一定要好，即動態內阻一定要小，這樣電源的輸出才能適應負載的變化，不允許有慣性。只有慣性環節才有抗干擾能力，變壓器不是電抗器，在正常工作時是線性的，不失真地傳遞信號，所以不具備抗干擾能力。那么從結構原理上又如何解釋呢？圖9示出了這種變壓器的結構原理圖。從圖9（a）的變壓器原理圖可以看出，普通電源變壓器都有初級和次級，而且都是一層層用漆包線繞成的，如圖9（b）的變壓器結構剖面圖所示。就是說，變壓器是由繞在鐵芯上的一層層銅漆包線構成，初級和次級也是這樣，兩層漆包線之間都墊有絕緣層，這樣一來，每層繞組就構成一個導體平板，兩層繞組之間就構成了一個平板電容器，進而在初次級繞組之間就形成了一個等效電容器C，如圖9（b）所示。在初次級繞組之間也就形成了一個容抗X_C，其數值的大小為：

圖9 變壓器結構原理圖

    式中：  X_c是等效電容的容抗，單位是歐姆（W）

    C是等效電容的容量，單位是法拉（F）

    f是干擾信號頻率，單位是赫茲（Hz）

    從式（1）中可以看出，電容的容抗和干擾信號的頻率成反比，而一般干擾信號的頻率很高，可以從幾千赫茲到幾十兆赫茲，尤其是各種形式的噪聲、尖峰等。但這些干擾到來時可以很順利地由初級通過電容C傳到次級。但浪涌到來時，由于其能量很大且頻率很低（可以到數個工頻周波），這時候變壓器就可以按照固有的變比將其傳導過去。

    有人說這個變壓器可以緩沖負載的短路，這也是沒有根據的。因為變壓器不是智能環節，根本無法判斷負載是短路還是短期的大負荷工作。圖10給出了IEC發布的PC機典型工作電流波形，從圖10（a）中可以看出，當機房中所有設備正常工作時，它們向UPS索取的最大電流值是分散的，所以從電源的電表上看負載不大，比如平時的負載也就是60%左右，但有時也會切換到旁路上去，有時是幾秒鐘，有時是幾分鐘。UPS所以會轉旁路，在正常情況下是因為過載，但過載時間超過設定值時就會轉旁路，過載消失后又切換回來。這是什么原因呢？從圖10（b）可以看出，但機房中所有或大部分計算機正巧在某一刻都工作在最大電流值時，負載量會變得很大。比如原來每臺負載的最大電流峰值是100A，正常時由于分散，負載變得很平和；一旦同步取最大值時比如500A，如果時間超過UPS允許的界限就會轉旁路。假如變壓器可以抗干擾和緩沖負載的突然變化，試問此時應當認為是干擾給抗掉呢還是當成短路給緩沖呢？要知道低于單機電流峰值的的干擾由于被負載淹沒是不需要抑圖10  設備系統不同工作狀況下的UPS的負載情況制的，只有抑制那些高于峰值電流的干擾才有意義。現在圖10（b）的電流峰值數倍于平時，不論是被變壓器緩沖還是抑制都會造成用電系統的停機！這樣的電源還有人敢用嗎！實際上變壓器一不能分辨干擾，也不能分辨短路，更沒有所謂“緩沖”和“抑制”的功能。

    例：北京某電子公司機房采用了150kVA´5臺帶有輸出變壓器的工頻機UPS，構成了4+1冗余系統。一天外電網停電，UPS工作在電池模式，此時突然有人合上了輸出端300kVA的變壓器，負載變壓器瞬間的短路啟動電流竟導致了一場災難：70多節100Ah電池被燒毀，如果UPS的輸出變壓器若能“緩沖”一下，負載變壓器的瞬間短路也就頂過去了!認為變壓器具有上述功能的誤區在于把變壓器當成了電感，當成了扼流圈，當成了慣性器件。