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UPS的输出变压器是真在“抗干扰”还是“虚晃一枪”?

发布时间:2022-02-10 发布时间:
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数据中心的供电系统建设也是一个重要的环节,选什么样的UPS供电系统就成了关键。按照国家的节能减排的基本国策,当然高频机型UPS为首选,但传统的耗能的工频机UPS也不肯放弃这个阵地,于是找出了种种理由来说服用户不要买高频机型UPS,这是正常的商场现象。但可惜的是有些人的理由不能说明问题,靠制造“悬念”来误导用户,吓唬使用者,这就不好了。说UPS的输出变压器能抗干扰就是一例。

一、“抗干扰”问题的提出

在早期的UPS资料中也没见着输出变压器有抗干扰的特点和提示。近两年由于高频机型UPS推广面越来越大,这个问题就被提了出来。因为在有些人看来高频机型UPS没有“变压器”,于是就给这个变压器赋予了很多神奇的功能,用以贬低高频机型UPS。有的人把变压器说成可以抗干扰,这又是一个基本概念问题。什么性质的器件可以抗干扰?具有基本电路知识的人都知道,只有非线性器件或惯性器件才能抗干扰。变压器是非线性铁心器材工作在线性区,正因如此,它才使得传输波形不失真。变压器绕组绕制的关键就是力求漏感越小越好,零漏感的最好。一个好的变压器就几乎是一个全线性的装置,线性电路的的特点就是不失真地传输波形——输入是什么波形输出就照样复制,这可以用双踪示波器来检测,一看便知,无需争论。漏感大的变压器影响其正常性能,是劣质变压器,甚至是不合格产品,因为它降低了电源输出电压的动态性能。有人拿着不合格产品负面性能造成的现象当成正事来说就不合适了。而且实际上高频机型UPS也有内置变压器,不过用的是先进的、重量轻、体积小和功能强的电子变压器。

当然,专门的工频机型UPS输出变压器为了从PWM解调出正弦波,有意识地在输出变压器绕制时利用这一点漏感,目的是利用此漏感和变压器后面的电容器构成LC滤波器。但这个漏感很小,以不影响UPS的输出动态性能为度。如果让变压器具有抗干扰性能未免太偏了,这叫“不务正业”。再说它也没有这个本事。不管是想出来的也好、分析出来的也好,在这里就事论事地讨论一下。

UPS的输出变压器为什么抗干扰?抗的是什么干扰?这个问题看起来非常可笑,听起来非常幼稚。是的,既可笑又幼稚。这个问题很容易回答:为了保护设备才抗干扰,抗的是外来干扰。但具体到UPS的输出变压器又是这个问题既不可笑也不幼稚,因为有的就硬这么说。就硬说工频机UPS的输出变压器能抗干扰,而且实践证明效果非常好。还说高频机型UPS就没有这个功能。真是这样吗?先看一下图1的两个图(a)和(b),如果这是两个同样功率的UPS带着同样的负载,众所周知这两个UPS输出端肯定都是很好的正弦波,到了负载端就变成了失真波形,如图16两个图(a)和(b)所示。

抗干扰的目的是什么,是为了保护后面的负载或者是保护UPS前面的逆变器?因为UPS逆变器的输出电压是非常好的正弦波,就是说没有干扰,用不着抗;那只有“抗”来自负载的干扰。但从负载端来的所谓“干扰”正是负载正常工作造成的。因为以往的负载设备多为输入功率因数较低的整流滤波负载,对UPS的输出正弦电压波造成了一定程度的破坏,一般称之为“干扰”,而这个所谓的“干扰”就是负载工作后破坏电压的“结果”。谁都明白这个道理,即这个被破坏电压的结果靠负载端最大,从UPS输出端到负载的距离越远、导线越细、经过的触点越多,这个失真就越大;相反,这个失真在UPS跟前最小,这并不是什么变压器能抗干扰的结果,而是它本来的面目。因为负载端的电压UR等于UPS输出端的电压UO减去电缆上的压降UL,即:

UR=UOUL

于是就出现了负载跟前的失真波形。那为什么不知整个幅度的减小而只是顶部的凹陷呢?

如图1的上下两个图(a)和(b)所示,由于负载整流滤波的作用使得负载的电路向负载索取的不是正弦波电流,而是平均或有效值数倍的脉冲电流,这个电流必然在传输线上与传输线的分布阻抗形成压降,由于脉冲电流只在正弦电压波的峰值附近形成,所以这个压降只在峰值附近形成,到达负载的电压波峰值必须从UO峰值上减去沿路压降值,所以才形成削顶的失真。UPS机柜输出端电压UO的波形取决于UPS内阻的大小,所以负载端的失真大而UPS端的失真小,从上式可以看出,在UPS输出端的接线排上是输出电缆的起点,所以UL等于零。所以UR=UO,这和变压器抗补抗干扰没有任何关系,如前所说这也不是什么干扰,更不是什么变压器抗干扰的结果。而且不论是工频机型UPS还是高频机型UPS,在这方面的结果都是一样的。至于在UPS输出带负载之间电缆上的“毛刺”也是由负载的非线性破坏电压的波形和传输所致,也不是什么所谓的干扰。所以这个变压器在这里除了变压和产生各理解地点外没有任何其它作用。


二、UPS的输出变压器是真在“抗干扰”吗

总之,由于在UPS输出端口这个“干扰”幅度已微乎其微,根本不用抗。抗干扰的目的不外乎要保护什么。在这里和这个输出变压器打交道的只有两个目标:前面的逆变器和后面的用电设备。前面已经知道,这个所谓干扰是负载正常工作后留下的结果,属正常工作范围,所以用不着保护;前面的逆变器跟前都有电容器,而且这里的输出电压正弦波很好,没有所谓“干扰”,也用不着变压器无的放矢。所以这里所大力宣扬的变压器抗干扰其实是“虚晃一枪”,是“无的放矢”。所以在这里所说的抗干扰其实是什么事也没干,守株待兔,白捡了个大苹果。但如果不知道这个原理,也会被这“虚晃一枪”吓一跳!

图2示出了UPS输出电压失真和电缆压降与UPS到负载距离的关系,同时也示出了UPS输出电压顶部削顶幅度和电缆压降与UPS到负载距离的关系。

图2UPS输出电压到达负载的情况与到负载距离的关系示意图

至于输入端加变压器也存在抗干扰的目的和抗什么干扰的问题。在UPS输入端加变压器也无非是保护电网不被破坏,保护UPS不被损害。但可控硅整流器对电网电压的破坏是有目共睹的,不是外加变压器就可解决的,也阻挡不了这个失真波向输入端的传播。从电网来的干扰要比可控硅整流器对电网电压的破坏小得多(雷击除外),一般干扰不了UPS,不过在三角形转星型的变压器结构时倒可以消除从电网来的三次谐波和由UPS方向外传出的三次谐波。

总之,在贬低高频机型UPS的市场上有的宣传者利用所谓“分析”的手段或不合格产品的性能制造出一些所谓“潜在”和“隐患”之类的悬念,吓唬不知真相者;把同样东西的“优点”都贴在工频机型UPS的脸上,将所谓不利的一面都栽在高频机型UPS的头上。想借此将工频机型UPS的市场寿命延长一些时日。作为商家这样做虽然不好,但为了生计也情有可原。但作为学术讨论就有失公允了。尤其是在不了解机器性能的情况下也充当内行,莫须有地制造悬念。当然,这其中不乏是理论水平和基本概念问题,但无论如何误导用户是不应该的。更不应该和当今国家节能减排的政策相违背。


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