隔離變壓器在UPS中的設(shè)置
發(fā)布時(shí)間：2023-07-28 11:34
摘要
隔離變壓器在UPS中不作為標(biāo)準(zhǔn)配置產(chǎn)品，所以在UPS選購時(shí)，須根據(jù)實(shí)際的需求額外提出。隔離變壓器的設(shè)置位置不同，起到的作用也會(huì)不同。
關(guān)鍵詞不間斷電源隔離變壓器設(shè)置
隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的項(xiàng)目中均涉及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備要求高質(zhì)量的、不間斷的電源。UPS正是可以給負(fù)載提供不間斷、干凈、穩(wěn)定、無頻率突變、抗干擾、全天候、高質(zhì)量、正弦波電源的設(shè)備。隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，新產(chǎn)品的不斷開發(fā)、新技術(shù)的應(yīng)用，使得UPS的性能越來越完善。而隔離變壓器作為UPS的主要元器件之一，在UPS中的設(shè)置相對(duì)較為靈活，其在UPS中的不同位置起到的作用也將大為不同。
1UPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
UPS的中文意思是不間斷電源，主要由整流器、逆變器、蓄電池組、靜態(tài)旁路開關(guān)、手動(dòng)旁路開關(guān)、隔離變壓器等組合構(gòu)成，其構(gòu)成原理如圖1所示。整流器、逆變器、蓄電池組、靜態(tài)旁路開關(guān)、手動(dòng)旁路開關(guān)在UPS中的位置相對(duì)固定，而隔離變壓器的位置設(shè)置會(huì)根據(jù)UPS的功能需求不同而不同。大部分UPS廠家將隔離變壓器的配置作為選配件。那么，在工程項(xiàng)目中該如何根據(jù)項(xiàng)目的需求來確定選配、設(shè)置隔離變壓器，筆者根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)隔離變壓器設(shè)置的位置及其作用，供同仁參考。
2隔離變壓器位置的設(shè)置
隔離變壓器的設(shè)置位置需要根據(jù)系統(tǒng)的功能需求確定，通常可在以下三個(gè)位置設(shè)置：
a.整流器輸人端設(shè)置隔離變壓器，見圖2；
b.旁路輸人端設(shè)置隔離變壓器，見圖3；
c.逆變器輸出端設(shè)置隔離變壓器，見圖4。
3隔離變壓器設(shè)置的作用
隔離變壓器在UPS中起到的主要作用可以歸納為：改變系統(tǒng)接地形式、提升輸出電壓、抑制共模電壓干擾、抑制對(duì)上游配電系統(tǒng)的3次諧波干擾。
3.1改變系統(tǒng)接地形式
采用脈沖整流、IGBT逆變方式的UPS，由于采用的是全橋變換器，其經(jīng)過逆變器的輸出回路是不帶中性線的。一般來說，UPS的負(fù)載通常必須具有中性線，因此，該UPS的輸出電壓不能直接接至負(fù)載，必須在UPS逆變器的輸出端增加中性線。通過在UPS逆變器的輸出端增加“三角-星”隔離變壓器，便可在輸出端增加中性線，從而改變系統(tǒng)的接地形式。
設(shè)置在逆變器輸出端的隔離變壓器同時(shí)還起到了逆變器與用電設(shè)備的電氣隔離的作用。
3.2提升輸出電壓
采用脈沖整流、IGBT逆變方式的UPS，整流器將市電轉(zhuǎn)換為直流電源，400V直流電源經(jīng)PWM脈寬調(diào)制后，相電壓只有180V。因此，在逆變器的輸出端需設(shè)置變比為1：1.22的輸出隔離變壓器，以便將180V脈寬調(diào)制波提升到輸出相電壓幅值220V。
3.3抑制共模電壓干擾
在電氣設(shè)備的電源回路中，由于三相負(fù)荷的不平衡導(dǎo)致中性線和PE線間存在著電位差，這是因中性線通過三相不平衡電流產(chǎn)生的電壓降而引起的。電子信息設(shè)備的信號(hào)電壓和邏輯電壓只有幾伏，如果此電壓降過大將使電子信息設(shè)備不能正常工作，此電壓降被稱作共模電壓干擾。設(shè)置隔離變壓器將輸入電源與輸出電源電氣隔離，其二次繞組另起一電源系統(tǒng)給電子信息設(shè)備供電，則中性線與PE線間的電位差在此處又從0V開始，共模電壓干擾可有效地降低。
3.4抑制對(duì)上游配電系統(tǒng)的3次諧波干擾
當(dāng)用電負(fù)荷中熒光燈、節(jié)能燈、辦公設(shè)備等產(chǎn)生3次諧波的設(shè)備較多時(shí)，采用三角-星接法的隔離變壓器，可抑制3次諧波對(duì)上游配電系統(tǒng)的影響。
4隔離變壓器設(shè)置位置的探討
從UPS的工作原理圖中可以看出，UPS的供電回路一般有整流、逆變及旁路回路。只有將UPS中的整流、逆變及旁路回路均進(jìn)行電氣隔離，才能完全做到UPS輸入與輸出的電氣隔離。
4.1采用脈沖整流、IGBT逆變方式的UPS
采用脈沖整流、IGBT逆變方式的UPS，由于其逆變輸出電源沒有中性線，且其電壓不能達(dá)到正常供電的需求。因此，對(duì)于該類型的UPS，為了增加中性線及提升輸出電壓，在逆變器的輸出端設(shè)置隔離變壓器是必須的。另外，還可在旁路輸入端設(shè)置隔離變壓器，以達(dá)到旁路回路電氣隔離的目的。其中，設(shè)置在逆變器輸出端的隔離變壓器的變比一般為1:1.22，且該變壓器必須緊跟著逆變器設(shè)置。對(duì)于旁路輸入端設(shè)置的隔離變壓器，要做到靜態(tài)旁路及手動(dòng)旁路同時(shí)隔離，則需在其共同的輸入端設(shè)置隔離變壓器，該隔離變壓器的變比為1：1，見圖5。
4.2采用IGBT整流、IGBT逆變方式的UPS
由于可控硅整流是通過斬波的方式來實(shí)現(xiàn)的，也就是說，得到恒定的輸出電壓的代價(jià)就必定需要犧牲部分能量，并會(huì)產(chǎn)生諧波干擾。目前市場(chǎng)上通常使用的12脈沖整流裝置的UPS，其輸入功率因數(shù)最大約為95%，電流諧波輸入畸變率THD,值通常在10%~15%。隨著IGBT技術(shù)的發(fā)展，IGBT技術(shù)也逐漸應(yīng)用到整流器。IGBT整流利用高頻切換脈寬調(diào)制技術(shù)獲得穩(wěn)定的直流電，因此可以得到較高的輸入功率因數(shù)(大于99%，接近于1)，同時(shí)也最大限度地降低了電流諧波輸入畸變率THD，值（<5%)?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)，采用IGBT整流技術(shù)的UPS也越來越多地被應(yīng)用。
對(duì)于目前市場(chǎng)上推出的采用雙ICBT(即整流裝置及逆變裝置均采用ICBT元器件的設(shè)備）的高頻UPS，由于其已具有DC/DC升壓環(huán)節(jié)，其輸出側(cè)不再必須加裝升壓變壓器。又由于采用了雙IGBT的方式，所以逆變器輸出端已帶有中性線，可以滿足對(duì)負(fù)載供電的要求。如此一來，對(duì)于采用雙IGBT的高頻UPS配置隔離變壓器也就成了選配件。
從消除共模干擾及濾除3n次諧波的作用考慮，對(duì)于采用雙IGBT的高頻UPS，通常在逆變器的輸出端及旁路的輸入端設(shè)置隔離變壓器。
采用雙IGBT的高頻UPS，在逆變器及旁路的共同輸出端設(shè)置一個(gè)隔離變壓器(如圖6所示）。從理論上說，可以起到供電電網(wǎng)與用電設(shè)備的電氣隔離作用。但是，由于此時(shí)的隔離變壓器沒有被旁路，當(dāng)該隔離變壓器出線故障或需維修時(shí)，系統(tǒng)不得不斷電，因此降低了供電的可靠性。
5總結(jié)
雖然隔離變壓器在UPS的選購中是選配件，但其在UPS系統(tǒng)中起到了非常重要的作用，隨著設(shè)置位置的不同，其功能也大不相同，見下表。(https://zhidao.baidu.com/question/499770461089021492.html?mid_exp=1)
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