剖析工频机UPS输出变压器在电路中的作用

　一、前言

根据历史的发展规律，当前正值高频机型UPS替代工频机型UPS的过渡时期，在这个时期，以前一直不被人们注意的输出变压器现在竟成了“抢手货”。主要原因是：据说这个变压器可以抗干扰。所以不但工频机型UPS的这个变压器稳固了抗干扰功能，就是已经取消了这个变压器的高频机型UPS也必须在输出端再给加上去。这样一来，在人们的印象中就好像高频机型UPS取消变压器的做法是瞎耽误工夫，反而成了技术落后的产品。可见宣传的“魅力”有多大!难怪一些用户对没有输出变压器的高频机型UPS抱有怀疑态度：变压器没了就不抗干扰了!

　　如果上述的宣传是真理，那么高频机型UPS就真地没有立锥之地了。可惜的是UPS输出变压器可以抗干扰”说法是“无的放矢”!为了说明这个问题，先解决以下几个问题：

　　输出变压器抗干扰的目的是什么？

　　UPS输出变压器抗的是什么干扰？

　　UPS输出变压器在电路中是否有干扰可抗？

　　这几个问题搞清楚了，结论也就出来了。

二、UPS输出变压器抗干扰的目的是什么？

　　这个问题很好回答，抗干扰的目的就是为了保护设备和电路不受损害。图1示出了两种

(a)工频机型UPS供电原理图

(b)高频机型UPS供电原理图

[$page]　　图1 UPS供电原理方框图

　　UPS供电系统原理方框图。因为这里谈的是输出变压器，所以不涉及整流器。从图1(a)中可以看出，变压器抗干扰的目的就是为了保护前面的逆变器和后面的负载电路。就是说这个变压器可以防止逆变器出来的干扰去损害负载电路，或者是负载出来的干扰去损害逆变器。除此二者外没有第三。

　　首先说明，不论是高频机型UPS，还是工频机型UPS，在相同规格的情况下，此二者的逆变器是一样的，负载也是一样的。既然工频机型UPS的逆变器需要保护，那么按照变压器宣传者的理论，高频机型UPS的逆变器因没有变压器隔离，就不受保护，就应该受到负载干扰的损害，即应该频繁地损坏。而实践证明逆变器并未损坏，而且还一直工作很好。比如某品牌高频机型UPS在近三年间装机从250kVA到600kVA近300台无一逆变器损坏的例子，这在工频机型UPS中也是罕见的。至于负载，只是用电单元，不向逆变器输送干扰，而且也送不过去。况且逆变器也不是干扰源。关于这一点，不妨用示波器测一下就可看得清楚。所以工频机型UPS的输出变压器在这里并不是起保护作用的环节。

三、工频机型UPS输出变压器抗的是什么干扰？

　　前面已经讨论了工频机型UPS的输出变压器在这里既然不是起保护作用的环节，那么它抗干扰的目的是什么呢？真正的问题是：变压器在这里是不是真地在抗干扰。图5示出了工频机型UPS的供电线路电原理图。图中的AB两点表示UPS的输出端，就在AB这两点，UPS输出电压UUPS的波形失真一般应小于5%(这是指标的要求)，是一个很好的正弦波，如图中所示。但到了负载端，电压UL的波形就出现了失真，这个失真是如何形成的呢？众所周知，负载端的工作电流IL是对应正弦波电压峰值处的脉冲电流，尽管UPS输出端AB处是很好的正弦波，但电源到负载端有一定距离，而电缆是有阻抗的，所以电缆的长短就决定了阻抗RW的大小：

　　(1)

图2 UPS供电线路电原理图

　　式中 RW —电缆在某长度l下的阻抗

　　r —电缆材料的电阻率

　　l—电缆长度

　　S—电缆截面积

　　XL—电缆在长度l下的电抗

　　负载电流在电缆上形成的脉冲电压降：

　　URw=ILRW (2)

　　所以 负载端的电压就是：

　　UL=UUPS-ILR (3)

　　从式(1)可以看出，在负载端由于RW很大，脉冲压降也很大，UPS输出正弦波减去这个线路上的脉冲压降后，就形成了失真波形。而在AB两端由于l=0，所以RW =0，此处的电压波形仍