工頻機(jī)UPS輸出變壓器在電路中是在抗干擾嗎？

——王其英    

    一、前言

    根據(jù)歷史的發(fā)展規(guī)律，當(dāng)前正值高頻機(jī)型UPS替代工頻機(jī)型UPS的過(guò)渡時(shí)期，在這個(gè)時(shí)期，以前一直不被人們注意的輸出變壓器現(xiàn)在竟成了“搶手貨”。主要原因是：據(jù)說(shuō)這個(gè)變壓器可以抗干擾。所以不但工頻機(jī)型UPS的這個(gè)變壓器穩(wěn)固了抗干擾功能，就是已經(jīng)取消了這個(gè)變壓器的高頻機(jī)型UPS也必須在輸出端再給加上去。這樣一來(lái)，在人們的印象中就好像高頻機(jī)型UPS取消變壓器的做法是瞎耽誤工夫，反而成了技術(shù)落后的產(chǎn)品�？梢�(jiàn)宣傳的“魅力”有多大！難怪一些用戶對(duì)沒(méi)有輸出變壓器的高頻機(jī)型UPS抱有懷疑態(tài)度：變壓器沒(méi)了就不抗干擾了！

    如果上述的宣傳是真理，那么高頻機(jī)型UPS就真地沒(méi)有立錐之地了�？上У氖荱PS輸出變壓器可以抗干擾”說(shuō)法是“無(wú)的放矢”！為了說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，先解決以下幾個(gè)問(wèn)題：

    輸出變壓器抗干擾的目的是什么？

    UPS輸出變壓器抗的是什么干擾？

    UPS輸出變壓器在電路中是否有干擾可抗？

    這幾個(gè)問(wèn)題搞清楚了，結(jié)論也就出來(lái)了。

    二、UPS輸出變壓器抗干擾的目的是什么？

    這個(gè)問(wèn)題很好回答，抗干擾的目的就是為了保護(hù)設(shè)備和電路不受損害。圖1示出了兩種

    UPS供電系統(tǒng)原理方框圖。因?yàn)檫@里談的是輸出變壓器，所以不涉及整流器。從圖1（a）中可以看出，變壓器抗干擾的目的就是為了保護(hù)前面的逆變器和后面的負(fù)載電路。就是說(shuō)這個(gè)變壓器可以防止逆變器出來(lái)的干擾去損害負(fù)載電路，或者是負(fù)載出來(lái)的干擾去損害逆變器。除此二者外沒(méi)有第三。

    首先說(shuō)明，不論是高頻機(jī)型UPS，還是工頻機(jī)型UPS，在相同規(guī)格的情況下，此二者的逆變器是一樣的，負(fù)載也是一樣的。既然工頻機(jī)型UPS的逆變器需要保護(hù)，那么按照變壓器宣傳者的理論，高頻機(jī)型UPS的逆變器因沒(méi)有變壓器隔離，就不受保護(hù)，就應(yīng)該受到負(fù)載干擾的損害，即應(yīng)該頻繁地?fù)p壞。而實(shí)踐證明逆變器并未損壞，而且還一直工作很好。比如某品牌高頻機(jī)型UPS在近三年間裝機(jī)從250kVA到600kVA近300臺(tái)無(wú)一逆變器損壞的例子，這在工頻機(jī)型UPS中也是罕見(jiàn)的。至于負(fù)載，只是用電單元，不向逆變器輸送干擾，而且也送不過(guò)去。況且逆變器也不是干擾源。關(guān)于這一點(diǎn)，不妨用示波器測(cè)一下就可看得清楚。所以工頻機(jī)型UPS的輸出變壓器在這里并不是起保護(hù)作用的環(huán)節(jié)。

    三、工頻機(jī)型UPS輸出變壓器抗的是什么干擾？

    前面已經(jīng)討論了工頻機(jī)型UPS的輸出變壓器在這里既然不是起保護(hù)作用的環(huán)節(jié)，那么它抗干擾的目的是什么呢？真正的問(wèn)題是：變壓器在這里是不是真地在抗干擾。圖5示出了工頻機(jī)型UPS的供電線路電原理圖。圖中的AB兩點(diǎn)表示UPS的輸出端，就在AB這兩點(diǎn)，UPS輸出電壓UUPS的波形失真一般應(yīng)小于5%（這是指標(biāo)的要求），是一個(gè)很好的正弦波，如圖中所示。但到了負(fù)載端，電壓UL的波形就出現(xiàn)了失真，這個(gè)失真是如何形成的呢？眾所周知，負(fù)載端的工作電流IL是對(duì)應(yīng)正弦波電壓峰值處的脈沖電流，盡管UPS輸出端AB處是很好的正弦波，但電源到負(fù)載端有一定距離，而電纜是有阻抗的，所以電纜的長(zhǎng)短就決定了阻抗RW的大�。�

圖2  UPS供電線路電原理圖

    式中  RW —電纜在某長(zhǎng)度l下的阻抗

    r —電纜材料的電阻率

    l—電纜長(zhǎng)度

    S—電纜截面積

    XL—電纜在長(zhǎng)度l下的電抗

    負(fù)載電流在電纜上形成的脈沖電壓降：

    URw=ILRW                                                     （2）

    所以 負(fù)載端的電壓就是：

    UL=UUPS-ILR                                （3）

    從式（1）可以看出，在負(fù)載端由于RW很大，脈沖壓降也很大，UPS輸出正弦波減去這個(gè)線路上的脈沖壓降后，就形成了失真波形。而在AB兩端由于l=0，所以RW =0，此處的電壓波形仍然是很好的正弦波。

    就是說(shuō)，在變壓器的輸入端，逆變器送來(lái)的是很規(guī)則的PWM波形而不是干擾，用不著變壓器來(lái)抗，負(fù)載端的失真波形是負(fù)載正常工作后留下的影子，也不是干擾，更不能傳到變壓器的輸出端，所以變壓器在這里沒(méi)有干擾可抗。換言之，這個(gè)變壓器的輸入和輸出兩端根本就沒(méi)有干擾，這就是UPS輸出電壓本來(lái)的面貌，并不是變壓器的什么功勞，非要說(shuō)它在這里抗干擾，這不就是無(wú)的放矢么！進(jìn)一步說(shuō)，UPS的輸出變壓器是一個(gè)一直處在沒(méi)有干擾環(huán)境中的環(huán)節(jié)，怎么就斷定它具有抗干擾的能力呢！沒(méi)有輸出變壓器的高頻機(jī)型UPS在這里也同樣是一個(gè)一直處在沒(méi)有干擾環(huán)境中的環(huán)節(jié)，怎么就沒(méi)有抗干擾的能力呢！就好像兩個(gè)一直生活在高山上的兩兄弟，除了山上的小溪就從來(lái)就沒(méi)有見(jiàn)過(guò)江河湖海，“智者”根據(jù)什么可以斷定其中一個(gè)具有游泳的能力，而另一個(gè)就沒(méi)有這種能力呢？

    所以說(shuō)，UPS的輸出變壓器在它的位置上除了變壓和產(chǎn)生零點(diǎn)外，沒(méi)做第三件事。

    四、高頻機(jī)型UPS加輸出隔離變壓器是“畫(huà)蛇添足”

    不管是從理論上還是實(shí)際應(yīng)用中都可以看出，從兩種UPS的輸出端開(kāi)始到負(fù)載端的這段線路的供電效果是完全一樣的：有變壓器是這樣，沒(méi)有變壓器也是這樣，這是不可辯駁的事實(shí)。既然如此，為什么還要加這個(gè)隔離變壓器呢？這主要是那種“變壓器可抗干擾”的誤導(dǎo)宣傳起了作用。為了鞏固“變壓器可以抗干擾”的的神話地位，“智者”就必須要求高頻機(jī)UPS也要加上這個(gè)變壓器，才可顯示出這種理論的正確性，如圖4（b）所示。可惜的是在UPS輸出端這個(gè)地方?jīng)]有任何一方可以送來(lái)干擾，如前所述，在這里無(wú)任何干擾可抗，再說(shuō)變壓器根本就沒(méi)有抗干擾功能，關(guān)于這一點(diǎn)，筆者在多篇文章和書(shū)籍中早有論述。所以在這里硬要加進(jìn)一個(gè)變壓器，豈不是“畫(huà)蛇添足”！

    加這個(gè)變壓器千萬(wàn)不要理解成是“錦上添花”。錦上添花意味著有它不多，沒(méi)它不少。這里可不一樣，加上它不但“多了”，而且還帶來(lái)了負(fù)面效應(yīng)。就好像一條寬敞平坦的公路，硬要從當(dāng)中挖斷而修一座橋。會(huì)帶來(lái)什么后果呢？增加了車(chē)輛爬坡的汽油消耗量，萬(wàn)一橋面出現(xiàn)情況就會(huì)影響交通，比如突然天降大雪，由于濕滑而導(dǎo)致汽車(chē)爬不上去，即使上去了下坡時(shí)又會(huì)有撞車(chē)的危險(xiǎn)。這就導(dǎo)致了交通中斷。UPS也是這樣：增加了投資和占地面積、增加了功耗和多了一個(gè)故障點(diǎn)。這就是花錢(qián)買(mǎi)不可靠因素，這也是誰(shuí)都不愿做的事情啊！
另外一個(gè)危害就是如果加了這個(gè)變壓器，當(dāng)多機(jī)并聯(lián)時(shí)，就使得本來(lái)沒(méi)有環(huán)流的高頻機(jī)型UPS（如圖5（b）所示），出現(xiàn)了環(huán)流，如圖5（a）所示。 

    從圖5（a）可以看出，兩個(gè)UPS變壓器次級(jí)電壓由于各種參數(shù)的差異是不一樣的，由于面壓器內(nèi)阻是毫歐級(jí)數(shù)值，也會(huì)導(dǎo)致環(huán)流。而且由于這個(gè)環(huán)流路徑上幾乎沒(méi)有任何障礙，即使是很小的電壓差也會(huì)導(dǎo)致可觀的電流；沒(méi)有變壓器的高頻機(jī)型UPS就不同了，即使有和變壓器相同的電壓差，由于路徑上的重重障礙（如圖（b）中虛線所示），早把這點(diǎn)電壓吃掉了。因此，高頻機(jī)型UPS的并機(jī)環(huán)流就不用去考慮�！�