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產品知識

隔離變壓器在UPS中的設置

隨著計算機網絡技術的飛速發展,計算機網絡被應用在越來越多的項目及設備中。計算機網絡設備的電源要求高質量、不間斷。因此UPS正是可以給負載提供不間斷、干凈、穩定、無頻率突變、抗干擾、全天候、高質量、正弦波電源的設備。隨著數字化技術的發展，新產品的不斷開發、新技術的應用，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中的設置相對較為靈活，其在UPS中的不同位置起到的作用也將大為不同。
1.UPS電路結構
UPS主要由整流器、逆變器、蓄電池組、靜態旁路開關、手動旁路開關、隔離變壓器等組合構成，其構成原理如圖1所示。

    整流器、逆變器、蓄電池組、靜態旁路開關、手動旁路開關在UPS中的位置相對固定，而隔離變壓器的位置設置會根據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，在工程項目中該如何根據項目的需求來確定選配、設置隔離變壓器。
2.隔離變壓器位置的設置
隔離變壓器的位置設置需要根據系統的功能需求確定，通常可在以下三個位置設置：
a.整流器輸入端設置隔離變壓器；
b.旁路輸入端設置隔離變壓器；
c.逆變器輸出端設置隔離變壓器。
3.隔離變壓器設置的作用
  隔離變壓器在UPS中起到的主要作用可以歸納為：改變系統接地形式、提升輸出電壓、抑制共模電壓干擾、抑制對上游配電系統的3次諧波干擾。
(1)改變系統接地形式
    采用脈沖整流、IGBT逆變方式的UPS，由于采用的是全橋變換器，其經過逆變器的輸出回路是不帶中性線的。一般來說，UPS的負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-星型”隔離變壓器，便可在輸出端增加中性線，從而改變系統的接地形式。
設置在逆變器輸出端的隔離變壓器同時還起到了逆變器與用電設備的電氣隔離的作用。
(2)提升輸出電壓
采用脈沖整流、IGBT 逆變方式的UPS，整流器將市電轉換為直流電源，400V直流電源經PWM脈寬調制后，相電壓只有180V。因此，在逆變器的輸出端需設置變比為1∶1.22的輸出隔離變壓器，以便將180V脈寬調制波提升到輸出相電壓幅值220V。
(3)抑制共模電壓干擾
在電氣設備的電源回路中，由于三相負荷的不平衡導致中性線和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生的電壓降而引起的。電子信息設備的信號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備不能正常工作，此電壓降被稱作共模電壓干擾。設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給電子信息設備供電，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。
(4)抑制對上游配電系統的3次諧波干擾
當用電負荷中熒光燈、節能燈、辦公設備等產生3次諧波的設備較多時，采用三角-星接法的隔離變壓器可抑制3次諧波對上游配電系統的影響。
4.隔離變壓器設置位置的探討
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行電氣隔離，才能完全做到UPS輸入與輸出的電氣隔離。
(1)采用脈沖整流、IGBT逆變方式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，且其電壓不能達到正常供電的需求。因此，對于該類型的UPS，為了增加中性線及提升輸出電壓，在逆變器的輸出端設置隔離變壓器是必須的。另外，還可在旁路輸入端設置隔離變壓器，以達到旁路回路電氣隔離的目的。其中，設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置。對于旁路輸入端設置的隔離變壓器，要做到靜態旁路及手動旁路同時隔離，則需在其共同的輸入端設置隔離變壓器，該隔離變壓器的變比為1∶1。
(2)采用IGBT整流、IGBT逆變方式的UPS
a.由于可控硅整流是通過斬波的方式來實現的，也就是說得到恒定的輸出電壓的代價就必定需要犧牲部分能量，并會產生諧波干擾。目前市場上通常使用的12脈沖整流裝置的UPS，其輸入功率因數最大約為95%，電流諧波輸入畸變率THDI值通常在10～15(%)。隨著IGBT技術的發展，IGBT技術也逐漸應用到整流器。IGBT整流利用高頻切換脈寬調制技術獲得穩定的直流電，因此可以得到較高的輸入功率因數(大于99%，接近于1)，同時也最大限度地降低了電流諧波輸入畸變率THDI值(<5%)。基于上述優點，采用IGBT整流技術的UPS也越來越多地被應用；
b.對于目前市場上推出的采用雙IGBT(即整流裝置及逆變裝置均采用IGBT元器件的設備)的高頻UPS，由于其已具有DC/DC升壓環節，其輸出側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，可以滿足對負載供電的要求。如此一來，對于采用雙IGBT的高頻UPS配置隔離變壓器也就成了選配件；
c.從消除共模干擾及濾除3n次諧波的作用考慮，對于采用雙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置一個隔離變壓器。從理論上說，可以起到供電電網與用電設備的電氣隔離作用。但是，由于此時的隔離變壓器沒有被旁路，當該隔離變壓器出現故障或需維修時，系統不得不斷電，因此降低了供電的可靠性。

5.總結
雖然隔離變壓器在UPS的選購中是選配件，但其在UPS系統中起到了非常重要的作用，隨著設置位置的不同，其功能也大不相同。

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