通过对有输出变压器和无输出变压器的高频UPS进行技术分析，介绍了输出变压器的频率特性和隔离功能。 介绍了带输出变压器的高频UPS的组成和节能控制、输出变压器对效率曲线形状的影响以及不带输出变压器的输出变压器的预防和隔离功能。 实现抗干扰功能。 通过这些叙述，我们将解释高频UPS中使用或不使用输出变压器的真正技术原因，以纠正一些不正确的说法引起的争论。 输出变压器的使用是节能控制技术的要求，并非传统工频UPS的遗留； 不使用输出变压器实际上是节能技术发展的结果，并没有被淘汰，因为输出变压器没有隔离和抗干扰作用。 相反，输出变压器的频率特性具有很强的隔离和抗干扰作用，而且输出变压器的漏抗对负载突变也有很好的缓冲作用。

UPS的每一次发展和变化几乎都与变压器有关。 近两年，由于高频UPS和工频UPS的争论，工频UPS因市电输入功率因数低、效率低而被淘汰。 高频UPS已成为当前UPS的发展方向。 由于工频UPS采用输出变压器，输出变压器已成为技术落后的标志，已被淘汰。 事实上，工频UPS的落后是由于晶闸管多相相控技术的应用造成的。 与输出变压器无关。 如果用GTO代替晶闸管高频变压器软件，用Udc-PWM控制代替多相相控，用自耦变压器代替输入整流变压器，也可以将工频UPS的性能提高到高频UPS的水平。 。 同时，还可以使开关损耗比高频UPS小30倍[1]。 使用输出变压器的最大缺点是体积大、重量大，但在提高UPS性能方面确实有优势。 例如，可以使UPS负载与市电电源隔离，可以滤除逆变器输出电压中的直流分量等。正是因为如此，国外一些厂家仍在生产带有输出变压器的UPS，而一些用户在我国仍在使用带输出变压器的UPS。如中石化、钢铁、电力、军队等部门

带输出变压器的高频UPS具有以下优点：

可以将负载与市电电源隔离，防止和衰减市电电源中的高压尖峰脉冲、高压毛刺、瞬态过压、浪涌等对负载造成的干扰，增加负载的安全性。负载操作。

可滤除逆变器输出电压中的直流成分

可降低UPS的零地电压

可帮助高频UPS实现节能控制，降低开关损耗50%。

能够缓冲负载突变，提高UPS的运行安全性

但也有人认为工频UPS中输出变压器只是升压并产生三相四线输出的中性线。 无隔离和抗干扰作用，因此在高频UPS中不需要。 不是这种情况。 对市电供电中的高压脉冲、瞬态过电压等对负载造成的干扰具有较强的隔离、阻断和衰减作用。 这种效应是由变压器的频率特性决定的。

输出变压器的频率特性及隔离功能

这里所说的隔离功能是指隔离和防止市电电源中的高压尖峰、尖峰、浪涌、瞬态过电压等对负载的直接冲击。 隔离的意义是防止负载与市电电源火线发生直接电气接触（单个中性线接触不能形成回路，不能产生干扰），即负载与市电火线之间不应有直接导体连接。负载和主电源。 负载所需的工频功率只能通过变压器原、副边绕组之间的电磁耦合来传输。 变压器初级和次级绕组之间的绝缘材料用于隔离市电电源中的高压尖峰和瞬态过电压。 、尖峰、毛刺等被传输到负载。 变压器的这种隔离作用是由变压器参数随工频变化而引起的输出电压衰减特性（即频率特性）形成的。 为了说明这个功能，可以利用变压器的等效电路推导其频率特性进行演示。

作为变压器，一般工作在一定的固定频率下，如工频电力变压器，工作在工频50Hz。 但在考察变压器的隔离功能时，需要研究其处理低频和高频谐波的能力。 由此产生的输出电压衰减特性。

对于一般的输出变压器，其等效电路如图1所示。

这些参数是根据一般理论值给出的。 对于低频谐波和高频谐波，这些参数会相应变化。

对于低频谐波

电路中的漏抗会随着频率的降低而变小，因此可以忽略不计。 得到简化的低频谐波等效电路如图2(a)所示。 为了考察低频谐波的输出电压衰减特性，可用电压衰减系数U2′/U20′来表示，其中U2′为不同频率下的输出电压换算至一次侧，U20′为工频输出电压转换至初级。 假设 f 是电压频率。

当不同频率的谐波电压加到变压器原边时，变压器内部的参数会发生不同的变化。 因此，输出电压也会随着输入电压的频率而变化。 输出电压的衰减系数也发生变化。

根据等效电路图2(a)，输出变压器的输出电压衰减系数为

对于工频50Hz基波

当电路工作在基波电源频率50Hz时，漏抗仍然很小，仍然可以忽略不计。 同时，铁损也小。 初级绕组电感较大，因此rc与L1的并联支路可视为开路，因此可得到简化的等效电路如图2(b)所示。 此时，输出变压器的输出电压的衰减系数为U2'/U20'=1，即电压没有衰减。

对于高频谐波

当电路处于高频时，rc与L1的并联支路可视为开路，但漏抗随着频率的升高而变大，不可忽视。 因此，得到简化的等效电路如图2(c)所示。此时，输出变压器的输出电压衰减系数为

式中：n为变压器变比。

根据低频谐波、工频基波和高频谐波的等效电路和输出电压衰减系数表达式，可得出输出变压器的输出电压衰减系数U2′/U20′与谐波和基波频率的关系f 被绘制。 关系曲线如图3(a)所示。 另外，由于变压器绕组电感和分布电容随着工作频率的变化而变化，也会引起输出电压相位的变化。 变化值与工作频率f的关系如图3(b)所示。 U2′/U20′与f的关系曲线通常称为频率特性。 曲线的形状与磁芯材料、绕制工艺以及初级电感与初级和次级漏感的比值有关。 从图3(a)所示的频率特性可以看出，输出变压器对直流、低频和高频谐波电压、高频脉冲电压有很强的衰减和阻断作用，特别是当直流电压和频率均高于fG 谐波电压和高频脉冲电压均具有较强的隔离和隔断作用，防止逆变器输出电压中的直流分量和高频谐波分量引起浪涌、高频尖峰和瞬变主电源。 过电压、毛刺电压等不能流入负载。 因此，毫无疑问，输出变压器确实具有隔离和抗干扰作用，以及对负载突变的缓冲作用。

带输出变压器的UPS的组成及节能控制

高频UPS最大的缺点是开关损耗比较大。 为了降低开关损耗，通常的方法是采用软开关或节能控制。 但当频率较高时，系统会产生高频效应，如趋肤效应、邻近效应等，使得分布电容和电感增大，电容和电感参数发生质变等。因此，不适合采用软开关技术。 只能采用SPWM节能控制技术。 这时就必须应用输出变压器来帮助高频UPS实现SPWM节能控制。

我已经在文献[2]中介绍了高频UPS SPWM节能控制的原理和方法。 它利用三相电压（或电流）的对称性来控制电压（或电流）波形（

) SPWM 控制不在 60° 峰值范围内执行，而仅在 (

）和（

）达到节省50%开关损耗的节能效果。 为了实现这种节能控制，在控制电路中加入60°方波脉冲，叠加SPWM控制波形作为开关管的驱动脉冲信号。 因此，三相半桥逆变器的输出电压将包含SPWM调制产生的零序谐波和向控制电路添加60°方波脉冲产生的零序谐波。 因此，如何消除这些零序谐波就成为实现高频UPS节能控制的关键。 对于整流器来说，由于市电输入电路本身是三相三线输入电路，零序电流没有通路，自动消除。 但对于三相半桥逆变器，其输出为三相四线高频变压器软件，存在零序电流的通路。 因此，必须采用输出变压器的Y/Y或△/Y接线方式，将其改为三相三线输入，三相四线输出，以帮助逆变器消除零序谐波，实现SPWM节能控制。 这就是带节能控制的高频UPS必须使用输出变压器的原因。

采用SPWM节能控制的带输出变压器的高频UPS的电路图和SPWM调制波形如图4所示（见下页）。 图(a)是电路图，图(b)是调制波形。 图4(b)左侧标注了整流器和逆变器的开关驱动脉冲SPWM调制波形以及逆变器输出电压的SPWM波形。 可见，逆变器三相输出电压之和uA+uB+uC≠0。 由此可见，三相输出的相电压中含有零序谐波，如图4(b)下半部分所示。

图5所示为逆变器的开关驱动脉冲波形。 图5(a)所示为开关驱动脉冲波形，该波形是由SPWM调制波和60°方波脉冲叠加合成的。 中间60°方波部分代表不进行SPWM调制，达到节能的目的。 图5(b)所示为逆变器各开关管节能控制驱动脉冲波形。

待续

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