低頻UPS與高頻UPS區別及優劣比較

低頻UPS與高頻UPS

低頻UPS與高頻UPS是根據UPS設計電路的工作頻率來區分

一.低頻UPS與高頻UPS的設計原理

  低頻不斷電系統UPS設計

  1.傳統低頻UPS設計開關元件以矽控整流器(SCR)為主

  並在電路結構上會有兩種問題

  A.逆變輸出電壓必須經過升降壓步驟

  B.逆變輸出沒有辦法定義N線

  為了彌補這兩個問題,必須加裝隔離變壓器

傳統低頻UPS逆變系統設計示意圖
傳統低頻UPS逆變系統設計示意圖

  2.低頻UPS整流結構電路有以下兩種

  (1).整流結構 6 pluse

傳統低頻UPS逆變系統設計示意圖,整流結構 6 pluse

  (2).整流架構 12 pluse

傳統低頻UPS逆變系統設計示意圖,整流結構 12 pluse

  12 pluse的電路架構會讓整流後的DC BUS電壓更平穩,

  也就是說諧波失真更小

  

  上述提到的結構問題A.系統升降壓部分

  為降低逆變器負擔

  使用較低的BUS電壓來轉換成較低交流電

  因此配置一個隔離變壓器來轉換最終的輸出電壓

電武士不斷電系統,低頻設計架構,在線式ONLINE設計

舉例說明

例如飛碟UPS電武士系列 FT-610H額定輸出110Vac
電池電壓卻只有24Vdc
如此經過逆變器產生的交流電壓必定遠遠小於110Vac
因此配置一隔離變壓器提升輸出到110Vac

   結構問題B.提供N線的部分

  為了使輸出端能提供單相二線負載的能力

  配置隔離變壓器就能提供一個定義N線的方式

  特別注意儘管有了N線

  但考慮到UPS有Maintain功能

  所以不能算是真正隔離一次側與二次側喔

傳統低頻UPS逆變系統設計示意圖,
在沒有配置隔離變壓器的情況下
為了定義N線必須把A或B任一點接地
此時會導致整個逆變器與輸入電壓形成短路
為避免這種情況
我們配置一個隔離變壓器
便能在隔離的二次側做NG短接來定義N線

參考左側示意圖

在沒有配置隔離變壓器的情況下
為了定義N線必須把A或B任一點接地
此時會導致整個逆變器與輸入電壓形成短路
為避免這種情況
我們配置一個隔離變壓器
便能在隔離的二次側做NG短接來定義N線

  高頻不斷電系統UPS設計

  隨著科技技術發展,近代開關元件多改用IGBT

  並改善了電路方面的設計

  可以避免輸出電壓不足或是沒有N線的問題

  因此不再需要內置隔離變壓器

近代高頻UPS整流逆變系統設計示意圖
  近代高頻UPS整流逆變系統設計示意圖

   A.高頻UPS系統升降壓部分

  相較於低頻機,高頻機使用多種電路整合為一個PFC系統

  這個系統不僅可以修正輸入功率因數(順便將諧波失真降低)

  還能夠提升整流後的BUS電壓

  使這個BUS電壓經過逆變器後依然可以維持額定輸出

  而電池放電時則透過DC/DC電路提升電池電壓作為BUS電壓用

不斷電系統UPS,此圖片為飛碟電騎士系列不斷電系統,屬於高頻機,適用於電腦資訊機房

舉例說明

例如飛碟UPS電騎士FT-110H額定輸出110Vac
透過PFC所產生的BUS電壓高達180Vdc左右
如此經過逆變器後可以保持穩定110Vac輸出
而電池放電時
24Vdc的電池電壓則通過DC/DC電路升高到180Vdc

  B.高頻UPS提供N線的部分

  PFC整流部分的電路設計允許輸入N線的加入

  所以能以全機共N的方式來為輸出端定義中性線

二.低頻UPS與高頻UPS的優劣比較

低頻不斷電系統UPS 高頻不斷電系統UPS
整流器 矽控整流器(SCR) 絕緣柵雙極電晶體(IGBT)
超載能力 因使用SCR整流其抗電流的衝擊能力非常強大   IGBT有嚴格的電壓、電流工作範圍,抗大電流耐受力較低
交流波型 電壓節點較少,波型完整度一般 電壓節電數較多,波型完整度接近完美  
雜訊干擾 有雙隔離變壓器可以抑制內部產生雜訊   會有市電、整流、逆變、負載設備諧波干擾等
體積重量 因有雙隔離變壓器在機體內,故體積大、重量重 無隔離模組,體積小、重量輕  
適用負載 頻機可適用所有負載,包含半波、電感、電容性負載   較適用於一般電阻性負載為主,否則要將容量放大
電力耗損 目前市售低頻機普遍功率為0.6~0.9,相對耗損較多 高頻機普遍功率0.8~1,功率1是完全無耗損的概念  
機器壽命 因低頻機工作於低壓,且發熱情況較不嚴重,故壽命較長   機器工作於高電壓,發熱較為明顯
低頻、高頻優劣比較表

根據上述優劣比較可以明顯知道高低頻的優缺點

其中低頻機多了兩顆隔離變壓器,以至於體積變大價格相對昂貴許多喔

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