一、問(wèn)題的提出
當(dāng)代技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)到了高頻機(jī)UPS代替工頻機(jī)UPS的時(shí)代。不可否認(rèn)數(shù)年來(lái)工頻機(jī)UPS對(duì)IT的發(fā)展作出了卓越的貢獻(xiàn)。但隨著歷史的發(fā)展和技術(shù)的提高電子產(chǎn)品也在不斷更新，世上沒(méi)有一成不變的東西，而且這種變化總是朝著節(jié)能的方向，這就是歷史。比如早期的“大哥大”手機(jī)，既笨重又費(fèi)電，但當(dāng)時(shí)有多少人以擁有大哥大而自豪!
但這種令人羨慕的的東西只能打電話，連短信也發(fā)不了，腰里還必須掛一個(gè)BB機(jī)。再看今天的手表移動(dòng)電話，縮小了多少倍!功能還比大哥大多，這都是高頻的功勞。
早期的UPS又何嘗不是如此，上世紀(jì)60年代的UPS也是龐大無(wú)比，一臺(tái)20kVA的電動(dòng)發(fā)電機(jī)帶著一個(gè)5t重的大飛輪，后備時(shí)間也只有5s。現(xiàn)代工頻機(jī)UPS 300kVA，是前者容量的15倍，才2.2t，就算上5s的電池也只有前者的一半，這是多大的進(jìn)步啊!現(xiàn)代高頻機(jī)UPS 300kVA，其體積和重量幾乎是工頻機(jī)UPS的三分之一，這是不是又進(jìn)了一步!
高頻機(jī)UPS取代工頻機(jī)UPS是必然的。但由于從工頻機(jī)UPS到高頻機(jī)UPS是一個(gè)技術(shù)上的飛躍，沒(méi)有一定的技術(shù)實(shí)力很難登上這個(gè)臺(tái)階，這就需要有一個(gè)過(guò)度時(shí)期。在這期間一些工頻機(jī)UPS制造者把匆忙仿造的不成熟的產(chǎn)品推向市場(chǎng)，破壞了高頻機(jī) UPS的聲譽(yù)，誤導(dǎo)了一些用戶�？磥�(lái)這些廠還得靠工頻機(jī) UPS維持市場(chǎng)，再加之一些用戶對(duì)工頻機(jī)UPS的感情和對(duì)高頻機(jī) UPS的不明真相，工頻機(jī)產(chǎn)品市場(chǎng)還可以延續(xù)一段時(shí)間。在此期間工頻機(jī)UPS制造者一定要加緊步伐推出高頻機(jī)產(chǎn)品。不要被一些誤導(dǎo)言論所左右，那樣會(huì)吃虧的。
比如在前兩年有的撰稿說(shuō)高頻機(jī)UPS有幾大致命弱點(diǎn)，所謂致命就是不可克服的，并聲言“時(shí)至今日UPS業(yè)界還沒(méi)制造出200kVA以上的可靠的高頻機(jī)UPS”。事實(shí)上，此前在南京湯山溫泉賓館一次電信方面的會(huì)議上，一個(gè)公司就提供了一份近三年在國(guó)內(nèi)銷(xiāo)售了250500kVA高頻機(jī) UPS“零”故障的報(bào)告。并且該公司也早已推出成熟的1100kVA容量的單機(jī)產(chǎn)品。同時(shí)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上也已有幾家公司成功推出了500kVA高頻機(jī) UPS，可見(jiàn)上述文章需要商榷。但由于高頻機(jī) UPS銷(xiāo)量的直線上升，如圖2所示，高頻機(jī)UPS不可靠的宣傳就自動(dòng)偃旗息鼓了。
現(xiàn)在又有了新的宣傳：有的地方用高頻機(jī)UPS，有的地方還得用工頻機(jī)UPS，原因是“高頻機(jī)UPS不如工頻機(jī)UPS耐沖擊”。此種說(shuō)法一出，又使一些用戶陷入五里霧中。到底這種說(shuō)法有無(wú)根據(jù)呢?
二、沖擊的來(lái)源和耐沖擊的機(jī)理
1、沖擊的來(lái)源
沖擊來(lái)自兩個(gè)方向，一個(gè)是輸入端，一個(gè)是負(fù)載端，空間干擾可以忽略，因?yàn)闄C(jī)器都是金屬外殼，又加之都是室內(nèi)，而且上述的宣傳也是指的輸入和輸出。
首先看輸入沖擊，輸入一般情況下是電網(wǎng)的波動(dòng)，這是一種慢變化，不能稱其為是沖擊。再就是附近有什么大的設(shè)備在啟動(dòng)和停止時(shí)對(duì)電網(wǎng)形成一定的沖擊，但一般幅度不大，強(qiáng)度也不大，最嚴(yán)重的是雷電感應(yīng)浪涌電壓的沖擊。這種雷電電壓的前沿可小到1s以下，可導(dǎo)致可控硅整流器導(dǎo)通。
UPS對(duì)這種浪涌電壓的沖擊耐力如何呢?這可從它們的電路結(jié)構(gòu)來(lái)分析。圖3示出了兩種三相(單相也一樣)電路的主電路原理圖。從圖中可以看到，兩種電路的輸入整流器前面都有一個(gè)前置濾波器，其功能就是抑制輸入干擾的。從圖3(b)可以看出，高頻機(jī)UPS的輸入電路除了有一個(gè)前置濾波器外，由于高頻整流器的需要，在整流器前面有多了一個(gè)串聯(lián)電感。這個(gè)電感除了是高頻整流器的的構(gòu)成部分外，對(duì)抗沖擊干擾也會(huì)起到積極作用，因?yàn)殡姼械淖饔镁褪欠纯闺娏鞯耐蝗蛔兓�，就是抗沖擊。因此在耐輸入沖擊上比工頻機(jī)UPS有多了一級(jí)保險(xiǎn)，顯然就不能說(shuō)在這個(gè)方向上的耐沖擊能力比高頻機(jī)UPS強(qiáng)，而是比它弱。
(b)一般高頻機(jī)UPS的主電路結(jié)構(gòu)原理圖
圖3 兩種UPS的主電路結(jié)構(gòu)原理圖
再看來(lái)自負(fù)載端的沖擊，這種沖擊不外乎這三種形：
正常的脈沖工作方式、負(fù)載電流的突然變化和負(fù)載端突然短路。
A. 正常的脈沖工作方式可有UPS輸出電壓的峰值系數(shù)解決，一般這個(gè)值為31就可以滿 足負(fù)載的要求了，而這個(gè)值是一般UPS都可以達(dá)到的。
B. 負(fù)載電流的突然變化
也就是說(shuō)單機(jī)房中大部分或全部用電機(jī)器突然同時(shí)滿載工作向電源索要電流，這就出現(xiàn)一個(gè)超過(guò)額定值的電流沖擊，如果這個(gè)電流脈沖持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，根據(jù)UPS的過(guò)載能力，一般是過(guò)載到125% 10min，150% 30s，就將負(fù)載切換到旁路。如果這個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間很短，就有逆變器直接提供。那么這兩種UPS誰(shuí)能耐這種沖擊呢?那就看一下電源的原理結(jié)構(gòu)。
電源分為電壓源(也稱穩(wěn)壓源)和電流源(也稱穩(wěn)流源)如圖4所示，就是電壓源的電原理圖。圖中E是電源的電動(dòng)勢(shì)，是穩(wěn)定不變的;I是電源流過(guò)負(fù)載的電流，U1是負(fù)載R兩端的電壓， r(ZU )是電源的內(nèi)阻(阻抗)。負(fù)載兩端的電壓為
一般這個(gè)電壓要求是穩(wěn)定不變的，但從上式中看到負(fù)載R是一個(gè)變量，R的變化也導(dǎo)致了電流I的變化，這樣一來(lái)負(fù)載端的電壓就無(wú)法穩(wěn)定了。
使內(nèi)阻等于零的方法只有電子電路才可以做出這樣的調(diào)整。UPS和其它用電路調(diào)整的電源就是這樣一種文雅裝置。所有電壓源的一個(gè)重要指標(biāo)就是輸出電壓的動(dòng)態(tài)性能。動(dòng)態(tài)性能越好，輸出電壓越穩(wěn)定。對(duì)UPS而言其動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的指標(biāo)就表現(xiàn)在對(duì)輸出電壓波形失真度的要求，對(duì)線性負(fù)載要求小于或等于3%，對(duì)非線性負(fù)載要求小于或等于5%。
而這樣的指標(biāo)無(wú)論工頻機(jī)UPS還是高頻機(jī)UPS都可以達(dá)到。
所以耐負(fù)載沖擊是一切電壓源的基本性能。不過(guò)由于工頻機(jī)UPS多了一個(gè)輸出變壓器，而變壓器的內(nèi)阻是不可調(diào)整的、固定的，所以其內(nèi)阻要比高頻機(jī)UPS大一些。有的認(rèn)為多了變壓器還多了一項(xiàng)抗干擾能力，說(shuō)變壓器抗干擾是一個(gè)大誤區(qū)，只有非線性和慣性器件才能抗干擾。為了減小變壓器對(duì)電源內(nèi)阻的影響，在繞制的時(shí)候要盡量減小其漏感，因?yàn)槁└袝?huì)影響動(dòng)態(tài)性能。至于抗干擾變壓器那是另一回事，這里談的是UPS的輸出變壓器。
至于說(shuō)工頻機(jī)UPS能抗短路，無(wú)異于說(shuō)工頻機(jī)UPS的內(nèi)阻抗大，再說(shuō)工頻機(jī)UPS的輸出變壓器能分辨哪是短路哪是正常工作的大電流脈沖嗎?這都是想象的，沒(méi)有根據(jù)的。
有的可能問(wèn)：既然高頻機(jī)UPS耐沖擊能力不比工頻機(jī)UPS差，那么為什么沖壞的都是高頻機(jī)UPS呢?首先要問(wèn)：這種說(shuō)法是由哪里傳出來(lái)的，再問(wèn)何以證明高頻機(jī)UPS是被沖壞的，損壞的高頻機(jī)UPS是什么品牌，花多少錢(qián)買(mǎi)的…這些不能一概而論。據(jù)筆者所知損壞的這些高頻機(jī)UPS大都不是成熟的產(chǎn)品，是匆忙仿造的或剛出世不久沒(méi)有經(jīng)過(guò)時(shí)間考驗(yàn)的贗品。大都是質(zhì)量問(wèn)題。比如一個(gè)制造商既生產(chǎn)工頻機(jī)UPS又生產(chǎn)同容量的高頻機(jī)UPS，而且又首推工頻機(jī)UPS，那么他的高頻機(jī)UPS就不可靠。這和專門(mén)制造高頻機(jī)UPS的廠家在產(chǎn)品質(zhì)量上區(qū)別很大。這和工頻機(jī)UPS一樣，質(zhì)量好的產(chǎn)品可靠性高，但價(jià)格也高。有些用戶既要低價(jià)產(chǎn)品又要可靠性高，出了問(wèn)題又怨天怨地怨產(chǎn)品!
話又說(shuō)回來(lái)，工頻機(jī)UPS損壞者也不在少數(shù)。筆者近幾年接觸的真正被沖擊壞的進(jìn)口名牌工頻機(jī)UPS也很?chē)?yán)重。如圖5所示就是相信工頻機(jī)UPS耐沖擊而損壞的例子。
該系統(tǒng)是由進(jìn)口5臺(tái)150kVA UPS組成的4+1供電系統(tǒng)，系統(tǒng)輸出端除直接帶一部分負(fù)載外，還接了一臺(tái)300kVA的變壓器。如圖5所示，變壓器的后面又帶了負(fù)載。不知何時(shí)變壓器所帶負(fù)載沒(méi)工作，于是就將變壓器輸入開(kāi)關(guān)斷開(kāi)了。突然有一天市電停電，正在電池工作狀態(tài)時(shí)，有人將變壓器開(kāi)關(guān)閉合，眾所周知，變壓器啟動(dòng)時(shí)有一個(gè)電流沖擊，合閘后不到5s電池組起火、逆變器匯流排燒毀，燒毀100AH電池70余節(jié)!
圖6所示為某國(guó)家質(zhì)檢單位UPS供電系統(tǒng)圖，系統(tǒng)采用了雙總線供電方案，每一路由2臺(tái)200kVA 容量的UPS做1+1連接。供電系統(tǒng)在正常工作中，前面有人將開(kāi)關(guān)閘刀由市
電1#切換到市電2#，這個(gè)過(guò)程有一個(gè)輸入電流突變(市電2由空載到加載)，也算是沖擊，結(jié)果每一路燒毀了一臺(tái)UPS。這樣的例子不在少數(shù)，能不能就得出工頻機(jī)UPS不耐沖擊的結(jié)論呢?肯定不能。對(duì)于大量的UPS產(chǎn)品而言這畢竟還是少數(shù)。
就是說(shuō)，不論是工頻機(jī)UPS還是高頻機(jī)UPS都有損壞的幾率，不能斷章取義。