UPS配套隔离变压器的作用

1、UPS配套隔离变压器的作用

隔离变压器在早期工频机UPS中起着不可替代的作用，随着技术的发展，UPS中的逆变隔离变压器个数越来越少，**开始为四个，目前相当先进的工频机*剩下一个逆变隔离变压器。由于工频机架构特点，这一隔离变压器无法去除，而高频机凭借先进的技术，已经去掉了隔离变压器。无隔离变压器UPS带来了诸多优势，体积、重量减小，效率更高，但也引起了用户的疑虑，加上部分工频机厂商的刻意引导，很多用户担心无隔离变压器UPS的可靠使用。通过本文的分析，可以发现，相比有隔离变压器的工频机，无隔离变压器的高频机并没有降低可靠性和性能。目前一些传统工频机占据优势市场的UPS厂商，刻意夸大隔离变压器的作用，企图延缓高频机取代工频机这一趋势，长远来看，这将是徒劳的。

2、隔离变压器在UPS中的作用分析

从架构来看，工频机与高频机相当大的区别在于高频机省去了逆变隔离变压器，正是因为省去了该隔离变压器，高频UPS的重量、体积均大幅度减小，效率提升明显，相对工频机有强大的竞争优势。由于工频机已经诞生几十年，很多UPS用户对高频机产生了怀疑，认为高频机没有隔离变压器，会产生如下一些问题：

a).输出没有被隔离；

b).无法抑制干扰；

c).无法降低零地电压；

d).无法实现故障隔离；

e).无法抑制低频的3n次谐波。

本文从原理上进行比较，来探讨相比有输出隔离变压器的工频机，去掉输出隔离变压器的高频机是否真的产生了上述问题。

2.1、输入与输出隔离

正常情况下，隔离变压器可以提供原副边的隔离作用，而有些场景，如果原边在其他路径与副边有电气连接，则隔离变压器就失去了隔离作用。大家都知道，高频机没有隔离变压器，输出与输入没有隔离作用，而工频机是否就提供了隔离作用呢？图二为包含UPS旁路的工频机，可以看出，在主旁同源的情况下（K1闭合），市电主输入、旁路输入与输出之间并没有被隔离，而在主旁不同源的情况下（K1断开），主输入与输出隔离，但旁路输入与输出之间还是没有被隔离，即输出还是没有被隔离。工频机除非在图二中的旁路或输出（位置1或位置2）再增加一个隔离变压器，才能提供输出隔离作用，而这需要额外再增加一个隔离变压器。而如果要增加一个额外的隔离变压器，高频机在输出位置增加一个额外的隔离变压器以后，也可以提供输出隔离作用。工频机的逆变隔离变压器并没有给UPS输出提供真正的隔离作用。

2.2、抑制干扰

UPS是一种开关电源，需要在输出端加LC滤波器，以降低输出电压的谐波。高频机在输出端有额外的电感，如图3中的L2，该电感与输出滤波电容一起，组成LC滤波器。在实际的隔离变压器中，原边磁通并不能全部耦合到副边，这部分磁通就形成了漏感，图四是实际隔离变压器的等效原理图。大部分工频机均没有输出滤波电感，*利用隔离变压器的漏感，当作输出滤波器中的感抗，用于滤波。高频机与工频机都需要输出滤波感抗，不同的是高频机有**电感，而工频机是利用了隔离变压器的漏感，两者没有本质区别。所不同的是，用隔离变压器的漏感作为滤波电感，成本处于劣势。但对于工频机来说，其逆变位置一定要加隔离变压器（原因后文会讲），所以利用隔离变压器的漏感作为滤波电感就是一种比较经济的手段了。可见，高频机和工频机都能用LC滤波器抑制干扰，所不同的是，高频机用了**电感，而工频机利用隔离变压器的漏感。

可见，隔离变压器并不能降低零地电压，对于TN-S系统，如果旁路没有隔离变压器，在隔离变压器的输出端将N和PE短接，这是不允许的，这会改变配电系统为TN-C系统。如果用户接受TN-C系统，那么在高频机内也可以将PE和N短接，降低零地电压。

2.3、实现故障隔离

UPS在逆变器故障后，都需要转旁路供电，而无论是工频机还是高频机，UPS在输出端都会配置输出保险（见图三），如果逆变器或者母线电容故障，将会有大能量进入或释放出母线电容，此时保险会熔断，即无论是高频UPS还是工频UPS，都有故障隔离的作用。

三相隔离变压器20KVA