工频机与高频机区别

高频机和工频机的概述一、工频机UPS和高频机UPS的发展对于UPS的发展历史，最开始的UPS类型有旋转发电机式和静止变换式。

静止变换式工频机结构UPS技术出现在上个世纪70年代，比旋转发电机式晚一些，随着几十年间电力电子学的发展以及电力电子功率元器件的技术不断革新。

UPS 的无论从控制技术，成本控制，功率容量大小，拓扑技术等都有翻天覆地的变化。

一般说任何技术的先进性是相对而言，任何先进的产品也有其一定的适用期。

以UPS服务的IT服务器为例，随着IT新技术的涌现，包括目前主流IT厂商提到的服务器、存储虚拟化技术，云计算等，IT产品的新旧替换代表着技术发展的方向。

对于UPS行业，近年工频机UPS逐渐暴露出它的缺点，比如体积大、重量大、功耗大和输入功率因数低等不利因素大大影响了建设和改造数据中心的灵活性，可用性。

目前UPS发展的方向朝高频化、小型化、智能化和环保化。

因为小型化有节省投资、提高效率、节约空间等优点。

小型化的前提是高频化，只有高频化才可以实现小型化。

小型化的第一个目标就是取消输入/输出隔离变压器。

以前由于技术、器件和材料的原因，UPS配有输入/输出隔离变压器，如此导致产品笨重、性能差、耗能大和价格贵。

后来由于新器件的问世，在1980年由美国IPM公司首先推出的新方案成功地取消了输入隔离变压器，近几年又由于技术的进一步发展和成熟，推出了新的逆变器变换方案，又成功地取消了输出隔离变压器，使UPS的性能有了很大程度的提高，这就是人们所说的高频型UPS。

这种UPS的整流器工作采用IGBT整流，开关频率不再是市电工频50Hz，而是高频5kHz-20kHz，并且功率因数高达0.99以上，输入不需要增加滤波器。

高频机进一步使UPS缩小了体积、改善了性能、减轻了重量、提高了效率、降低了成本和提高了可靠性。

所以国际上的多数UPS厂商放弃了带有输出隔离变压器UPS的生产，改为生产高频型UPS。

目前市场上所谓的工频整流型UPS已逐渐减少。

UPS工频机和高频机的区别1.在结构上工频机设有内置逆变器输出隔离变压器,UPS输出与负载是隔离的.高频机没有此变压器,逆变器模块直接与负载连接.1.1逆变器部分的区别:工频机的逆变器采用的是全桥式结构(四个逆变器),逆变器工作时,其中一组桥臂的驱动频率是50HZ(即工频),配有输出变压器.高频机的逆变器采用的是半桥式结构(两个逆变器),逆变器工作时,逆变器都是由PWM高频信号驱动,一般不配输出变压器,而是用电感线圈代替.相比较而言,工频机抗干扰能力强,过载容量大.1.2整流器部分的区别:工频机整流部分采用传统的晶闸管或二极管桥式整流,直流总线电压为310V左右,在整流部分前加入输入变压器或者大容量的电感线圈滤波.高频机整流部分采用含PFC电路的升压整流电路,直流总线电压为+410V和410V.高频机采用PFC电路提高了输入功率因数,降低了输入干扰,但控制电路比工频机复杂,可靠性低.相反工频机为了降低输入干扰,采用了增加硬件的办法,可靠性高,但是成本也高,体积大.1.3 DC/DC(即电池到直流总线电路)部分的区别:工频机DC/DC采用一个晶闸管或二极管来控制电池正极与直流总线的通断;高频机DC/DC采用BOOST开关电源电路来使电池电压转换为+410V和410V的直流总线电压工频机线路简单,只有一个晶闸管和二极管的压降(相当于电池直接连接到直流总线),电池能耗少;相反高频机线路复杂,需要在电池和直流总线之间增加高频开关电路,电池能量损耗大.2.在性能上:2.1工频机有隔离直流功能:此变压器能有效将逆变器输出的直流分量与负载隔离,很好保护负载的安全,特别对于开关类以及感性类负载时很有必要的.而高频机没有:由于没有此变压器,当UPS逆变器中点电压发生飘移时,逆变器输出的直流分量直接送给负载,对于开关类及感性类负载造成短路烧毁负载及UPS的逆变器模块.特别当UPS IGBT故障击穿时其直流母线电压直接加在负载上是非常危险的.2.2工频机有抗冲击的能力:由于变压器属于磁—电储能器件.当负载发生阶跃突变时,动态响应性能好,即抗冲击能力强.而高频机抗冲击能力弱:没有储能器件缓冲,其输出特性较软,无法抗拒负载冲击.2.3工频机纯净输出正弦波:变压器属于感性器件,与输出滤波电容组成LC低通道滤波电路,净化了UPS输出.高频机由于逆变调制频率较高,UPS输出的谐波分量较大,易造成电缆及设备发热老化.2.4工频机有效抑制零地电压:由于变压器的隔离作用,能有效抑制零地电压,保证网络数据的安全.高频机:无有效一直零地电压的能力.2.5工频机为工业机型:工频机在设计上属于工业类机型,能适应较恶劣电源环境和使用环境.高频机从设计上讲是最求低成本,其可靠性较差,应在较好的环境中使用.2.6工频机的缺点:较高频机重,由于变压器使用有色金属制造,成本比高频机高.高频机优点:重量较轻,体积小.省去了变压器,降低了制造成本.总结:工频机控制电路简洁高效,可靠性高,单体积大,重量大,噪音偏高,价格高.高频机电路稍显复杂,可靠性比工频机低,单输入功率因数高(省电),题极小,重量轻,噪音小,价格便宜.。

工频机与高频机的区别UPS按设计电路工作频率来分，可分为工频机和高频机。

工频机是以传统的模拟电路原理来设计，机器内部电力器件（如变压器、电感、电容器等）都较大，一般在带载较大运行时存在较小噪声，但该机型在恶劣的电网环境条件中耐抗性能较强，可靠性及稳定性均比高频机强。

而高频机是以微处理器（CPU蕊片）作为处理控制中心，是将繁杂的硬件模拟电路烧录于微处理器中，以软件程序的方式来控制UPS的运行。

因此，体积大大缩小，重量大大降低，制造成本低，售价相对低。

高频机逆变频率一般在20KHZ以上。

但高频机在恶劣的电网及环境条件下耐受能力差，较适用于电网比较稳定及灰尘较少、温/湿度合适的环境。

高频机与工频机比较而言：尺寸小、重量轻、运行效率高（运行成本低）、噪音低，适合于办公场所，性价比高（同等功率下，价格低），对空间、环境影响小，相对而言，高频UPS 对复印机、激光打印机和电动机引起的冲击（SPIKE）和暂态响应（TRANSIENT）易受影响，由于工频机的变压器把市电与负载隔离，对市电恶劣的环境下，工频机比高频机能提供更安全和可靠的保护，在某些场合如医疗等，要求UPS有隔离装置，因此，对工业、医疗、交通等应用，工频机是较好的选择。

两者的选择要根据客户的不同、安装环境、负载情况等条件权衡考虑。

工频机的特点是简单，存在的问题是：1）输入输出变压器尺寸大；2）用于消除高次谐波的输出滤波器尺寸大；3）变压器和电感产生音频噪声；4）对负载和市电变化的动态响应性能较差。

5）效率低；6)输入无功率因数矫正，对电网污染较严重；7）成本高，特别对于小容量机型，无法与高频机相比。

工频机与高频机的可靠性比较：1，高频机不可靠是站不住脚的，世界知名UPS厂商在技术选型和将来发展趋势上都是以高频为绝对主力方向，30KVA及以下的机器都以高频机为主，这与高频机负载动态响应速度快，能量密度高，体积小，噪声小，价格低（特别是小机）有很大关系，特别是高频机可以作到输入有源功率因数矫正，真正代表将来绿色电源的发展趋势。

摘要：本文通过大容量工频UPS和高频UPS进行原理分析、拓扑对比、实测数据分析和性能对比，全面总结了大功率工频UPS和高频UPS的优缺点和选配原则。

一、工频机和高频机的定义和原理分析UPS通常分为工频机和高频机两种。

工频机由可控硅SCR整流器，IGBT逆变器，旁路和工频升压隔离变压器组成。

因其整流器和变压器工作频率均为工频50Hz，顾名思义叫工频UPS。

典型的工频UPS拓扑如下：图1：典型工频UPS拓扑主路三相交流输入经过换相电感接到三个SCR桥臂组成的整流器之后变换成直流电压。

通过控制整流桥SCR的导通角来调节输出直流电压值。

由于SCR属于半控器件，控制系统只能够控制开通点，一旦SCR导通之后，即使门极驱动撤消，也无法关断，只有等到其电流为零之后才能自然关断，所以其开通和关断均是基于一个工频周期，不存在高频的开通和关断控制。

由于SCR整流器属于降压整流，所以直流母线电压经逆变输出的交流电压比输入电压低，要使输出相电压能够得到恒定的220V电压，就必须在逆变输出增加升压隔离变压器。

同时，由于增加了隔离变压器，系统输出零线可以通过变压器与逆变器隔离，显著减少了逆变高频谐波给输出零线带来的干扰。

同时，工频机的降压整流方式使电池直挂母线成为可能。

工频机典型母线电压通常为300V~500V之间，可直接挂接三十几节电池，不需要另外增加电池充电器。

按整流器晶阐管数量的不同，工频机通常分为6脉冲和12脉冲两种类型。

6脉冲指以6个可控硅（晶闸管）组成的全桥整流，由于有6个开关脉冲对6个可控硅分别控制，所以叫6脉冲整流。

6脉冲整流拓扑如下：图 典型6脉冲拓扑12脉冲是指在原有6脉冲整流的基础上，在输入端增加移相变压器后再增加一组6脉冲整流器，使直流母线由12个可控硅整流完成，因此又称为12脉冲整流。

下图所示两个三相整流电路就是通过变压器的不同联结构成12相整流电路。

图 典型12脉冲整流器示意图6脉冲和12脉冲的详细技术分析可参见《大功率UPS6脉冲与12脉冲可控硅整流器原理与区别》。

用户在购买大功率逆变器的时候,常常面临在工频机和高频机之间进行选择的困惑。

就逆变器厂商方面而言,当然都认为是自己的好,“公说公有理,婆说婆有理”。

提供工频机的厂商说工频机稳定性和可靠性高;提供高频机的厂商会说高频机节省空间,成本相对较低等诸如此类的说法。

其实,工频机和高频机到底孰优孰劣,很难一概而论,可以说各有利弊。

用户应当在全面认识这两种逆变器机型的基础上,客观审视自身的应用和需求,选择适合自己需要的产品。

1 工频机和高频机的原理分析工频机和高频机是按逆变器的设计电路工作频率来区分的。

工频机是以传统的模拟电路原理设计,由晶闸管(SCR)整流器、IGBT逆变器、旁路和工频升压隔离变压器组成。

因其整流器和变压器工作频率均为工频50Hz,顾名思义叫工频逆变器。

高频机通常由IGBT高频整流器、电池变换器、逆变器和旁路组成。

IGBT 可以通过控制加在门极的驱动来控制其开通与关断,IGBT整流器开关频率通常在几千赫到几十千赫,甚至高达上百千赫,远远高于工频机,因此称为高频逆变器。

在工频逆变器电路中,主路三相交流输入经过换相电感,接到三个SCR桥臂组成的整流器之后变换成直流电压,通过控制整流桥SCR的导通角来调节输出直流电压值。

由于SCR属于半控器件,控制系统只能控制开通点,一旦SCR导通之后,即使门极驱动撤消,也无法关断,只有等到其电流为零之后才能自然关断,所以其开通和关断均是基于一个工频周期,不存在高频的开通和关断控制。

由于SCR整流器属于降压整流,所以直流母线电压经逆变输出的交流电压比输入交流电压低,要使输出相电压能够得到恒定的220V电压,就必须在逆变输出增加升压隔离变压器。

相比而言,高频逆变器整流属于升压整流,其输出直流母线的电压比输入线电压的峰值高,一般典型值为800V左右,如果电池直接挂接母线,所需要的标配电池节数需要67节,这样给实际应用带来极大的限制。

因此一般高频逆变器会单独配置一个电池电压变换器,市电正常的时候电池变换器把800V的母线电压降到电池组电压;市电故障或超限时,电池变换器把电池组电压升高到800V的母线电压。

Telecom Power Technology
运营探讨
高频机与工频机的UPS
帅业明
（湖北邮电规划设计有限公司，湖北武汉
我国各个领域发展都离不开技术的支撑。

企业重视经济效益的同时，需加强内部运行的稳定性和长久性。

电力作为最基础的保障设施，需要有足够的电力保证运转正常，因此对机房中
中高频机和工频机的定义和结构，重点阐述两者的优劣性，并分别从数字化技术、电网适应能力、充电控制能力和可靠性
UPS；数字化
Analysis on the Advantages and Disadvantages of UPS of High Frequency Machine and Power
Frequency Machine
SHUAI Ye-ming
Hubei Post and Telecommunications Planning and Design Co.
The development of various fields in our country can not be separated from the support of technology. While
，they need to strengthen the stability and durability of internal operation. As the。

、高频机与工频机区别定义1、高频机：利用高频开关技术，以高频开关元件替代整流器和逆变器中的工频变压器的UPS，俗称高频机，高频机体积小、效率高。

2、工频机：采用工频变压器作为整流器与逆变器部件的UPS俗称工频机，主要特点是主功率部件稳定可靠、过负荷能力和抗冲击能力强。

2、高频机VS工频机2-1高频机不带隔离变压器，其输出零线存在高频电流，主要来自市电电网的谐波干扰、UPS 整流器和高频逆变器脉动电流、负载的谐波干扰等，其干扰电压不仅数值高而且难以消除。

而工频机的输出零地电压更低，而且不存在高频分量，对于计算机网络的通信安全来讲，更加重要。

2-2高频机输出没有变压器隔离，如果逆变功率器件发生短路，则直流母线（DC BUS）上的高直流电压直接加到负载上，这是安全隐患，而工频机则不存在此问题。

2-3工频机的抗负载冲击能力较强。

3、性能比较序号比较的指标、性能高频UPS 工频UPS1 过载能力一般较强2 抗输入浪涌能力一般较强3 输出抗冲击、短路能力一般较强4 输入PF值0.99 0.75 整机效率85～90% 75～85%6 功率密度高小7 零地电压较差有高频分量相对较好8 输出级元器件多少9 功率器件容量小大10 故障时器件损坏程度高低11 可靠性一般好12 可维护性较复杂简易13 重量轻重14 体积小大15 与发电机适应力较差好企业在购买大功率UPS设备的过程中，常常会遇到在工频机和高频机之间进行选择的困惑。

从设备厂商方面讲，当然都认为是自己的好，“公说公有理，婆说婆有理”。

提供工频机的说工频机稳定性和可靠性高，提供高频机的会说高频机节省空间，成本相对较低，等等。

其实，工频机和高频机到底孰优孰劣，很难一概而论，可以说各有利弊。

企业应当在全面认识这两种机型的基础上，客观审视自身的应用需求，选择恰如所需的产品。

工频机和高频机的原理分析工频机和高频机是按UPS的设计电路工作频率来区分的。

工频机是以传统的模拟电路原理设计，由可控硅SCR整流器、IGBT逆变器、旁路和工频升压隔离变压器组成。

工频机与高频机的对比1、工频机与高频机的最大区别就是有工频输出变压器和输入变压器，而高频机则用体积很小的高频电感或高频变压器2、•3、工频机优势：1.输入输出带工频变压器：输入工频变压器可以很好的抗市电冲击和波动，市电适应范围宽，发电机的适应性大大优于高频机，输出工频变压器可以抗负载冲击，当逆变器击穿时，可以保护负载安全2.简单可靠，线路经典成熟：几十年的传统电路，已经非常成熟可靠，电池不在此升压，电路简单，元器件数目较少，故障点少，维护速度快3.功率器件一般采用IGBT大功率模块，功率富余量很大，输出功率因数一般在0.8以上，工作可靠性加强4.逆变器采用桥式逆变电路加输出功率变压器，输出无直流成份，可以在允许的安全范围内带感性负载运行•4、工频机缺点：1.成本较高：采用工频变压器（铜、硅钢），大功率IGBT模块，价格高2.体积大，重量重：工频变压器的体积的重量相对高频机要大很多3.市电输入无PFC校正电路，输入PFC小于0.8 •5、工频机缺点：1.成本较高：采用工频变压器（铜、硅钢），大功率IGBT模块，价格高2.体积大，重量重：工频变压器的体积的重量相对高频机要大很多3.市电输入无PFC校正电路，输入PFC小于0.8 •6、高频机缺点：1.可靠性差：•电路复杂：整机有市电输入PFC校正、电池DC-DC升压、逆变器三大电路，器件多，故障点也多•整机的电压高达800VDC（±400VDC），功率器件的工作应力很大，容易击穿•为减小成本，逆变器一般采用IGBT单管，功率富余量很小，容易损坏•无输出隔离变压器，抗负载冲击能力差，当逆变器击穿时，800VDC直流高压威胁负载安全2.带载能力差：输出无隔离变压器，功率器件富余量小，输出功率因数一般只有0.65~0.73.发电机适应性差：输入采用PFC，导致市电的适应性较差，当市电波形较差时（接发电机），往往出现市电不能接入的情况，UPS的故障率也响应提高4.输出零地电压干扰大，零地电压高，不易滤除不适合带精密设备5.逆变器采用半桥电路，输出含有直流成份，不适合带感性负载•7、工频机适用于：1.电网不稳定2.需要接发电机3.负载冲击较大，有感性负载4.安全性要求较高的工业场合。