高频ups电源与工频ups的性能比较

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UPS与高频UPS的区别和优势1、工频UPS工作原理存在的优越性1.1 工频UPS采用数字信号处理技术确保测量数据快速、灵活，从而产生快速的控制变量，确保对充电器及逆变的实时控制。

1.2 工频UPS比高频UPS具有更强大的短路保护能力及更强大的过载能力。

1.3 由于中国市电环境的极不稳定和易受到一些外部情况的干扰，所以对短路保护能力及过载能力的要求也更高。

采用工频UPS将极大地提高负载设备的安全性与稳定性。

2、工频UPS硬件配置存在的优越性2.1 从技术上考虑，工频UPS比高频UPS多增加输出变压器(1) 工频UPS独有标配的输出变压器，使电流隔离免受输入干扰。

在计算机机房环境中，有些外部设备存在大的干扰输入，这些干扰容易造成电流波动，影响负载的安全。

因此，电流隔离对于这些领域尤为重要。

(2) 高频UPS为了降低产品成本则不含这些组件，相应的电流稳定性就不如工频UPS。

2.2 工频UPS设备零部件设计的优越性(1) 工频UPS的零部件可根据客户的规格和需要设计，每个零部件都能承受较高的额定功率且具有较长的寿命，旨在确保用户设备操作过程的安全与持久。

(2) 高频UPS在设计上旨在降低成本，所以其零部件仅符合最低的额定功率要求。

2.3 工频UPS设备寿命的优越性中大功率工频UPS单机系统的平均无故障时间为20万小时，并机系统将超过50万小时，而高频UPS的平均无故障时间均不超过5万小时。

(1) 根据工频UPS销售经验，许多单机系统都能正常工作15年以上的时间。

(2) 工频UPS的设计方向就是延长系统持续工作的寿命，以符合需要长寿命保障的一些应用领域。

所以，即便是工频UPS早期的投入较高频UPS大，但在15年以上的时间内都无需要更换设备，而且备品备件在停产后的后备储存期也相对的比高频UPS长很多。

(3) 高频UPS设计寿命仅为3～5年，5年后大部分设备就需要更换。

而且备品备件的储备也极其有限。

2.4 方便的前端维护工频UPS系统自行维护时间很长，而高频UPS系统自行维护时间较短。

高频机与工频机性能比较一：工频变压器与高频变压器的架构区别传统老式结构UPS的基本结构(工频机)如下,基本结构：可控硅整流+电池直接直流母线+ IGBT逆变器+升压变压器目前比较流行的UPS结构由原来的老式结构逐渐转向更为合理的新型结构,新型全IGBT UPS结构(高频机)如下，基本结构：不控整流+DC/DC倍压环节+独立充电器+逆变器二：工频机与高频机的性能比较UPS从工频机向高频机发展是不可逆转的历史必然：随着高频机硬件电路设计的更加完善，IGBT、MOSFET功率元件技术更加成熟，DSP 数字技术的不断深入，可靠性大大提高，高频机的优越性日益明显体现出来，促成了新一代UPS的主流结构由原来的工频机向高频机转变，正如当年可控硅逆变器被大功率晶体管GTR取代，之后又被IGBT逆变器取代一样。

其主要优越性如下：A:效率高：因高频机的功率器件全部工作在高频开关状态，所以能量的损耗非常小，其效率可以高达80％～90％；工频机从其结构中可以看出，从整流（从交流变为直流）到逆变（在从直流变为交流）的过程中，每个环节都是降压环节，在此种结构的UPS中，必须在输出测加入变压器，将逆变输出的较低恒定电压升致合理的输出范围，最终提供了恒定的220/380V输出，其结果必定导致其整体效率比较低，只有60％～70％。

B:功率密度高：因高频机的功率器件全部工作在高频开关状态，能量的损耗非常小，避免使用大的散热片，加之铁氧体等新型磁性元件的应用，UPS的体积小、重量轻，功率密度可以高达30W/in3。

例如我司的3C3-20KS净重仅70Kg，体积：（W×H×D）mm＝380 ×685 ×1030，而某品牌的低频机净重高达330Kg，体积：（W×H×D）mm＝700 ×680 ×1330。

C:输入功率因素高，输入电流谐波小，对电网的污染小：高频机具有功率因素修正电路（PFC电路），输入功率因素接近于1，输入电流谐波小于10％，对电网的污染非常小。

工频机和高频机对比文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-工频UPS和高频UPS对比1 工频机和高频机的基本原理工频机由可控硅(SCR)整流器、IGBT逆变器、旁路和隔离变压器等组成。

因其整流器和逆变器工作频率均为工频50Hz，顾名思义叫工频机，又称为工业机。

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 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，因此称为高频机，又称为商业机。

2 工频机和高频机的性能对比(1)在可靠性方面，工频机要优于高频机工频机采用可控硅(SCR)整流器，该技术经过半个多世纪的发展和革新，已经非常成熟，其抗电流冲击能力非常强。

由于SCR属于半控器件，不会出现直通、误触发等故障。

相比而言，高频机采用的IGBT高频整流器开关频率较高，但是IGBT工作时有严格的电压、电流工作区域，抗冲击能力较低。

因此在可靠性方面，高频机比工频机低。

(2)在负载对零地电压差的要求方面，工频机要优于高频机高频机零线会引入整流器并作为正负母线的中性点，这种结构就不可避免地造成整流器和逆变器高频谐波耦合在零线上，抬升零线电压，造成负载端零地电压差升高，很难满足大多数服务器对零地电压差小于1V的需求。

另外，在市电和发电机切换时，高频机往往因零线缺失而无法工作，在这种工况下可能造成负载闪断的重大故障。

工频机因整流器不需要零线参与工作，在零线断开时，UPS继续保持正常供电。

（3）工频机标配逆变器输出隔离变压器，高频机无输出隔离变压器隔离变压器是利用电磁感应原理，进行电气隔离的装置。

隔离变压器在逆变器的输出端，可以大大改善逆变器供电质量。

隔离变压器有以下四大优点：（3.1）降低零地电压差，优化逆变器末端供电质量工频机隔离变压器可以实现UPS输入和输出之间的电气隔离，从而有效地降低输出端零地电压差。

单击此处编辑母版标题样式第二级第三级UPS工频与高频区别第四级第五级厦门科华恒盛股份有限公司多年的运行实践表明：“高频机”型UPS的故障率总是高于“工频机”型UPS的故障率。

为此，我们有必要探讨其真正的原因何在？一、工频型UPS工作模式对于工频机型UPS而言，它采用的是可控硅整流器和IGBT逆变器+内置隔离变压器的设计方案，它通过可控硅型的整流滤波器将输入的380Vac交流电源变换成400Vdc的直流高压，并在此基础上，再经由IGBT逆变器+输出隔离变压器所组成的调控电路，向外输出220Vac逆变器电源，在这里，输入电源的N线是与UPS中的整流器和逆变器的控制电路处于完全的“电隔离”状态。

这就意味着：在这种工频机型UPS的运行中，产生于UPS内部的任何脉宽调制型的干扰均不会串入到UPS供电系统的N线上。

与此同时，可能来自于供电系统的N线上任何干扰也不会影响UPS的正常运行。

一、工频型UPS和高频型UPS工作模式图一，工频机与高频机器工作原理图1中显示的是“工频机”型UPS和“高频机”型UPS的控制框图。

要特别说明的是UPS近几十年的运行经验表明，不仅可控硅整流器本身的可靠性很高，而且带内置隔离变压器的工频型UPS，还显示出它具有抗高频干扰能力强、抗过载能力强、能有效降低零地电压、高可靠性的明显优势。

对于它的输入电谐波含量的THDI 值偏大的弱点，我们可以通过采用如图2a所示的12脉冲整流图1高频机与工频机“领地电压”的对比技术的方法予以克服，从而使UPS输入电流的谐波含量THDI<4%。

对于高频机型UPS而言，它采用的是升压型(boost)的脉宽调制IGBT整流器和IGBT逆变器设计方案。

在这里，通过IGBT整流器将输入380Vac电源变换成±400Vdc的直流高压(直流电压的绝对值=800Vdc)，并在此基础上，经IGBT逆变器向外输出220Vac的逆变器电源。

采用IGBT整流器设计方案所带来主要好处有：一、高频型UPS优点(1)改善了UPS的输入谐波特性：使得UPS的输入功率因数PF>0.99，输入电流的谐波含量的THDI<3%;(2)有利于降低成本：由于它可以直接利用从“倍压型”IGBT整流器所输出的±400Vdc直流高压电源来确保它的IGBT逆变器，能向外输出幅值为220Vac的交流电源，因此，可“省掉”逆变器的输出隔离变压器。

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（晶闸管）整流器，IGBT（绝缘栅双极晶体管）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：图二、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。

图三：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UPS 6脉冲与12脉冲可控硅整流器原理与区别》。

高频机通常由IGBT高频整流器（注意：工频是SCR整流、IGBT逆变），电池变换器，逆变器和旁路组成，IGBT可以通过控制加在其门极的驱动来控制IGBT的开通与关断，IGBT 整流器开关频率通常在几K到几十KHz,甚至高达上百KHz，相对于50Hz工频, 称之为高频UPS。

高频UPS与工频UPS相比较的优势高频UPS与工频UPS相比较的优势高频UPS指的是输入输出电路都工作在20kHz以上，且没有输出变压器电路的UPS。

而传统的工频UPS由晶闸管整流器、IGBT逆变器、旁路和工频隔离变压器组成，其整流器和变压器工作频率均为工频50Hz，因此称为工频UPS。

从UPS技术的发展趋势来看，目前高频UPS与工频UPS相比具有以下一些优势：输入功率因数高、本身功耗小、对外干扰小、体积小、重量轻、全数字技术、对电网的适应能力强等。

1、输入功率因数高工频机UPS一般在200kVA以下的输入电路都采用了可控硅6脉冲整流，输入功率因数不超过0.8，谐波电流有30%之大。

如果前面接发电机，发电机的容量至少要3倍于UPS功率；如果是单相小功率UPS，发电机的容量至少要5倍于UPS功率。

但是，任何容量的高频机UPS的输入功率因数都可做到0.99或甚至以上，谐波电流小于5%，前置发电机的容量理论上和UPS功率相同，大大缩减了投资和占地面积等。

尤其是对市电的充分利用具有良好的经济意义和社会意义。

2、本身功耗小在同样指标下，比如要求输入功率因数为0.95以上时，工频机UPS就必须外加谐波滤波器或改为12脉冲整流，就是说前面要增加一个设备，再加上输出变压器，就比高频机UPS多了两个环节。

由于此二者的影响，使得工频机UPS的效率比高频机UPS低5%。

在同样是100kW的容量时工频机UPS每年要比高频机UPS多消耗5万度电。

3、对外干扰小UPS的干扰一般有两种，一种是听得到的机械噪声，一种是听不到的电噪声，这两种噪声工频机UPS都有，形成了对设备和对人的伤害。

电噪声影响机器的稳定度，机械噪声影响人的身心健康，降低工作效率。

而高频机UPS由于工作在20kHz以上，20kHz是人的耳朵听不到的频率，使工作环境安静下来。

又由于一般的高频机UPS的输入功率因数高达0.99以上，几乎是线性，所以对外干扰几乎为零。