?隔離變壓器在UPS中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2023-07-28 11:31
1引言
UPS電源在現(xiàn)代通信，電力等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，其功能強(qiáng)大，可靠性高，在此不進(jìn)行詳述。它的保護(hù)功能畢竟不能做到面面俱到，如諧波，零地電位差等，若想覆蓋這些風(fēng)險(xiǎn)，就需要與其他元件配合使用。隔離變壓器在功能上與UPS實(shí)現(xiàn)了互補(bǔ)，有著不可替代的優(yōu)勢。本文重點(diǎn)對它的互補(bǔ)作用，安裝方式及注意事項(xiàng)進(jìn)行了討論。
2UPS的先天缺陷
2.1無法阻擋三倍頻諧波
電力網(wǎng)絡(luò)中和用戶負(fù)載中存在三倍頻諧波電壓，這些三倍頻諧波電壓在電壓波形中占有最大的份額，約30一40%，如不加處理，將會(huì)影響UPS系統(tǒng)的安全運(yùn)行，甚至擊穿UPS系統(tǒng)中的電子元器件，加裝隔離變壓器可將三倍頻諧波鎖定在隔離變壓器內(nèi)部線圈，從而把UPS與諧波隔離，提高UPS系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行壽命。
2.2無法解決零地電位差
由于電力網(wǎng)絡(luò)的供電不對稱，中性點(diǎn)與接地零線產(chǎn)生較高的電位差，導(dǎo)致UPS系統(tǒng)三相負(fù)載不平衡；負(fù)載系統(tǒng)中存在的中性點(diǎn)與接地零線產(chǎn)生較高的電位差將會(huì)給負(fù)載提供錯(cuò)誤信號(hào)和假信號(hào)，尤其IT行業(yè)中將造成錯(cuò)誤的數(shù)字信號(hào)，降低運(yùn)行可靠性，加裝隔離變壓器可保證中性點(diǎn)與接地零線之間的零電位，從而提高UPS系統(tǒng)的可靠性和保證負(fù)載安全準(zhǔn)確運(yùn)行。
3隔離變壓器的優(yōu)點(diǎn)
3.1降低零地電壓，優(yōu)化UPS末端供電網(wǎng)絡(luò)
UPS的逆變輸出安裝隔離變壓器可以隔離輸入和輸出之間的電氣連接，從而有效地降低輸出的零地電壓。由于隔離變壓器的副邊繞組采用Y型接法，中性點(diǎn)接地后產(chǎn)生新的零線，從而達(dá)到降低零地電壓的目的。事實(shí)上，HP、IBM、SUN的小型機(jī)因?yàn)橐ＷC精密的計(jì)算能力與高可靠的數(shù)據(jù)處理傳輸能力，都會(huì)對零地電壓有極高的要求，加裝隔離變壓器可以徹底解決因?yàn)榱愕仉妷浩咚斐傻囊恍﹩栴}。
3.2濾除負(fù)載端諧波，提高供電質(zhì)量
隔離變壓器本身具有電感特性，輸出隔離變壓器可以濾除負(fù)載端的大量低次諸波，減少高頻干擾，并可以使高次諧波大幅度衰減。采用電源隔離變壓器，可以有效地抑制竄入交流電源中的噪聲干擾，提高設(shè)備的電磁兼容性。
3.3增強(qiáng)過載短路保護(hù)能力，保護(hù)負(fù)載與UPS主機(jī)
由于其自身的特性，隔離變壓器是UPS中工作最為穩(wěn)定的器件。UPS在正常工作過程中，如果遇到大的短路電流，變壓器會(huì)產(chǎn)生反向電動(dòng)勢，延緩短路電流對負(fù)載以及逆變器的沖擊破壞，具有保護(hù)負(fù)載與UPS主機(jī)的作用。
3.4UPS故障時(shí)保護(hù)負(fù)載
高頻UPS的AC/DC變換部分采用高頻化設(shè)計(jì)，提高了UPS的輸入功率因數(shù)（0.98以上)及輸入電壓范圍，DC/AC逆變部分高頻化減少了輸出濾波電感的體積，功率密度大。由于無輸出隔離變壓器，一旦逆變器橋臂的IGBT被擊穿短路，BUS母線直流高電壓將加到負(fù)載上，危及負(fù)載的安全。輸出隔離變壓器具有“通交流阻直流”的能力，可以解決此類問題，在UPS發(fā)生故障時(shí)能夠使負(fù)載安全運(yùn)行。
4隔離變壓器在UPS中的物理位置及作用
隔離變壓器雖然有上述優(yōu)點(diǎn)，但如何應(yīng)用還要因地制宜。因?yàn)楦鶕?jù)安裝位置不同，其起到的作用也有所不同。下面我們將重點(diǎn)介紹隔離變壓器在UPS中不同安裝位置對應(yīng)的不同作用，并針對每種情況列舉了注意事項(xiàng)。
4.1整流器輸入端設(shè)置隔離變壓器
1）隔離變壓器在整流輸入端的作用
更改輸入電壓：當(dāng)UPS輸入電壓需要改變，或許要將UPS輸入與不兼容的輸入接地系統(tǒng)隔離時(shí)，在整流輸入端要加裝隔離變壓器以改變輸入電壓。
2）注意事項(xiàng)
（1）UPS的輸出中性線總是與旁路中性線相同，除非有輸出變壓器；
（2）如果此變壓器在UPS本地，且配有整流器或逆變器變壓器，或者整流器能夠在沒有輸入中性線連接的條件下工作，則將在UPS輸出端建立一個(gè)高質(zhì)量TN-S接地系統(tǒng)；
(3）將此變壓器置于遠(yuǎn)離UPS的位置時(shí)要求在變壓器所在位置建立TN-S接地系統(tǒng)，這樣并不理想。
4.2旁路輸入端設(shè)置隔離變壓器
1）隔離變壓器在旁路輸入端的作用
（1）當(dāng)旁路電壓必須更改，以便與UPS電壓相符時(shí)，隔離變壓器可以將旁路中性線與逆變器所生成的電流隔離；
（2）旁路接地系統(tǒng)與負(fù)載不符且沒有輸出變壓器時(shí)，隔離變壓器可以更改旁路輸入電壓；
（3）輸入電源上采用了RCD保護(hù)且整流器和本地逆變器變壓器均不存在時(shí)，隔離變壓器將旁路接地系統(tǒng)更改為TN-S型；
（4）在旁路的輸入電源上采用了4極斷路器時(shí)，可能出現(xiàn)中性線開路，為保護(hù)UPS免受上游轉(zhuǎn)換開關(guān)或斷路器所導(dǎo)致的中性線開路的影響，使用隔離變壓器將旁路與低品質(zhì)中性線隔離。
2）注意事項(xiàng)
（1）UPS的輸出中性線總是與旁路中性線相同，除非有輸出變壓器；
（2）如果此變壓器在UPS本地，且配有整流器或逆變器變壓器，或者整流器能夠在沒有輸入中性線連接的條件下工作，則將在UPS輸出端建立一個(gè)高質(zhì)量TN-S接地系統(tǒng)；
（3）將此變壓器置于遠(yuǎn)離UPS的位置時(shí)要求在變壓器所在位置建立TN-S接地系統(tǒng)，這樣并不理想。
4.3逆變器輸出端設(shè)置隔離變壓器
1）隔離變壓器在逆變器輸出端的作用當(dāng)旁路來自單獨(dú)引出的另一路電源，且沒有整流器變壓器時(shí)，隔離變壓器可以將旁路中性線與逆變器所生成的電流隔離。
2）注意事項(xiàng)
（1）此變壓器提供與整流器變壓器相同的中性線隔離，但不能進(jìn)行電壓變化；
（2）負(fù)載功率總是流經(jīng)此變壓器，因此電氣輸入間的隔離最好在旁路路徑內(nèi)提供，因?yàn)檫@樣可提高系統(tǒng)效率。
4.4UPS輸出端設(shè)置隔離變壓器
1)隔離變壓器在UPS輸出端的作用
（1）當(dāng)UPS電壓必須更改，以便與IT負(fù)載電壓相符時(shí)，隔離變壓器可以更改UPS輸出電壓；
（2）當(dāng)UPS接地系統(tǒng)與IT負(fù)載不符且沒有輸入變壓器時(shí)，如果UPS未使用TN-S，則隔離變壓器可以將接地系統(tǒng)更改為TN-S；
（3）當(dāng)輸入接地系統(tǒng)與IT負(fù)載相符，但中性線回路的質(zhì)量很差或者輸入變壓器位于遠(yuǎn)程位置，如果輸入變壓器不存在或位于遠(yuǎn)程位置，則隔離變壓器可以提高TN-S接地系統(tǒng)的質(zhì)量。
2）注意事項(xiàng)
如果IT負(fù)載遠(yuǎn)離UPS，將變壓器置于遠(yuǎn)程(更靠近IT負(fù)載）具有在IT負(fù)載附近形成TN-S接地，提高接地系統(tǒng)質(zhì)量的優(yōu)勢。
5總結(jié)
雖然隔離變壓器在UPS的選購中是選配件，但其在UPS系統(tǒng)中具有重要的功能，包括更改電壓、在接地系統(tǒng)間提供連接接口、消除中性線環(huán)路，以及提供針對各類故障的保護(hù)。盡管多數(shù)現(xiàn)代UPS均為無變壓器式，系統(tǒng)設(shè)計(jì)仍然經(jīng)常需要變壓器。
隔離變壓器與UPS在很多方面實(shí)現(xiàn)了互補(bǔ)，這使UPS的可靠性得到了很大提高，也使其功能更加多樣化。因此，越來越多領(lǐng)域的用戶開始選擇UPS系統(tǒng)。
參考文獻(xiàn)：
[1]王厚余.低壓電氣裝置的設(shè)計(jì)安裝和檢驗(yàn)第二版2007
[2]李紅梅，厲吉文.山東電網(wǎng)供電可靠性分析中國電力1996(https://zhidao.baidu.com/question/499770461089021492.html?mid_exp=1)
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