不间断电源不间断电源————高频机与工频机高频机与工频机现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变而 UPS 行业的发展也是从工频机向高频机的转变八十年代末期和九十年代初期发展起来的功率 MOSFET 和IGBT，其集高频、高压和耐大电流于一身,使 UPS 的数字化不断深化，体积小，容量大，高频化将成为 UPS 的发展方向，大中型的 UPS 的主流结构由原来的工频机转向高频机工频机的结构如下图：其基本的架构为：可控硅整流（Rectifier）→直流母线(DC BUS)→逆变器(Inverter)→升压变压器(Transformer)这种 UPS 采用可控硅整流将输入的交流电整流为直流电，再通过桥式 IGBT 逆变器将直流逆变为交流，最后经过输出变压器将交流升压及滤波，提供纯正的交流输出其缺点为，从整流和逆变的过程中，都是降压环节可控硅整流通过可控整流的导通角调整来适应输入电压变化，确保输入交流电压变化时整流输出直流电压的恒定，因此可控硅整流以斩掉一部分输入交流电为代价，输出电压只能恒定在低于全波整流输出电压的某个数值上。
而逆变环节同样是一个降压环节，因同样用的是斩波的做法，其结果是输出电压等级的再次降低正是由于上述的原因，在此种结构的 UPS 中，必须在输出侧加入升压变压器，将逆变输出的较低交流电压升致合理的输出范围，最终提供了恒定的 220/380V 输出新型的高频机的结构则如下图：其基本的架构为：二极管整流（Rectifier）→升压电路（Booster）→直流母线(DC BUS)→逆变器(Inverter) 此种的结构为双转换技术，有升压（Booster）和逆变（Inverter）两个高频环节因整流部分使用了二极管整流，不需要调整整流的导通角，整流后的 DC 电压不必控制，所以高频机的输入功率因数将提高，输入的市电范围可变宽而升压（Booster）的环节使用了 PFC 的调控技术，用 IGBT 工作在高频下调控，可以使BUS 的电压稳定在较高的电位，而且 BUS 电压稳定，纹波小再经逆变（Inverter）的 PWM 调制后可得到理想的 220V 输出，而无需升压变压器，实现高效、节能、体积小的多重优点另外，在新型的高频机，充电的环节可以针对不同的电池设定不同的充电方案，达到延长电池寿命的目的如下图：高频机采用全 IGBT 技术的 UPS，在 BUS 上引出的直流电经过IGBT 斩波控制，可实现对电池的精确充电，并可通过数字化控制细化参数设置。
如控制为恒流充电则可避免在恒压充电中出现的因开始充电时候电流大而减短电池寿命的情况● 高频机采用的全 IGBT 技术代表新型电源，特别是大中功率电源发展的方向，对比工频机有其显著的优点：工频机高频机采用可控硅整流，输入功率因数低，只能附加功率因数的补偿环节，效果不理想，对电网有回溃采用二极管整流，功率因数接近1从根本上解决回溃干扰的问题污染功率因数 0.8～0.9功率因数＞0.95 主动功因＞0.99输入市电范围为 220V±10%～220V±15%输入市电范围为 220V±25%输入电流谐波约为 30%输入电流谐波可小于 10%在整流和逆变两部分用的都是斩波降压的形式，因此在输出端必须加升压的变压器使电压达到输出的要求，成本高，体积大因有升压环节（Booster） ，其BUS 电压在较高的电位，可以省掉输出的变压器，成本低，体积小，理论分析和实践经验表明，将把频率从工频 50Hz 提高到20kHz，体积重量可下降 30%BUS 纹波大，为±10%BUS 纹波小，可小于 0.1%电池直接挂 BUS，充电电压由可控硅整流控制， ，BUS 纹波大，通过 BUS 直接给电池充电,只能是恒压限流充电，充电形式单一，不能满足各种不同类型电池的要求BUS 的电压由高频的 IGBT 升压电流控制，BUS 纹波小，因此可采用 IGBT 调制的充电技术，充电的参数灵活多变，可以针对不同类型的电池定制充电的曲线，可做到恒流充电，大大延长电池的使用寿命●对于输出端接入输出变压器的说明由上面可见，输出的隔离变压器在采用全 IGBT 技术的高频机中完全可以省掉。
但对于特殊的场合，高频机同样可接入输出变压器，输出变压器作为高频机的一个可选项目，能使 UPS 的性能更完善，满足不同负载的使用要求负载的配电与 UPS 的输出不一致的情况例如负载为三相角接输入，在 UPS 的输出接星型/角型的变压器可令 UPS 在此场合得到稳定的应用负载要求配电的隔离，如一些医疗设备对配电的要求较为严格，此时在 UPS 的输出端接入变压器，可以达到隔离的效果，有效抑制共模的干扰，满足负载对输入配电的特殊要求同样可以想到，在工频机中接入的输出变压器担当了升压和隔离双重的角色，隔离的功能并不能完善，UPS 有旁路和逆变两路的输出，逆变的输出接升压隔离的变压器，而旁路的输出为直接输出，无隔离的效果而高频机选配的隔离变压器接入的是旁路和逆变的共同输出，所以在 UPS 工作在任何的状态都能满足负载对配电的特殊要求高频机与工频机的性能比较高频机与工频机的性能比较工频机高频机外形尺寸、重量、成体积大、比较重、造体积小、重量轻、造本价高价低负载类型采用低频逆变且变压器耦合输出，对负载要求不严格，能适应阻性、容性、感性等综合性负载对非线性负载能力较差，不适合冲击性、感性负载适用于 PC机，服务器。
工作频率工频机由于逆变频率为 50Hz，就不存在射频干扰问题，适合各种负载高频机由于逆变频率为 50kHz，不适合要求性能高的负载，因为它有一定的射频干扰，很多负载对射频干扰比较敏感带载能力工频机输出功率因素为 0.8，1KVA 有 800W有效功率输出一般高频机输出功率因素为 0.7 左右，高频机 1KVA 只有 700W有效功率输出输出隔离方案工频机采用低频整流为兼容电池电压的总线，逆变器采用工频变压器转换电压同时利用变压器的等效电感和输出电容滤波输高频加输出隔离方案对冲击性负载有一个缓冲作用是保护逆变器，但是对动态响应恢复时间（0—100%跃变）范围失去作用，出，这样，即保证了动态响应和隔离又可以减少各种负载对逆变器的冲击因为 UPS 只能保证高频输出端的电压稳定在负载 0—100%跃变，而不能保证隔离变压器的负载压降和动态恢复时间,同时增加主机的功耗工作原理工频机采用低频可控整流为兼容电池组电压的总线，工频机因采用低频全桥逆变且变压器耦合经 LC 滤波输出高频机采用半桥逆变模式通过 SPWM 变换，输出端加 LC 滤波器这种电路需将市电整流（电池电压）通过高频升压到±380V 左右双直流总线，然后高频逆变输出。
高频机与工频机区别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 比较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、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3、工频机的抗负载冲击能力较强 性能比较表序号 比较的指标高频机工频机1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0.990.85整机效率 85～90%75～85%7零地电压 相对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 较简单13重量 较轻较重14体积 较小较大15与发电机适应力较差好从以上的比对中可以清晰的看出工频机在很多的方面优于高频机。
对于可靠性要求较高的一些重要、关键部位的电源保护方案还应以工频机为首选。