四、無(wú)變壓器UPS的性能優(yōu)勢(shì)

　　這里的討論僅限于是否帶輸出變壓器這兩種電路結(jié)構(gòu)的不同而帶來(lái)的設(shè)備性能的差異，不包括下列與產(chǎn)品研制定型和生產(chǎn)水平有關(guān)的因素而造成的性能差別：

　　? 電路研制定型水平：與技術(shù)人員技術(shù)水平、經(jīng)驗(yàn)和定型流程管理有關(guān)；

　　? 器件選用差別：與電路定型、成本控制和質(zhì)量管理流程有關(guān)；

　　? 產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性：取絕于生產(chǎn)工藝水平，與人員技術(shù)水平、生產(chǎn)和質(zhì)量控制流程有關(guān)；

　　? 產(chǎn)品功能差別：包括是否有并機(jī)功能、是否模塊化、系統(tǒng)管理與通訊功能、電池配置和管理水平、電路控制差別

　?。?a target="_blank">CPU還是 DSP）、軟啟動(dòng)、冷啟動(dòng)、物理結(jié)構(gòu)與可維護(hù)性水平等；這些差別與廠商決策人員對(duì)設(shè)備的研發(fā)方向、市場(chǎng)定位、商業(yè)取向、成本控制等指道思想有直接的關(guān)系。

　　無(wú)變壓器UPS的性能優(yōu)勢(shì)是針對(duì)帶輸出變壓器UPS由于自身的電路結(jié)構(gòu)而不可能達(dá)到的固有的缺點(diǎn)相對(duì)而言，包括成本、效率、重量和體積等，當(dāng)然還包括在設(shè)備電氣性能方面的改進(jìn)和提高。這些對(duì)當(dāng)前社會(huì)提倡的降低能源消耗、節(jié)省資源消耗、綠色產(chǎn)品是至關(guān)重要的。

　　1、高輸入功率因數(shù)低輸入電流失真度

　　為了完成系統(tǒng)升壓功能，PFC整流環(huán)節(jié)成為“高頻機(jī)”的重要組成部分和必要條件，但它同時(shí)又把UPS輸入功率因數(shù)提高到理想的數(shù)值：0.99，把輸入電流總諧波失真度THDI降低到5%以下，所以說(shuō)輸入功率因數(shù)高、電流失真度低是“高頻機(jī)”的主要優(yōu)點(diǎn)之一，這不僅消除了UPS對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，它還可明顯地降低前端設(shè)備和線纜的容量。表1為兩種結(jié)構(gòu)UPS的總電流失真度、總電流有效值和線纜配置要求。

　　表1：UPS的總電流失真度、總電流有效值和線纜配置要求比較表

　　從表1中數(shù)據(jù)可以看出，由于帶輸出變壓器UPS（例如12脈沖整流）的輸入功率因數(shù)低，輸入電流諧波大，其輸入電流明顯地大于無(wú)輸出變壓器的UPS，增加量在27%左右。前端變壓器、斷路器和線纜的規(guī)格都要相應(yīng)的增大，其中線纜的截面要增加接近一倍。特別是當(dāng)輸入端有備用柴油發(fā)電機(jī)時(shí)，由于諧波電流和12脈沖移相變壓器、無(wú)源濾波器的影響，UPS

　　與油機(jī)容量的配比從無(wú)輸出變壓器UPS的1:1.3增大到1 ：2~4。

　　表1是輸出滿負(fù)載時(shí)的數(shù)據(jù)，當(dāng)實(shí)際應(yīng)用中負(fù)載減輕時(shí)，12脈沖（+11次無(wú)源濾波）的輸入功率因數(shù)會(huì)明顯地減小，輸入電流諧波成分明顯增大（見圖18），對(duì)電網(wǎng)污染和要求系統(tǒng)前端設(shè)備容量增大的影響也就更嚴(yán)重。

　　2、工作效率高

　　無(wú)變壓器UPS的整機(jī)效率之所以比帶變壓器UPS的效率高一些，主要來(lái)自兩個(gè)方面，一是去掉了變壓器的損耗，大功率變壓器的損耗通常在2%左右；二是系統(tǒng)直流母線電壓的提高減少電路工作損耗0.5%左右，如果排除電路設(shè)計(jì)和生產(chǎn)水平差異因素，電路結(jié)構(gòu)的變化可使整機(jī)工作效率提高2.5%左右。表2是一組典型的測(cè)試數(shù)據(jù)。

　　表2：UPS工作效率比較表（按照輸出功率因數(shù)0.9計(jì)算）

　　整機(jī)效率的提高，不僅可有效的降低能源損耗，還意味著設(shè)備本身?yè)p耗小，以500KVA 的UPS的滿載效率相比，無(wú)輸出變壓器UPS的效率提高了2.0%，就相當(dāng)于機(jī)內(nèi)減少了10KW的發(fā)熱量。這對(duì)提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性和降低對(duì)環(huán)境的要求是有利的。

　　表2數(shù)據(jù)僅僅考慮了設(shè)備本身的效率的提高，如果把因輸入功率因數(shù)的提高，而使輸入設(shè)備（濾波器、開關(guān)、線纜等）容量和損耗的降低，以及12脈沖整流時(shí)的輸入變壓器的損耗計(jì)算在內(nèi)的話，那么無(wú)變壓器UPS對(duì)整個(gè)系統(tǒng)效率的貢獻(xiàn)應(yīng)超過(guò)4%。

　　值得注意的是，在實(shí)際使用中，特別是在（1＋1）冗余并機(jī)和雙總線的配置系統(tǒng)中，UPS的實(shí)際輸出負(fù)載率只有30-40%，這時(shí)的UPS的工作效率更有實(shí)際意義。在這方面無(wú)輸出變壓器UPS同樣顯示了它的優(yōu)勢(shì)，如圖19所示。

　　從圖19可看出，在25%至100%負(fù)載范圍內(nèi)，工作效率基本都恒定的保持在94%以上。

　　3、重量和體積

　　數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施是一項(xiàng)費(fèi)用昂貴的固定資產(chǎn)投資，機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備對(duì)承重的要求和占用空間越來(lái)越受到人們的重視。同時(shí)，重量輕體積小的設(shè)備還可以減少對(duì)運(yùn)輸和安裝難度的要求，當(dāng)然在這方面費(fèi)用的降低也是可觀的。

　　表3給出了兩種結(jié)構(gòu)UPS在功率密度、體積和重量等方面的比較數(shù)據(jù)。

　　表3：UPS功率密度、體積和重量比較表

　　從表3具體數(shù)據(jù)可以看出，與帶輸出變壓器UPS相比，無(wú)輸出變壓器UPS在功率密度、占地面積、重量等方面的貢獻(xiàn)是：

　　功率密度（kW / m?。┛商岣?0%左右；

　　占地面積（m?。┛蓽p少25%左右；

　　重量減少50-80%。

　　4、成本

　　與帶輸出變壓器UPS相比，無(wú)輸出變壓器UPS去掉的環(huán)節(jié)包括：輸出隔離變壓器；輸入12脈沖移相變壓器及11次無(wú)源濾波器。所以無(wú)輸出變壓器的UPS可降低成本是不言而喻的事實(shí)。討論成本時(shí)，應(yīng)考慮以下四個(gè)方面：

　　? 生產(chǎn)和購(gòu)置成本；

　　? 能源運(yùn)行成本（工作效率高，包括空調(diào)費(fèi)用的降低）；

　　? 占地少、承重要求小和運(yùn)輸安裝成本；

　　? 資源浪費(fèi)成本。

　　第四點(diǎn)實(shí)際上是很重要的，為了減少資源浪費(fèi)，以半導(dǎo)體代替銅和鋼鐵資源早已成為工業(yè)和電子設(shè)備發(fā)展的趨勢(shì)，是具有重大經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義的基本策略。

　　5、對(duì)電性能指標(biāo)的改進(jìn)

　　無(wú)輸出變壓器UPS的各項(xiàng)電性能指標(biāo)絕大多數(shù)都相當(dāng)于帶輸出變壓器UPS，而有些指標(biāo)卻顯示出無(wú)輸出變壓器UPS更優(yōu)越的性能。除以上講到的輸入功率因數(shù)、工作效率、 體積重量和成本外，以下指標(biāo)也有明顯地改善：

　?。?） 輸入電壓范圍更寬：帶輸出變壓器UPS對(duì)于適應(yīng)輸入電壓±15%的變化已很不易，而無(wú)輸出變壓器UPS可在25-30%范圍內(nèi)正常工作，不僅表現(xiàn)出對(duì)電網(wǎng)很強(qiáng)的適應(yīng)能力，還可延長(zhǎng)電池的使用壽命。

　　（2） 輸出能力強(qiáng)：這體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是輸出半橋逆變器三相獨(dú)立輸出功率，提高了三相負(fù)載不平衡的適應(yīng)能力；二是去掉了工頻變壓器，逆變器工作頻率又較高，輸出濾波環(huán)節(jié)阻抗更小，所以輸出動(dòng)態(tài)性能更好，負(fù)載階躍從100到0%或從0到100%變化時(shí)，輸出電壓變化都可限制在±2%，并在20-40毫秒內(nèi)返回到±1%的容限范圍以內(nèi)。