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谈工频机UPS输出变压器的真正作用
http://www.cww.net.cn   2010年7月23日 15:08    通信世界网    
作 者:王其英

N--VD1-- VT2--R--VT3--VD4 --L

但由于接地线的加入改变了电流的路径:电流由N出发就直接到了负载R的下端,又由于逆变器功率管VT3的开启,使电流不能经过负载R,而是直接经过整流管VD4回到L。这样一来,电流没有经过任何负载,两个管子的导通形成短路状态,如图6(b)的等效电路所示,即使管子的内阻和导线电阻不为零,但已远远小于1W,而且管子的功率越大则内阻也越小,加粗后的导线电阻也越小。比如一台1kVA的UPS,逆变器的效率为90%,即消耗100W,取五倍的功率管,即500W/50A,设短路电阻为0.1W(实际上比这个值小得多),这时的短路电流就是2200A,强大的电流在管子的PN结上会产生强烈的焦耳热量,一

方面会使截面积不相称的引线起火甚至烧断,一方面在PN结上的剧烈高度焦耳热也会使管子像炸弹那样炸裂。在上个世纪90年代由某公司进口品牌为Vlctron的小功率UPS,由于没有输出隔离变压器,在用户输入端接地时几乎都形成爆炸。后来不得不外加输出变压器BT,这才保证了正常使用,如图7所示,这时的电流路径是:

L+--VD2 -- VT2--BT初级绕组 -- VT3-- VD3-- N-

恢复了无地线时的状态。原来的负载R换成了变压器初级绕组,这时的初级绕组就是负载R。不过是换了一种吸取功率的方式。换言之,变压器就是一个具有物理隔离性的、不失真传递电功率的中间环节。这样一来,在变压器的次级绕组端就可以连接接地线了,如图7所示。当然,在有的供电环境下零地线之间的电压过高,使用户感到不安,此时也可将此变压器的次级绕组接地。

(2)工频机输出隔离变压器的第二作用——变压

在一般小功率UPS中,为了节省成本,一般用的电池电压不高,图8就是一个电池电压用60V的例子,当然常用的电池电压规格很多,24V,36V,48V,192V,240V,等等。对于单相UPS来说输出电压有效值多为220V,分正负半波,半波的峰值是有效值的1.414倍,即220V´1.414=310V,正负半波的峰峰值就是620V,如图8所示。由60V到620 V有10倍之差,不用变压器是无法实现的,所以这个输出变压器的第二功能是变压。

所以UPS输出变压器的功能就是两个:产生隔离接地点和变压。

2.UPS变压器不具备抗(抑制)干扰和缓冲短路的功能

那么,上述变压器是否有抗干扰的功能呢?回答是否定的,而且也不允许其抗干扰。这里所谓的干扰只能来自负载,UPS的逆变器是不产生干扰的。负载对电压源的要求是:输出端动态性能一定要好,即动态内阻一定要小,这样电源的输出才能适应负载的变化,不允许有惯性。只有惯性环节才有抗干扰能力,变压器不是电抗器,在正常工作时是线性的,不失真地传递信号,所以不具备抗干扰能力。那么从结构原理上又如何解释呢?图9示出了这种变压器的结构原理图。从图9(a)的变压器原理图可以看出,普通电源变压器都有初级和次级,而且都是一层层用漆包线绕成的,如图9(b)的变压器结构剖面图所示。就是说,变压器是由绕在铁芯上的一层层铜漆包线构成,初级和次级也是这样,两层漆包线之间都垫有绝缘层,这样一来,每层绕组就构成一个导体平板,两层绕组之间就构成了一个平板电容器,进而在初次级绕组之间就形成了一个等效电容器C,如图9(b)所示。在初次级绕组之间也就形成了一个容抗XC,其数值的大小为:

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