无变压器UPS与基于变压器的UPS设计比较
- 作者: 邹工
- 来源:
- 日期 : 2024-08-14
为什么UPS设计从变压器发展到无变压器？
早期UPS系统之所以使用内部变压器，是因为UPS设计中使用的电源逆变技术。在早期，逆变器基于可控硅整流器/晶闸管，通过显着滤波产生正弦波输出。（在双转换模式下，带有隔离变压器的UPS系统传统上使用6或12脉冲晶闸管整流器拓扑。功率器件在直流供电时不会关闭，并且由于功率器件的开关速度较慢，因此需要变压器来产生所需的波形。随着技术的发展，尽管晶体管被开发为无需提供额外的电源电路即可打开和关闭，但为了实现开关电流的增加，牺牲了工作电压。还需要变压器来帮助升压UPS输出的电压，以提供与输入相同的额定电压的临界负载。
随着功率开关器件的进一步发展，绝缘栅双极晶体管（IGBT）应运而生。基于IGBT技术的UPS逆变器利用脉宽调制产生所需的正弦波，无需使用笨重的变压器和滤波器。采用IGBT设计，无变压器UPS更有效地直接将直流电转换为交流电，从而有助于实现更稳定的输出电压。
基于变压器的UPS和无变压器的UPS之间的技术差异
显然，无变压器和基于变压器的UPS之间最显着的区别是变压器组件的存在。为了更好地了解它们的技术特点和性能，下面列出了以下技术特性比较。
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基于变压器的不间断电源
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无变压器不间断电源
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双转换模式下的效率
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90-92%
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95-96%
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环保模式的效率
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99%
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99%
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输入电流的总谐波失真 （THDi）
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3-4%（基于IGBT的整流器）12%（基于12脉冲晶闸管的整流器）30%（基于6脉冲晶闸管的整流器）
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3-4%
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输出电压的总谐波失真 （THDU）
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2%
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2%
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输入功率因数（输入功率因数）
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部分负载低
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0.99-0.97 满载和部分负荷
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电池上的交流纹波
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5%以上（无电池充电器）;0.2%（带电池充电器）
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0.2%
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旁路功能
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静态旁路开关
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静态旁路开关，但旁路交流输入必须与逆变器交流输出相同
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输出阻抗
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高
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低
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动态响应
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不良、不平衡的负载会影响输出电压
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理想情况下，直接控制输出正弦波，各相独立控制。因此，不平衡负载不会影响输出电压
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重量和尺寸（500kVA装置）
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2.2-2.6吨和1.8-2.0㎡
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1吨和1.5-1.6㎡
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哪个更好：基于变压器的UPS和无变压器的UPS？
在提到了无变压器UPS和基于变压器的UPS之间的技术差异之后，以下部分将从消费者的角度比较两种UPS设计，并阐明它们的优势。
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适应性：无变压器UPS在适应不确定的未来需求方面提供了更大的灵活性和适应性。无变压器UPS的尺寸通常小于基于相同额定功率的变压器。在给定空间内扩展更方便。此外，目前，大型无变压器UPS采用模块化设计，封装紧凑，因此在总负载要求不确定或将来需要的情况下可以轻松添加容量。
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可靠性：无变压器UPS无法像基于变压器的UPS那样隔离内部故障。虽然这个问题可以通过增加隔离变压器来解决，但它也可能导致其他故障点和更高的单元服务率。得益于基于变压器的UPS设计中的隔离变压器，增强了直流母线的可靠性，以及多年的应用经验和技术创新，基于变压器的UPS显示出更高的可靠性和鲁棒性。
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可用性：通常基于变压器的UPS提供最高的可用性，同时简化故障电流控制，特别是对于高功率数据中心和其他关键应用。如今，无变压器设计也将其可用性提高到合理的水平，但与基于变压器的型号相比，可用性更低。因此，无变压器UPS对于那些可用性不是首要关注点的中小型企业来说更可行。
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电池寿命：电池寿命与电池上的交流纹波有关。由于无变压器UPS中的高电压，通常在无变压器设计中增加了一个额外的转换器，提供对电池的精确控制和干净的直流电路，没有纹波。因此，无变压器UPS的电池寿命比基于变压器的UPS更长，最长可达12年。
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成本：当涉及到UPS动力装置的成本时，需要考虑初始前期成本和运营成本。由于内部没有安装变压器，无变压器UPS具有比基于变压器的型号便宜的价格的固有优势。无变压器UPS的尺寸也比基于变压器的UPS更小，减少了数据中心对额外空间的需求。运营成本包括电力运营费用、维护费用等。无变压器UPS单元显示出更高的效率，从而减少了功率损耗。
总结
基于变压器和无变压器的UPS设计均提供基本功能并保持其主要特性。很明显，无变压器UPS如今主导着市场，无变压器UPS符合当今大多数电源设计要求，但对于医疗领域等需要最高可靠性和安全性的应用，基于变压器的UPS是最佳选择。
