隔离变压器在UPS中的设置

随着计算机网络技术的飞速发展,计算机网络被应用在越来越多的项目及设备中。计算机网络设备的电源要求高质量、不间断。因此UPS正是可以给负载提供不间断、干净、稳定、无频率突变、抗干扰、全天候、高质量、正弦波电源的设备。随着数字化技术的发展，新产品的不断开发、新技术的应用，使得UPS的性能越来越完善。而隔离变压器作为UPS的主要元器件之一，在UPS中的设置相对较为灵活，其在UPS中的不同位置起到的作用也将大为不同。

隔离变压器

1.UPS电路结构

UPS主要由整流器、逆变器、蓄电池组、静态旁路开关、手动旁路开关、隔离变压器等组合构成，其构成原理如图1所示。

整流器、逆变器、蓄电池组、静态旁路开关、手动旁路开关在UPS中的位置相对固定，而隔离变压器的位置设置会根据UPS的功能需求不同而不同。大部分UPS厂家将隔离变压器的配置作为选配件。那么，在工程项目中该如何根据项目的需求来确定选配、设置隔离变压器。
2.隔离变压器位置的设置
隔离变压器的位置设置需要根据系统的功能需求确定，通常可在以下三个位置设置：
a.整流器输入端设置隔离变压器；
b.旁路输入端设置隔离变压器；
c.逆变器输出端设置隔离变压器。
3.隔离变压器设置的作用
隔离变压器在UPS中起到的主要作用可以归纳为：改变系统接地形式、提升输出电压、抑制共模电压干扰、抑制对上游配电系统的3次谐波干扰。
(1)改变系统接地形式
采用脉冲整流、IGBT逆变方式的UPS，由于采用的是全桥变换器，其经过逆变器的输出回路是不带中性线的。一般来说，UPS的负载通常必须具有中性线，因此，该UPS的输出电压不能直接接至负载，必须在UPS逆变器的输出端增加中性线。通过在UPS逆变器的输出端增加“三角-星型”隔离变压器，便可在输出端增加中性线，从而改变系统的接地形式。
设置在逆变器输出端的隔离变压器同时还起到了逆变器与用电设备的电气隔离的作用。
(2)提升输出电压
采用脉冲整流、IGBT逆变方式的UPS，整流器将市电转换为直流电源，400V直流电源经PWM脉宽调制后，相电压只有180V。因此，在逆变器的输出端需设置变比为1∶1.22的输出隔离变压器，以便将180V脉宽调制波提升到输出相电压幅值220V。
(3)抑制共模电压干扰
在电气设备的电源回路中，由于三相负荷的不平衡导致中性线和PE线间存在着电位差，这是因中性线通过三相不平衡电流产生的电压降而引起的。电子信息设备的信号电压和逻辑电压只有几伏，如果此电压降过大将使电子信息设备不能正常工作，此电压降被称作共模电压干扰。设置隔离变压器将输入电源与输出电源电气隔离，其二次绕组另起一电源系统给电子信息设备供电，则中性线与PE线间的电位差在此处又从0V开始，共模电压干扰可有效地降低。
(4)抑制对上游配电系统的3次谐波干扰
当用电负荷中荧光灯、节能灯、办公设备等产生3次谐波的设备较多时，采用三角-星接法的隔离变压器可抑制3次谐波对上游配电系统的影响。
4.隔离变压器设置位置的探讨
从UPS的工作原理图中可以看出，UPS的供电回路一般有整流、逆变及旁路回路。只有将UPS中的整流、逆变及旁路回路均进行电气隔离，才能完全做到UPS输入与输出的电气隔离。
(1)采用脉冲整流、IGBT逆变方式UPS
采用脉冲整流、IGBT逆变方式的UPS，由于其逆变输出电源没有中性线，且其电压不能达到正常供电的需求。因此，对于该类型的UPS，为了增加中性线及提升输出电压，在逆变器的输出端设置隔离变压器是必须的。另外，还可在旁路输入端设置隔离变压器，以达到旁路回路电气隔离的目的。其中，设置在逆变器输出端的隔离变压器的变比一般为1∶1.22，且该变压器必须紧跟着逆变器设置。对于旁路输入端设置的隔离变压器，要做到静态旁路及手动旁路同时隔离，则需在其共同的输入端设置隔离变压器，该隔离变压器的变比为1∶1。
(2)采用IGBT整流、IGBT逆变方式的UPS
a.由于可控硅整流是通过斩波的方式来实现的，也就是说得到恒定的输出电压的代价就必定需要牺牲部分能量，并会产生谐波干扰。目前市场上通常使用的12脉冲整流装置的UPS，其输入功率因数最大约为95%，电流谐波输入畸变率THDI值通常在10～15(%)。随着IGBT技术的发展，IGBT技术也逐渐应用到整流器。IGBT整流利用高频切换脉宽调制技术获得稳定的直流电，因此可以得到较高的输入功率因数(大于99%，接近于1)，同时也最大限度地降低了电流谐波输入畸变率THDI值(<5%)。基于上述优点，采用IGBT整流技术的UPS也越来越多地被应用；
b.对于目前市场上推出的采用双IGBT(即整流装置及逆变装置均采用IGBT元器件的设备)的高频UPS，由于其已具有DC/DC升压环节，其输出侧不再必须加装升压变压器。又由于采用了双IGBT的方式，所以逆变器输出端已带有中性线，可以满足对负载供电的要求。如此一来，对于采用双IGBT的高频UPS配置隔离变压器也就成了选配件；
c.从消除共模干扰及滤除3n次谐波的作用考虑，对于采用双IGBT的高频UPS，通常在逆变器的输出端及旁路的输入端设置隔离变压器。
采用双IGBT的高频UPS，在逆变器及旁路的共同输出端设置一个隔离变压器。从理论上说，可以起到供电电网与用电设备的电气隔离作用。但是，由于此时的隔离变压器没有被旁路，当该隔离变压器出现故障或需维修时，系统不得不断电，因此降低了供电的可靠性。

5.总结
虽然隔离变压器在UPS的选购中是选配件，但其在UPS系统中起到了非常重要的作用，随着设置位置的不同，其功能也大不相同。

审核编辑黄宇