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高频机型UPS电源零地电压偏高问题
  有人说零地电压偏高也是个"致命弱点",这种观点也值得商榷。据说,"来自IGBT脉宽调制整流器和逆变器的高频PWM型的干扰电压,以幅度值较高的。零地电压'形式通过零线被直接反馈到UPS电源输入供电系统和输出供电系统的零线上,从而危害用电设备的安全运行"。在这里应该说明的是,工频机型和高频机型UPS电源的IGBT逆变器是一样的器件、频率和工作原理,所以"干扰"也应该是一样的。而整流器则不然,晶闸管整流器的干扰远比IGBT整流器大得多,即使是12脉冲整流加11次谐波滤波器(增加了相当大的重量、体积和造价),一般也不能完全达到IGBT的指标。按照一些人的说法,高频机的两项干扰就能直接加到UPS电源输入供电系统和输出供电系统的零线上,从而危害用电设备的安全运行。难道干扰更大的工频机型UPS电源这两项就加不到这些地方吗?至于零地电压是如何能加到用电设备上,后面有专门的讨论。的确,高频机型UPS电源零地电压和工频机型UPS电源相比因无输出隔离变压器的次级接地环节,有时是"偏高"了一点。这是由于在单电源结构中电路结构多了一只管子的压降,如图6(a)所示。图中给出了高次谐波滤波电流路径。由于逆变器的工作方式是脉宽调制(PWM),就是说正弦波电压被"高频"调制成宽度不等的方波形式输出,但由于负载端需要的是正弦波电压,所以在到达负载之前,PWM波必须经滤波器解调,将PWM方波中的高频成分滤掉而只保留正弦波成分。于是这部分高次谐波成分就会经滤波器被送回电源负端。在这里仅以Uc为例看高次谐波电流路径:

  GB十→VT1→低通滤波器LC→到达零线→VT8GB

  从这里可以看出,由于零线电流经过了一只VT7,或VT8,位置的IGBT管,所以使零线上多了一个管子压降环节,增高了零地电压。

  但电池到UPS电源之间有一段距离,这就加长了零线的长度,也会使零线上的压降有所增加。尽管如此如今技术都会将两种高频机结构UPS电源的零地电压做到lV以下。

  对于工频机结构UPS电源而言,由于有了输出变压器,就使得零线压降的减小有了可能。工频机结构UPS电源高次谐波滤波电流路径就短得多,因为这里高次谐波电流的回程路径就在变压器附近及内部。

  至于"只有零地电压小于1.5V才是IT设备的安全运行条件"的结论却值得商榷。因为中国电信已远远突破了这个禁区,实际测试表明零地电压甚至高达2lV,一百多台数字机器也仍未发现有异常现象。

  要知道,导致零线上电压降的因素不止高次谐波一种原因,另外还有三相负载不平衡以及零线电阻等因素。一般说三相输出电源的零线电流大都小于单相输出电源的相线电流,这是因为三相输出时的三相电流在零线上是相量和的结果,相互之间有抵消作用。图7表示出了其中几种情况的相量关系。图7(a)表示三相电流相等的情况,即IAIB=Ic。在此情况下可以看出,任何两相电流的相量和都等于符号相反的第三个电流值。在这里是IAIB从的相量和IAB=-Ic,二者相量相加为零。这时零线上的压降仅取决于谐波电流和零线电阻。这也是零地电压最小的情况。图7(b)表示的是A相电流小而BC两相电流相等且大于A相电流的情况即:IB=Ic>IA可以看出,此时IAIB相量和的绝对值|IAB|=|-IC|,二者不能抵消,于是零线上献出现部分负载电流,此时零线上的电流就变成了部分负载电流与谐波电流两部分相加,使零线压降增大。图7(c)表示的是C相电流为零而BA两相电流相等的情况即IA=IBIC=0从图中相量和可以看出IAIB的相量和|IAB|=|IA|=|IB|换句话说,在这种情况下零线上的电流等于一相的电流值。同样还可以得出在只有一相电压有负载时,零线上的电流也是一相的电流值。并且如果不考虑谐波电流的作用,零线上的电流最大值不超过一相的电流值。当然如果有三次谐波与三次倍数的高次谐波叠加就会增大零线上的压降,当然也增大了零地电压。所以问题的提出者为了证明自己的观点,还给出了工频机型UPS电源的零地电压为0.8V,而高频机结构UPS电源的零地电压高于1.5V的数字。实际上这个数字是没有意义的,不能说明任何问题,因为零地电压不用变压器就可以很容易地降到lV甚至O.8V以下。在上述几种负载电流与谐波电流组合不同的情况下,其零地电压也不同,有的高达lOV以上。不论工频机型UPS电源还是高频机型UPS电源的零地电压都会有高于或低于1.5V的情况。