工頻機UPS輸出變壓器在電路中是在抗干擾嗎？

——王其英    

    一、前言

    根據歷史的發展規律，當前正值高頻機型UPS替代工頻機型UPS的過渡時期，在這個時期，以前一直不被人們注意的輸出變壓器現在竟成了“搶手貨”。主要原因是：據說這個變壓器可以抗干擾。所以不但工頻機型UPS的這個變壓器穩固了抗干擾功能，就是已經取消了這個變壓器的高頻機型UPS也必須在輸出端再給加上去。這樣一來，在人們的印象中就好像高頻機型UPS取消變壓器的做法是瞎耽誤工夫，反而成了技術落后的產品。可見宣傳的“魅力”有多大！難怪一些用戶對沒有輸出變壓器的高頻機型UPS抱有懷疑態度：變壓器沒了就不抗干擾了！

    如果上述的宣傳是真理，那么高頻機型UPS就真地沒有立錐之地了。可惜的是UPS輸出變壓器可以抗干擾”說法是“無的放矢”！為了說明這個問題，先解決以下幾個問題：

    輸出變壓器抗干擾的目的是什么？

    UPS輸出變壓器抗的是什么干擾？

    UPS輸出變壓器在電路中是否有干擾可抗？

    這幾個問題搞清楚了，結論也就出來了。

    二、UPS輸出變壓器抗干擾的目的是什么？

    這個問題很好回答，抗干擾的目的就是為了保護設備和電路不受損害。圖1示出了兩種

    UPS供電系統原理方框圖。因為這里談的是輸出變壓器，所以不涉及整流器。從圖1（a）中可以看出，變壓器抗干擾的目的就是為了保護前面的逆變器和后面的負載電路。就是說這個變壓器可以防止逆變器出來的干擾去損害負載電路，或者是負載出來的干擾去損害逆變器。除此二者外沒有第三。

    首先說明，不論是高頻機型UPS，還是工頻機型UPS，在相同規格的情況下，此二者的逆變器是一樣的，負載也是一樣的。既然工頻機型UPS的逆變器需要保護，那么按照變壓器宣傳者的理論，高頻機型UPS的逆變器因沒有變壓器隔離，就不受保護，就應該受到負載干擾的損害，即應該頻繁地損壞。而實踐證明逆變器并未損壞，而且還一直工作很好。比如某品牌高頻機型UPS在近三年間裝機從250kVA到600kVA近300臺無一逆變器損壞的例子，這在工頻機型UPS中也是罕見的。至于負載，只是用電單元，不向逆變器輸送干擾，而且也送不過去。況且逆變器也不是干擾源。關于這一點，不妨用示波器測一下就可看得清楚。所以工頻機型UPS的輸出變壓器在這里并不是起保護作用的環節。

    三、工頻機型UPS輸出變壓器抗的是什么干擾？

    前面已經討論了工頻機型UPS的輸出變壓器在這里既然不是起保護作用的環節，那么它抗干擾的目的是什么呢？真正的問題是：變壓器在這里是不是真地在抗干擾。圖5示出了工頻機型UPS的供電線路電原理圖。圖中的AB兩點表示UPS的輸出端，就在AB這兩點，UPS輸出電壓UUPS的波形失真一般應小于5%（這是指標的要求），是一個很好的正弦波，如圖中所示。但到了負載端，電壓UL的波形就出現了失真，這個失真是如何形成的呢？眾所周知，負載端的工作電流IL是對應正弦波電壓峰值處的脈沖電流，盡管UPS輸出端AB處是很好的正弦波，但電源到負載端有一定距離，而電纜是有阻抗的，所以電纜的長短就決定了阻抗RW的大小：

圖2  UPS供電線路電原理圖

    式中  RW —電纜在某長度l下的阻抗

    r —電纜材料的電阻率

    l—電纜長度

    S—電纜截面積

    XL—電纜在長度l下的電抗

    負載電流在電纜上形成的脈沖電壓降：

    URw=ILRW                                                     （2）

    所以 負載端的電壓就是：

    UL=UUPS-ILR                                （3）

    從式（1）可以看出，在負載端由于RW很大，脈沖壓降也很大，UPS輸出正弦波減去這個線路上的脈沖壓降后，就形成了失真波形。而在AB兩端由于l=0，所以RW =0，此處的電壓波形仍然是很好的正弦波。

    就是說，在變壓器的輸入端，逆變器送來的是很規則的PWM波形而不是干擾，用不著變壓器來抗，負載端的失真波形是負載正常工作后留下的影子，也不是干擾，更不能傳到變壓器的輸出端，所以變壓器在這里沒有干擾可抗。換言之，這個變壓器的輸入和輸出兩端根本就沒有干擾，這就是UPS輸出電壓本來的面貌，并不是變壓器的什么功勞，非要說它在這里抗干擾，這不就是無的放矢么！進一步說，UPS的輸出變壓器是一個一直處在沒有干擾環境中的環節，怎么就斷定它具有抗干擾的能力呢！沒有輸出變壓器的高頻機型UPS在這里也同樣是一個一直處在沒有干擾環境中的環節，怎么就沒有抗干擾的能力呢！就好像兩個一直生活在高山上的兩兄弟，除了山上的小溪就從來就沒有見過江河湖海，“智者”根據什么可以斷定其中一個具有游泳的能力，而另一個就沒有這種能力呢？

    所以說，UPS的輸出變壓器在它的位置上除了變壓和產生零點外，沒做第三件事。

    四、高頻機型UPS加輸出隔離變壓器是“畫蛇添足”

    不管是從理論上還是實際應用中都可以看出，從兩種UPS的輸出端開始到負載端的這段線路的供電效果是完全一樣的：有變壓器是這樣，沒有變壓器也是這樣，這是不可辯駁的事實。既然如此，為什么還要加這個隔離變壓器呢？這主要是那種“變壓器可抗干擾”的誤導宣傳起了作用。為了鞏固“變壓器可以抗干擾”的的神話地位，“智者”就必須要求高頻機UPS也要加上這個變壓器，才可顯示出這種理論的正確性，如圖4（b）所示。可惜的是在UPS輸出端這個地方沒有任何一方可以送來干擾，如前所述，在這里無任何干擾可抗，再說變壓器根本就沒有抗干擾功能，關于這一點，筆者在多篇文章和書籍中早有論述。所以在這里硬要加進一個變壓器，豈不是“畫蛇添足”！

    加這個變壓器千萬不要理解成是“錦上添花”。錦上添花意味著有它不多，沒它不少。這里可不一樣，加上它不但“多了”，而且還帶來了負面效應。就好像一條寬敞平坦的公路，硬要從當中挖斷而修一座橋。會帶來什么后果呢？增加了車輛爬坡的汽油消耗量，萬一橋面出現情況就會影響交通，比如突然天降大雪，由于濕滑而導致汽車爬不上去，即使上去了下坡時又會有撞車的危險。這就導致了交通中斷。UPS也是這樣：增加了投資和占地面積、增加了功耗和多了一個故障點。這就是花錢買不可靠因素，這也是誰都不愿做的事情啊！
另外一個危害就是如果加了這個變壓器，當多機并聯時，就使得本來沒有環流的高頻機型UPS（如圖5（b）所示），出現了環流，如圖5（a）所示。 

    從圖5（a）可以看出，兩個UPS變壓器次級電壓由于各種參數的差異是不一樣的，由于面壓器內阻是毫歐級數值，也會導致環流。而且由于這個環流路徑上幾乎沒有任何障礙，即使是很小的電壓差也會導致可觀的電流；沒有變壓器的高頻機型UPS就不同了，即使有和變壓器相同的電壓差，由于路徑上的重重障礙（如圖（b）中虛線所示），早把這點電壓吃掉了。因此，高頻機型UPS的并機環流就不用去考慮。■