ups系统中隔离变压器的功能

隔离变压器的性能及其在ups电源供电系统中的作用 这里讲的隔离变压器指的是工作在50Hz频率下的工频变压器，在ups不间断电源供电系统中，隔离变压器是个主要部件。视ups电源结构的不同和供电系统环境的差别，隔离变压器的功能和设置方法也不尽相同，所以并不能一概而论地存ups电源供电系统中都配置隔离变压器。我们首先要了解隔离变压器的功能以及它在ups电源供电系统中的作用，然后才能决定在什么情况下不用隔离变压器、什么情况下必须配置隔离变压器。 隔离变压器在ups电源供电系统中的功能 在ups电源供电系统中之所以要配置隔离变压器，有些是ups电源设备本身要求的，变压器足ups电源电路的一个重要的组成部分；有的是为了改善系统供电质量而设置的；还有的是为了电网与负载设备要求的电压置式之间的匹配而设置的。 (1)ups电源输入12拥整流必须配置隔离变抓器 当ups电源是传统双变换在线式刚，由于其输入的AC／DC变换是可控整流电路，输人功率因数低，而输入电流谐波成份高。对于三相输入6脉冲整流而言，输入功率因数在0 .8 左右输入谐波成分在30％以上，剥电网形成严重的污染，降低电网能量的利用率，同时要求增大系统配置的功率容量和设备成本。为了改善传统耿变换ups电源对电网污染的问题，最早采用的电路措施是改6脉冲整流为12脉冲整流，由于脉冲个数增加一倍，同时在输入端增加相应的滤波器后，可有效地将其输入功率因数提高到0. 95，将输入电流谐波成份降到10％以下，但这一改进措施要求增加一个隔离变压器和相应的滤波器(参见第4章的图4-19)。 由于12脉冲整流用的隔离变压器体积大，很重，通常是附加一个单独的机柜，所以ups不间断电源生产厂商只作为ups电源的可选件向用户提供。 (2)输出DC／AC全桥逆变器需要隔离变压器 当UPS的DC／AC逆变器由全桥电路组成时，输出端必须加隔离变压器，该变压器在传统双变换ups电源电路结构中的主要功能有两个：一是在电压的两次变换中完成升压功能，保证在电网电压下限和输出满负荷的情况下，ups电源能输出稳定的380V/220V额定电压；二是为传统双变换ups电源全桥逆变器三相输出提供零线，以满足单相输入电源负载的供电要求。所以输出隔离变压器是传统取变换ups电源电路结构的必备的组成部分。 (3)配电系统零-地电位差超过要求时需要加隔离变压器 在计算机机房供电系统中，交流电输入零线和机房地线存在着零一地电位差，这是一种常见的现象。当机房中存在零一地电位差时，说明该机房的配电和零地系统有问题。 目前我国主要采用三相四线制或者三相五线制配电系统，适用三相负荷比较均衡且单相负荷较小的场所。在这样的系统中，零线和保护地除在电力变压器中点共同接大地外，在机房中两线没有任何电气连接。如果系统中存在一定数量的单相负荷，就难以实现三相负荷平暂，零线上的不平衡电流，加上线路中存在着外关电源或整流器产生的高次谐波(主要是三的整数倍次)电流及荧光灯引起的高次谐波电流等，都会在零线上叠加，且由于各负载用电量变化和用电的不同时性，使得零线中电流时人时小，极不稳定，造成零点接地电位不稳定要移，不但使设备外壳带电，对人身不安全，而且南于电位基准点上叠加了漂移电位，从而使以其为基准电位的电子设备受到噪声电压的干扰，工作不稳定。 在三相供电接地系统中，如果供电系统所在地距离变压器中线接地点较远，可在系统所在地重复接地，形成个新的TN—S供电系统。在计算机机房供电系统中，当由于系统内部某些设备的工作状态而产生零一地电位差时，通常不允许采用重复接地的办法加以解决。 如果在关键的设备前面把已存在零一地电位差的零线硬性接地，迫使该处的零线电位保持零电位，其结果是存电力配电进线点(输入配电柜)到重复接地点之间，形成零线与地线并联，零线中本已存在的电流将按阻抗的大小往零线与地线中苹新分配，地线中一旦有电流流过，必然会影响到整个接地系统，加大接地系统形成的干扰，特别是加大了同一供电系统中的各个电子设备之间的相互干扰，造成整个系统各用电设备工作都不稳定。 在二相五线供电系统中，零线中存在电流是不可避免的，而零-地电位差则反映了配电和接地系统的质量，设想如果系统中零线导体的截面足够大，使其传输阻抗接近零，那么，同样的零线电流在这样的接地系统中形成的零地电位差就会大大减小。所以些电子设备厂商就以零-地电位差做为衡量配电和接地系统的标准。 用无限加大零、地线截面的方法是很困难的，且效粜也很难达到理想的要求。解决供电系统零-地电位差最有效的办法是在关键的电了设备前加隔离变压器。此隔离变压器可以是为此设备供电的电源设备的部分，可以是被供电设备的一部分，即带变压器输入的电子设备，也可以在被供电设备前刚加一个隔离变压器。用此方法可从根本上解决零地电压差的问题，同时又不对整个供电系统质量产生影响。 (4)当电网和负载电流电源的制式不同时需要配置隔离变压器 如果要把为某一特定市场设训的ups电源其他供电设备销售到别的国家去，或者系统重所用的计算机设备来自不同的国家，那么首先要解决不同国家电源制式(标准)不一样的问题。世界各国的电源标准有以下几种： 50Hz：100V、110V、115V、120v、127V、：220V、230V、240V： 60Hz：100V、110V、115V、120V、127V、．220V，、230V。 要求供电设备或负载设备本身解决这个问题u，能花费很大，甚至难以解决，但在供电系统中解决不同设备的工作电压幅值不同的问题却比较容易，只要在需要改变电压幅值的设备(包括供电设备和负载设备)前面配置同容量的符合电压变比的变压器就叫以了。用于这种目的的变压器可以是隔离的，也可以是不具备隔离功能的自耦型的。要解决频率的差别就团难得多，通常要增加有变频功能的供电设备。 (5)三相输入单相输出变压器 三相输入单相输出是当前ups电源输入输出电压配置中的一种，主要应用场合是：电网环境是三相380v动力电，而负载是功率不大的单相输入的设备，且负载功率集中，有时是一台ups电压只带一台设备(例如医疗设备、工业控制设备等)。此时ups电源具备不停电供电和改变电压制式双重功能，这就是所谓的三进单出ups电源。对于传统取变换ups电源而言，系统正常工作时，尽管是单相输出并接单相负载，而输入端的三相电流还是平衡的(不平衡度取决于ups电源性能)。但是，当输出过载或ups电源故障时，ups不间断电源系统转旁路运行，此时将由三相市电中的一相对单相负载供电，这不仅会造成市电三相电流100％的不平衡，在设计ups电源输入系统时，还必须按单相负载的用电容量配置三相输入每一相的容量，其结果是三相输入的总供电容量和相应的其他三相供电设备(包括变压器、配电开关、线缆等)的总容量都三倍于负载的用电容量，大幅度提高了系统建造成本，降低了系统运行效率。 采用三相输入单相输出变压器可缓解上面的问题。具体做法是在ups电源旁路系统(包括静态旁路和维修用的手动旁路)配置个3/1变压器，如图5-10所示。 图5-10 3／1变压器的配置方法  图5-10中，三相线电压直接输入到ups电源，输出则产生一个零线N以满足单相负载的需要，因为ups电源逆变器输出和旁路输出都配置了隔离变压器，所以输出的零线可以在此处接地，形成个新的TN—S接地系统。 3／1变压器的形式有多种，但无论哪种形式都不能完全解决在旁路状态下三相输入电流的平衡问题。 图5-11是常用的形式之一。变压器原副边采用△按法，输入三相电压的额定值为380V，副边输出只有两个绕组，分别与U12和u31绕在同一个芯柱上，绕组电压为Va和Vb，且Va=Vb。按图极性连接得出输出电压Vo，Vo=220V。 图5-11 3/1变压器结构   图5-12是图5-11 3／1变压器的电压的向量关系。图中Vo、V2、V3为三相相电压，Vb与U31同相，Va与U12反相。 图5-13中，ups电源三相输入电流为： 由以上数据可知，使用3/1隔离变压器的最终效果是，当ups电源转旁路工作时，输入电流不平衡度由100％降到50％：输入最大相电流是单相负载电流的2/3，在配置ups电源输入系统时，每相的输入电流都以单相负载电流的2/3设计，三相输入的总供电容量和相应的三相供电设备(包括变压器、配电开关、线缆等)的总容量都由没有1／3隔离变压器时负载用电容量三倍降到两(3*2／3)倍。可见1/3隔离变压器起到了一定地降低系统建造成本、提高系统运行效率的作用。