【收藏】UPS系統中隔離變壓器的功能

? ? ? ?文中隔離變壓器指的是工作在50Hz頻率下的工頻變壓器，在ups不間斷電源供電系統中，隔離變壓器是個主要部件。ups電源電路結構的不同和供電系統環境的差別，隔離變壓器的功能和設置方法也不盡相同，所以并不能一概而論ups電源供電系統中都配置隔離變壓器。

? ? ? ?我們首先要了解隔離變壓器的功能以及它在ups電源供電系統中的作用，然后才能決定在什么情況下不用隔離變壓器、什么情況下必須配置隔離變壓器。?

• 隔離變壓器在ups電源供電系統中的功能?

? ? ? ?在ups電源供電系統中之所以要配置隔離變壓器，有些是ups電源設備本身要求的，變壓器足ups電源電路的一個重要的組成部分；有的是為了改善系統供電質量而設置的；還有的是為了電網與負載設備要求的電壓置式之間的匹配而設置的。

• UPS電源輸入12脈沖整流必須配置隔離變壓器?

? ? ? ?當ups電源是傳統雙變換在線式，由于其輸入的AC／DC變換是可控整流電路，輸人功率因數低，而輸入電流諧波成份高。對于三相輸入6脈沖整流而言，輸入功率因數在0 .8 左右輸入諧波成分在30％以上，剝電網形成嚴重的污染，降低電網能量的利用率，同時要求增大系統配置的功率容量和設備成本。為了改善傳統耿變換ups電源對電網污染的問題，較早采用的電路措施是改6脈沖整流為12脈沖整流，由于脈沖個數增加一倍，同時在輸入端增加相應的濾波器后，可有效地將其輸入功率因數提高到0. 95，將輸入電流諧波成份降到10％以下，但這一改進措施要求增加一個隔離變壓器和相應的濾波器。

? ? ? ?由于12脈沖整流用的隔離變壓器體積大，很重，通常是附加一個單獨的機柜，所以ups不間斷電源生產廠商只作為ups電源的可選件向用戶提供。?

• 輸出DC／AC全橋逆變器需要隔離變壓器?

? ? ? ?當UPS的DC／AC逆變器由全橋電路組成時，輸出端必須加隔離變壓器，該變壓器在傳統雙變換ups電源電路結構中的主要功能有兩個：一是在電壓的兩次變換中完成升壓功能，保證在電網電壓下限和輸出滿負荷的情況下，ups電源能輸出穩定的380V/220V額定電壓；二是為傳統雙變換ups電源全橋逆變器三相輸出提供零線，以滿足單相輸入電源負載的供電要求。所以輸出隔離變壓器是傳統取變換ups電源電路結構的必備的組成部分。?

• 配電系統零-地電位差超過要求時需要加隔離變壓器?

? ? ? ?在計算機機房供電系統中，交流電輸入零線和機房地線存在著零一地電位差，這是一種常見的現象。當機房中存在零一地電位差時，說明該機房的配電和零地系統有問題。?

? ? ? ?目前我國主要采用三相四線制或者三相五線制配電系統，適用三相負荷比較均衡且單相負荷較小的場所。在這樣的系統中，零線和保護地除在電力變壓器中點共同接大地外，在機房中兩線沒有任何電氣連接。如果系統中存在一定數量的單相負荷，就難以實現三相負荷平暫，零線上的不平衡電流，加上線路中存在著外關電源或整流器產生的高次諧波(主要是三的整數倍次)電流及熒光燈引起的高次諧波電流等，都會在零線上疊加，且由于各負載用電量變化和用電的不同時性，使得零線中電流時大時小，極不穩定，造成零點接地電位不穩定要移，不但使設備外殼帶電，對人身不安全，而且難于電位基準點上疊加了漂移電位，從而使以其為基準電位的電子設備受到噪聲電壓的干擾，工作不穩定。?

? ? ? ?在三相供電接地系統中，如果供電系統所在地距離變壓器中線接地點較遠，可在系統所在地重復接地，形成個新的TN—S供電系統。在計算機機房供電系統中，當由于系統內部某些設備的工作狀態而產生零一地電位差時，通常不允許采用重復接地的辦法加以解決。?

? ? ? ?如果在關鍵的設備前面把已存在零一地電位差的零線硬性接地，迫使該處的零線電位保持零電位，其結果是存電力配電進線點(輸入配電柜)到重復接地點之間，形成零線與地線并聯，零線中本已存在的電流將按阻抗的大小往零線與地線中平行分配，地線中一旦有電流流過，必然會影響到整個接地系統，加大接地系統形成的干擾，特別是加大了同一供電系統中的各個電子設備之間的相互干擾，造成整個系統各用電設備工作都不穩定。?

? ? ? ?在二相五線供電系統中，零線中存在電流是不可避免的，而零-地電位差則反映了配電和接地系統的質量，設想如果系統中零線導體的截面足夠大，使其傳輸阻抗接近零；那么，同樣的零線電流在這樣的接地系統中形成的零地電位差就會大大減小。所以有些電子設備廠商就以零-地電位差做為衡量配電和接地系統的標準。

? ? ? ?用無限加大零、地線截面的方法是很困難的，且效果也很難達到理想的要求。解決供電系統零-地電位差較有效的辦法是在關鍵的電力設備前加隔離變壓器。此隔離變壓器可以是為此設備供電的電源設備的部分，可以是被供電設備的一部分，即帶變壓器輸入的電子設備，也可以在被供電設備前加一個隔離變壓器。用此方法可從根本上解決零地電壓差的問題，同時又不對整個供電系統質量產生影響。?

• 當電網和負載電流電源的制式不同時需要配置隔離變壓器?

? ? ? ?如果要把為某一特定市場設定的ups電源其他供電設備銷售到別的國去，或者系統中所用的計算機設備來自不同的國，那么首先要解決不同國電源制式(標準)不一樣的問題。世界各國的電源標準有以下幾種：?

50Hz：100V、110V、115V、120v、127V、：220V、230V、240V；

60Hz：100V、110V、115V、120V、127V、．220V，、230V。?

? ? ? ?要求供電設備或負載設備本身解決這個問題，能花費很大，甚至難以解決，但在供電系統中解決不同設備的工作電壓幅值不同的問題卻比較容易，只要在需要改變電壓幅值的設備(包括供電設備和負載設備)前面配置同容量的符合電壓變比的變壓器就可以了。用于這種目的的變壓器可以是隔離的，也可以是不具備隔離功能的自耦型的。要解決頻率的差別就困難得多，通常要增加有變頻功能的供電設備。?

• 三相輸入單相輸出變壓器?

? ? ? ?三相輸入單相輸出是當前ups電源輸入輸出電壓配置中的一種，主要應用場合是：電網環境是三相380v動力電，而負載是功率不大的單相輸入的設備，且負載功率集中，有時是一臺ups電壓只帶一臺設備(例如醫療設備、工業控制設備等)。

? ? ? ?此時ups電源具備不停電供電和改變電壓制式雙重功能，這就是所謂的三進單出ups電源。對于傳統取變換ups電源而言，系統正常工作時，盡管是單相輸出并接單相負載，而輸入端的三相電流還是平衡的(不平衡度取決于ups電源性能)。但是，當輸出過載或ups電源故障時，ups不間斷電源系統轉旁路運行，此時將由三相市電中的一相對單相負載供電，這不僅會造成市電三相電流100％的不平衡，在設計ups電源輸入系統時，還必須按單相負載的用電容量配置三相輸入每一相的容量，其結果是三相輸入的總供電容量和相應的其他三相供電設備(包括變壓器、配電開關、線纜等)的總容量都三倍于負載的用電容量，大幅度提高了系統建造成本，降低了系統運行效率。?

? ? ? ?采用三相輸入單相輸出變壓器可緩解上面的問題。具體做法是在ups電源旁路系統(包括靜態旁路和維修用的手動旁路)配置個3/1變壓器，三相線電壓直接輸入到ups電源，輸出則產生一個零線N以滿足單相負載的需要，因為ups電源逆變器輸出和旁路輸出都配置了隔離變壓器，所以輸出的零線可以在此處接地，形成個新的TN—S接地系統。?

? ? ? ?3/1變壓器的形式有多種，但無論哪種形式都不能完全解決在旁路狀態下三相輸入電流的平衡問題。使用3/1隔離變壓器的效果是，當ups電源轉旁路工作時，輸入電流不平衡度由100％降到50％：輸入最大相電流是單相負載電流的2/3，在配置ups電源輸入系統時，每相的輸入電流都以單相負載電流的2/3設計，三相輸入的總供電容量和相應的三相供電設備(包括變壓器、配電開關、線纜等)的總容量都由沒有1／3隔離變壓器時負載用電容量三倍降到兩(3*2／3)倍?？梢?/3隔離變壓器起到了一定地降低系統建造成本、提高系統運行效率的作用。?

（文章來自網絡，侵刪）