教你如何選擇工頻逆變器與高頻逆變器

用戶在購買大功率逆變器的時候，常常面臨在工頻機和高頻機之間進行選擇的困惑。就逆變器廠商方面而言，當然都認為是自己的好，“公說公有理，婆說婆有理”。提供工頻機的廠商說工頻機穩(wěn)定性和可靠性高;提供高頻機的廠商會說高頻機節(jié)省空間，成本相對較低等諸如此類的說法。其實，工頻機和高頻機到底孰優(yōu)孰劣，很難一概而論，可以說各有利弊。用戶應(yīng)當在全面認識這兩種逆變器機型的基礎(chǔ)上，客觀審視自身的應(yīng)用和需求，選擇適合自己需要的產(chǎn)品。

工頻機和高頻機的原理分析

工頻機和高頻機是按逆變器的設(shè)計電路工作頻率來區(qū)分的。工頻機是以傳統(tǒng)的模擬電路原理設(shè)計，由晶閘管(SCR)整流器、IGBT逆變器、旁路和工頻升壓隔離 變壓器組成。因其整流器和變壓器工作頻率均為工頻50Hz，顧名思義叫工頻逆變器。高頻機通常由IGBT高頻整流器、電池變換器、逆變器和旁路組成。 IGBT可以通過控制加在門極的驅(qū)動來控制其開通與關(guān)斷，IGBT整流器開關(guān)頻率通常在幾千赫到幾十千赫，甚至高達上百千赫，遠遠高于工頻機，因此稱為高頻逆變器。

在工頻逆變器電路中，主路三相交流輸入經(jīng)過換相電感，接到三個SCR橋臂組成的整流器之后變換成直流電壓，通過控制整流橋SCR 的導通角來調(diào)節(jié)輸出直流電壓值。由于SCR屬于半控器件，控制系統(tǒng)只能控制開通點，一旦SCR導通之后，即使門極驅(qū)動撤消，也無法關(guān)斷，只有等到其電流為 零之后才能自然關(guān)斷，所以其開通和關(guān)斷均是基于一個工頻周期，不存在高頻的開通和關(guān)斷控制。由于SCR整流器屬于降壓整流，所以直流母線電壓經(jīng)逆變輸出的 交流電壓比輸入交流電壓低，要使輸出相電壓能夠得到恒定的220V電壓，就必須在逆變輸出增加升壓隔離變壓器。

相比而言，高頻逆變器整流屬 于升壓整流，其輸出直流母線的電壓比輸入線電壓的峰值高，一般典型值為800V左右，如果電池直接掛接母線，所需要的標配電池節(jié)數(shù)需要67節(jié)，這樣給實際 應(yīng)用帶來極大的限制。因此一般高頻逆變器會單獨配置一個電池電壓變換器，市電正常的時候電池變換器把800V的母線電壓降到電池組電壓；市電故障或超限時，電池變換器把電池組電壓升高到800V的母線電壓。由于高頻機母線電壓為800V左右，所以逆變器輸出相電壓可以直接達到220V，逆變器之后就不再需要升壓變壓器。因此，有無隔離變壓器是工頻機與高頻機在結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別。

逆變器輸出隔離變壓器的作用

隔離變壓器是利用電磁感應(yīng)原理，對配電或信號進行電氣隔離的裝置。隔離變壓器在逆變器中通常被設(shè)計在逆變器的輸出端，可以起到增加逆變器性能改善負載端供電質(zhì)量的作用。通常，逆變器的輸出隔離變壓器有以下四大優(yōu)點：

1、降低零地電壓，優(yōu)化逆變器末端供電網(wǎng)絡(luò)

逆變器的逆變輸出安裝隔離變壓器可以隔離輸入和輸出之間的電氣連接，從而有效地降低輸出的零地電壓。由于隔離變壓器的副邊繞組采用Y型接法，中性點接地后產(chǎn)生新的零線，從而達到降低零地電壓的目的。事實上，HP、IBM、SUN的小型機因為要保證精密的計算能力與高可靠的數(shù)據(jù)處理傳輸能力，都會對零地電壓有極高的要求，加裝隔離變壓器可以徹底解決因為零地電壓偏高所造成的一些問題。

2、濾除負載端諧波，提高供電質(zhì)量

隔離變壓器本身具有電感特性，輸出隔離變壓器可以濾除負載端的大量低次諧波，減少高頻干擾，并可以使高次諧波大幅度衰減。采用電源隔離變壓器，可以有效地抑制竄入交流電源中的噪聲干擾，提高設(shè)備的電磁兼容性。

3、增強過載短路保護能力，保護負載與逆變器主機

由于其自身的特性，隔離變壓器是逆變器中工作最為穩(wěn)定的器件。逆變器在正常工作過程中，如果遇到大的短路電流，變壓器會產(chǎn)生反向電動勢，延緩短路電流對負載以及逆變器的沖擊破壞，具有保護負載與逆變器主機的作用。

4、“通交流阻直流”，UPS故障時保護負載

高額逆變器的AC/DC變換部分采用高頻化設(shè)計，提高了逆變器的輸入功率因數(shù)(0。98以上)及輸入電壓范圍，DC/AC逆變部分高頻化減少了輸出濾波電感 的體積，功率密度大。由于無輸出隔離變壓器，一旦逆變器橋臂的IGBT被擊穿短路，BUS母線直流高電壓將加到負載上，危及負載的安全。輸出隔離變壓器具有“通交流阻直流”的能力，可以解決此類問題，在逆變器發(fā)生故障時能夠使負載安全運行。

工頻機和高頻機的性能對比

(1)在可靠性方面，工頻機要優(yōu)于高頻機

工頻機采用晶閘管(SCR)整流器，該技術(shù)經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展和革新，已經(jīng)非常成熟，其抗電流沖擊能力非常強。由于SCR屬于半控器件，不會出現(xiàn)直通、誤觸發(fā)等故障。相比而言，高頻機采用的IGBT高頻整流器雖然開關(guān)頻率較高，但是IGBT工作時有嚴格的電壓、電流工作區(qū)域，抗沖擊能力較低。因此在總體可 靠性方面，IGBT整流器比SCR整流器低。

(2)在環(huán)境適應(yīng)性方面，高頻機要優(yōu)于工頻機

高頻機是以微處理器作為處理控制中 心，將繁雜的硬件模擬電路燒錄于微處理器中，以軟件程序的方式來控制UPS的運行。因此，體積、重量等方面都有明顯的降低，噪音也較小，對空間、環(huán)境影響小，因此比較適合于對可靠性要求不太苛刻的辦公場所。正因為如此，許多廠家的中小功率UPS普遍推出了高頻機。

(3)在負載對零地電壓的要求方面，工頻機要優(yōu)于高頻機

大 功率三相高頻機零線會引入整流器并作為正負母線的中性點，這種結(jié)構(gòu)就不可避免地造成整流器和逆變器高頻諧波耦合在零線上，抬升零地電壓，造成負載端零地電 壓抬高，很難滿足IBM、HP等服務(wù)器廠家對零地電壓小于1V的場地需求。另外，在市電和發(fā)電機切換時，高頻機往往因零線缺失而必須轉(zhuǎn)旁路工作，在特定工況下可能造成負載閃斷的重大故障。工頻機因整流器不需要零線參與工作，在零線斷開時，UPS可以保持正常供電。

結(jié)束語

從結(jié)構(gòu)上講，工頻機逆變器和高頻機逆變器的差異主要表現(xiàn)在隔離變壓器上，而工頻機對隔離變壓器的使用，在很大程度上提升了逆變器的可靠性。從綜合性能方面來 講，工頻機和高頻機則各有優(yōu)劣，至少在當前，不存在誰取代誰的問題。用戶在選購設(shè)備的時候應(yīng)當立足于自身的實際需要，而不是盲目跟從。比如，用戶要建設(shè)中大型的數(shù)據(jù)中心，那么對可靠性和穩(wěn)定性的要求就應(yīng)當放在第一位，大功率的工頻機逆變器就應(yīng)當是首選，如果是一般的辦公場所應(yīng)用，或者主要考慮到設(shè)備對空間的占用，則可以采用高頻機逆變器。