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高頻機型UPS電源零地電壓偏高問題

2023年02月12日 10:45:14      來源:廣州市漫聯(lián)電子科技有限公司 >> 進入該公司展臺      閱讀量:28

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有人說零地電壓偏高也是個"致命弱點",這種觀點也值得商榷。據(jù)說,"來自IGBT脈寬調(diào)制整流器和逆變器的高頻PWM型的干擾電壓,以幅度值較高的。零地電壓'形式通過零線被直接反饋到UPS電源輸入供電系統(tǒng)和輸出供電系統(tǒng)的零線上,從而危害用電設備的安全運行"。在這里應該說明的是,工頻機型和高頻機型UPS電源的IGBT逆變器是一樣的器件、頻率和工作原理,所以"干擾"也應該是一樣的。而整流器則不然,晶閘管整流器的干擾遠比IGBT整流器大得多,即使是12脈沖整流加11次諧波濾波器(增加了相當大的重量、體積和造價),一般也不能達到IGBT的指標。按照一些人的說法,高頻機的兩項干擾就能直接加到UPS電源輸入供電系統(tǒng)和輸出供電系統(tǒng)的零線上,從而危害用電設備的安全運行。難道干擾更大的工頻機型UPS電源這兩項就加不到這些地方嗎?至于零地電壓是如何能加到用電設備上,后面有專門的討論。的確,高頻機型UPS電源零地電壓和工頻機型UPS電源相比因無輸出隔離變壓器的次級接地環(huán)節(jié),有時是"偏高"了一點。這是由于在單電源結(jié)構(gòu)中電路結(jié)構(gòu)多了一只管子的壓降,如圖6(a)所示。圖中給出了高次諧波濾波電流路徑。由于逆變器的工作方式是脈寬調(diào)制(PWM),就是說正弦波電壓被"高頻"調(diào)制成寬度不等的方波形式輸出,但由于負載端需要的是正弦波電壓,所以在到達負載之前,PWM波必須經(jīng)濾波器解調(diào),將PWM方波中的高頻成分濾掉而只保留正弦波成分。于是這部分高次諧波成分就會經(jīng)濾波器被送回電源負端。在這里僅以Uc為例看高次諧波電流路徑:

  GB十→VT1→低通濾波器LC→到達零線→VT8GB

  從這里可以看出,由于零線電流經(jīng)過了一只VT7,或VT8,位置的IGBT管,所以使零線上多了一個管子壓降環(huán)節(jié),增高了零地電壓。

  但電池到UPS電源之間有一段距離,這就加長了零線的長度,也會使零線上的壓降有所增加。盡管如此如今技術(shù)都會將兩種高頻機結(jié)構(gòu)UPS電源的零地電壓做到lV以下。

  對于工頻機結(jié)構(gòu)UPS電源而言,由于有了輸出變壓器,就使得零線壓降的減小有了可能。工頻機結(jié)構(gòu)UPS電源高次諧波濾波電流路徑就短得多,因為這里高次諧波電流的回程路徑就在變壓器附近及內(nèi)部。

  至于"只有零地電壓小于1.5V才是IT設備的安全運行條件"的結(jié)論卻值得商榷。因為中國電信已遠遠突破了這個,實際測試表明零地電壓甚至高達2lV,一百多臺數(shù)字機器也仍未發(fā)現(xiàn)有異?,F(xiàn)象。

  要知道,導致零線上電壓降的因素不止高次諧波一種原因,另外還有三相負載不平衡以及零線電阻等因素。一般說三相輸出電源的零線電流大都小于單相輸出電源的相線電流,這是因為三相輸出時的三相電流在零線上是相量和的結(jié)果,相互之間有抵消作用。圖7表示出了其中幾種情況的相量關(guān)系。圖7(a)表示三相電流相等的情況,即IAIB=Ic。在此情況下可以看出,任何兩相電流的相量和都等于符號相反的第三個電流值。在這里是IAIB從的相量和IAB=-Ic,二者相量相加為零。這時零線上的壓降僅取決于諧波電流和零線電阻。這也是零地電壓最小的情況。圖7(b)表示的是A相電流小而BC兩相電流相等且大于A相電流的情況即:IB=Ic>IA可以看出,此時IAIB相量和的值|IAB|=|-IC|,二者不能抵消,于是零線上獻出現(xiàn)部分負載電流,此時零線上的電流就變成了部分負載電流與諧波電流兩部分相加,使零線壓降增大。圖7(c)表示的是C相電流為零而B、A兩相電流相等的情況即IA=IB,IC=0從圖中相量和可以看出IAIB的相量和|IAB|=|IA|=|IB|換句話說,在這種情況下零線上的電流等于一相的電流值。同樣還可以得出在只有一相電壓有負載時,零線上的電流也是一相的電流值。并且如果不考慮諧波電流的作用,零線上的電流值不超過一相的電流值。當然如果有三次諧波與三次倍數(shù)的高次諧波疊加就會增大零線上的壓降,當然也增大了零地電壓。所以問題的提出者為了證明自己的觀點,還給出了工頻機型UPS電源的零地電壓為0.8V,而高頻機結(jié)構(gòu)UPS電源的零地電壓高于1.5V的數(shù)字。實際上這個數(shù)字是沒有意義的,不能說明任何問題,因為零地電壓不用變壓器就可以很容易地降到lV甚至O.8V以下。在上述幾種負載電流與諧波電流組合不同的情況下,其零地電壓也不同,有的高達lOV以上。不論工頻機型UPS電源還是高頻機型UPS電源的零地電壓都會有高于或低于1.5V的情況。

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