工频机全桥逆变器UPS输出变压器的功能

　　负载以后再也不经过VT3和VD3，而是经短路线B N直接回到负端N。这样一来，电流就只经过了两只管子：一只整流二极管和一只逆变管IGBT，即规定的路线没走完。图5(b)示出了UPS负载端接地时L 为负压情况下电流的流动路径，也同样少经过两只管子。这会出现什么问题呢?假如一个人到正规商店买东西，要分几步走：选货、开票、交款、取货。如果是少了 两个步骤，比如只选货和交款肯定不行，不开票就无法交款，结果什么也买不到东西;如果只进行交款和取货，这不是正规商店的做法，也不行。总之，少一个步骤 也买不回东西。UPS也一样，少一个步骤就是电路失去了原来的功能，使负载得不到应得的洁净的和稳定的输入电压，UPS反而成了累赘。这还是乐观的情况， 因为输入输出同步，不会出大问题。但在实际应用中就不这么幸运了，几乎100%的UPS在启动瞬间都不是同步的，必需要经过一段时间的跟踪才能达到同步的 目的。

　　以上是理想的同步情况，实际上启动的时机几乎都不是同步的，几乎在100%的场合都是爆炸。为什么会爆炸呢?这是因为在电源起动 瞬间，功率管的开通顺序几乎都不是按照设定的顺序工作，这时的开通顺序是随机的，如图6所示，不但不同步还不同相位，几乎100%情况下的功率管导通是图 6(a)的样子，即当N为正L为负时电流的路径应该是：

　　N→VD1→VT2→R→VT3→VD4→L

　　(a) 输出与输入不同步时的电流路径

　　(b)输出与输入不同步时电流路径的等效电路

　　图6 UPS负载端接地而输出又和输入不同步的情况

　　但由于接地线的加入改变了电流的路径：电流由N出发就直接到了负载R的下端，又由于逆变器功率管VT3的开启，使电流不能经过负载R，而是直接经过 整流管VD4回到L。这样一来，电流没有经过任何负载，两个管子的导通形成短路状态，如图6(b)的等效电路所示，即使管子的内阻和导线电阻不为零，但已 远远小于1?，而且管子的功率越大则内阻也越小，加粗后的导线电阻也越小。比如一台1kVA的UPS，逆变器的效率为90%，即消耗100W，取五倍的功 率管，即500W/50A，设短路电阻为0.1?(实际上比这个值小得多)，这时的短路电流就是2200A，强大的电流在管子的PN结上会产生强烈的焦耳 热量，一方面会使截面积不相称的引线起火甚至烧断，一方面在PN结上的剧烈高度焦耳热也会使管子像炸弹那样炸裂。在上个世纪90年代由某公司进口品牌为 Vlctron的小功率UPS，由于没有输出隔离变压器，在用户输入端接地时几乎都形成爆炸。后来不得不外加输出变压器BT，这才保证了正常使用，如图7 所示，这时的电流路径是：

　　L+→VD2→VT2→BT初级绕组→VT3→VD3→N-

　　恢复了无地线时的状态。原来的负载R换成了变压器初级绕组，这时的初级绕组就是负载R。不过是换了一种吸取功率的方式。换言之，变压器就是一个具有物理 隔离性的、不失真传递电功率的中间环节。这样一来，在变压器的次级绕组端就可以连接接地线了，如图7所示。当然，在有的供电环境下零地线之间的电压过高， 使用户感到不安，此时也可将此变压器的次级绕组接地。

　　图7 全桥变换器输出加隔离变压器的情况

　　(2)工频机输出隔离变压器的第二作用——变压

　　在一般小功率UPS中，为了节省成本，一般用的电池电压不高，图8就是一个电池电压用60V的例子，当然常用的电池电压规格很 多，24V，36V，48V，192V，240V，等等。对于单相UPS来说输出电压有效值多为220V，分正负半波，半波的峰值是有效值的1.414 倍，即220VX1.414=310V，正负半波的峰峰值就是620V，如图8所示。由60V到620 V有10倍之差，不用变压器是无法实现的，所以这个输出变压器的第二功能是变压。

　　图8 3-25 变压器的升压作用原理图

　　所以UPS输出变压器的功能就是两个：产生隔离接地点和变压。

　　2.UPS变压器不具备抗(抑制)干扰和缓冲短路的功能

　　那么，上述变压器是否有抗干扰的功能呢?回答是否定的，而且也不允许其抗干扰。这里所谓的干扰只能来自负载，UPS的逆变器是不产生干扰的。负载对电压 源的要求是：输出端动态性能一定要好，即动态内阻一定要小，这样电源的输出才能适应负载的变化，不允许有惯性。只有惯性环节才有抗干扰能力，变压器不是电 抗器，在正常工作时是线性的，不失真地传递信号，所以不具备抗干扰能力。那么从结构原理上又如何解释呢?图9示出了这种变压器的结构原理图。从图9(a) 的变压器原理图可以看出，普通电源变压器都有初级和次级，而且都是一层层用漆包线绕成的，如图9(b)的变压器结构剖面图所示。就是说，变压器是由绕在铁 芯上的一层层铜漆包线构成，初级和次级也是这样，两层漆包线之间都垫有绝缘层，这样一来，每层绕组就构成一个导体平板，两层绕组之间就构成了一个平板电容 器，进而在初次级绕组之间就形成了一个等效电容器C，如图9(b)所示。在初次级绕组之间也就形成了一个容抗XC，其数值的大小为：

　　　　　　　　　　　　(1)

　　(a)变压器原理图 (b)变压器结构剖面图

　　图9 变压器结构原理图