隔离变压器在UPS中的应用
发布时间：2023-07-28 11:31
1引言
UPS电源在现代通信，电力等领域的应用越来越广泛，其功能强大，可靠性高，在此不进行详述。它的保护功能毕竟不能做到面面俱到，如谐波，零地电位差等，若想覆盖这些风险，就需要与其他元件配合使用。隔离变压器在功能上与UPS实现了互补，有着不可替代的优势。本文重点对它的互补作用，安装方式及注意事项进行了讨论。
2UPS的先天缺陷
2.1无法阻挡三倍频谐波
电力网络中和用户负载中存在三倍频谐波电压，这些三倍频谐波电压在电压波形中占有最大的份额，约30一40%，如不加处理，将会影响UPS系统的安全运行，甚至击穿UPS系统中的电子元器件，加装隔离变压器可将三倍频谐波锁定在隔离变压器内部线圈，从而把UPS与谐波隔离，提高UPS系统的可靠性和运行寿命。
2.2无法解决零地电位差
由于电力网络的供电不对称，中性点与接地零线产生较高的电位差，导致UPS系统三相负载不平衡；负载系统中存在的中性点与接地零线产生较高的电位差将会给负载提供错误信号和假信号，尤其IT行业中将造成错误的数字信号，降低运行可靠性，加装隔离变压器可保证中性点与接地零线之间的零电位，从而提高UPS系统的可靠性和保证负载安全准确运行。
3隔离变压器的优点
3.1降低零地电压，优化UPS末端供电网络
UPS的逆变输出安装隔离变压器可以隔离输入和输出之间的电气连接，从而有效地降低输出的零地电压。由于隔离变压器的副边绕组采用Y型接法，中性点接地后产生新的零线，从而达到降低零地电压的目的。事实上，HP、IBM、SUN的小型机因为要保证精密的计算能力与高可靠的数据处理传输能力，都会对零地电压有极高的要求，加装隔离变压器可以彻底解决因为零地电压偏高所造成的一些问题。
3.2滤除负载端谐波，提高供电质量
隔离变压器本身具有电感特性，输出隔离变压器可以滤除负载端的大量低次诸波，减少高频干扰，并可以使高次谐波大幅度衰减。采用电源隔离变压器，可以有效地抑制窜入交流电源中的噪声干扰，提高设备的电磁兼容性。
3.3增强过载短路保护能力，保护负载与UPS主机
由于其自身的特性，隔离变压器是UPS中工作最为稳定的器件。UPS在正常工作过程中，如果遇到大的短路电流，变压器会产生反向电动势，延缓短路电流对负载以及逆变器的冲击破坏，具有保护负载与UPS主机的作用。
3.4UPS故障时保护负载
高频UPS的AC/DC变换部分采用高频化设计，提高了UPS的输入功率因数（0.98以上)及输入电压范围，DC/AC逆变部分高频化减少了输出滤波电感的体积，功率密度大。由于无输出隔离变压器，一旦逆变器桥臂的IGBT被击穿短路，BUS母线直流高电压将加到负载上，危及负载的安全。输出隔离变压器具有“通交流阻直流”的能力，可以解决此类问题，在UPS发生故障时能够使负载安全运行。
4隔离变压器在UPS中的物理位置及作用
隔离变压器虽然有上述优点，但如何应用还要因地制宜。因为根据安装位置不同，其起到的作用也有所不同。下面我们将重点介绍隔离变压器在UPS中不同安装位置对应的不同作用，并针对每种情况列举了注意事项。
4.1整流器输入端设置隔离变压器
1）隔离变压器在整流输入端的作用
更改输入电压：当UPS输入电压需要改变，或许要将UPS输入与不兼容的输入接地系统隔离时，在整流输入端要加装隔离变压器以改变输入电压。
2）注意事项
（1）UPS的输出中性线总是与旁路中性线相同，除非有输出变压器；
（2）如果此变压器在UPS本地，且配有整流器或逆变器变压器，或者整流器能够在没有输入中性线连接的条件下工作，则将在UPS输出端建立一个高质量TN-S接地系统；
(3）将此变压器置于远离UPS的位置时要求在变压器所在位置建立TN-S接地系统，这样并不理想。
4.2旁路输入端设置隔离变压器
1）隔离变压器在旁路输入端的作用
（1）当旁路电压必须更改，以便与UPS电压相符时，隔离变压器可以将旁路中性线与逆变器所生成的电流隔离；
（2）旁路接地系统与负载不符且没有输出变压器时，隔离变压器可以更改旁路输入电压；
（3）输入电源上采用了RCD保护且整流器和本地逆变器变压器均不存在时，隔离变压器将旁路接地系统更改为TN-S型；
（4）在旁路的输入电源上采用了4极断路器时，可能出现中性线开路，为保护UPS免受上游转换开关或断路器所导致的中性线开路的影响，使用隔离变压器将旁路与低品质中性线隔离。
2）注意事项
（1）UPS的输出中性线总是与旁路中性线相同，除非有输出变压器；
（2）如果此变压器在UPS本地，且配有整流器或逆变器变压器，或者整流器能够在没有输入中性线连接的条件下工作，则将在UPS输出端建立一个高质量TN-S接地系统；
（3）将此变压器置于远离UPS的位置时要求在变压器所在位置建立TN-S接地系统，这样并不理想。
4.3逆变器输出端设置隔离变压器
1）隔离变压器在逆变器输出端的作用当旁路来自单独引出的另一路电源，且没有整流器变压器时，隔离变压器可以将旁路中性线与逆变器所生成的电流隔离。
2）注意事项
（1）此变压器提供与整流器变压器相同的中性线隔离，但不能进行电压变化；
（2）负载功率总是流经此变压器，因此电气输入间的隔离最好在旁路路径内提供，因为这样可提高系统效率。
4.4UPS输出端设置隔离变压器
1)隔离变压器在UPS输出端的作用
（1）当UPS电压必须更改，以便与IT负载电压相符时，隔离变压器可以更改UPS输出电压；
（2）当UPS接地系统与IT负载不符且没有输入变压器时，如果UPS未使用TN-S，则隔离变压器可以将接地系统更改为TN-S；
（3）当输入接地系统与IT负载相符，但中性线回路的质量很差或者输入变压器位于远程位置，如果输入变压器不存在或位于远程位置，则隔离变压器可以提高TN-S接地系统的质量。
2）注意事项
如果IT负载远离UPS，将变压器置于远程(更靠近IT负载）具有在IT负载附近形成TN-S接地，提高接地系统质量的优势。
5总结
虽然隔离变压器在UPS的选购中是选配件，但其在UPS系统中具有重要的功能，包括更改电压、在接地系统间提供连接接口、消除中性线环路，以及提供针对各类故障的保护。尽管多数现代UPS均为无变压器式，系统设计仍然经常需要变压器。
隔离变压器与UPS在很多方面实现了互补，这使UPS的可靠性得到了很大提高，也使其功能更加多样化。因此，越来越多领域的用户开始选择UPS系统。
参考文献：
[1]王厚余.低压电气装置的设计安装和检验第二版2007
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