UPS输出变压器可以“抗干扰”说法是“无的放矢”

一、引言

根据历史的发展规律，当前正值高频机型UPS替代工频机型UPS的过渡时期，在这个时期，以前一直不被人们注意的输出变压器现在竟成了“抢手货”。主要原因是：据说这个变压器可以抗干扰。所以不但工频机型UPS的这个变压器稳固了抗干扰功能，就是已经取消了这个变压器的高频机型UPS也必须在输出端再给加上去。这样一来，在人们的印象中就好像高频机型UPS取消变压器的做法是瞎耽误工夫，反而成了技术落后的产品。可见宣传的“魅力”有多大!难怪一些用户对没有输出变压器的高频机型UPS抱有怀疑态度：变压器没了就不抗干扰了!

如果上述的宣传是真理，那么高频机型UPS就真地没有立锥之地了。可惜的是UPS输出变压器可以抗干扰”说法是“无的放矢”!为了说明这个问题，先解决以下几个问题：

输出变压器抗干扰的目的是什么?

UPS输出变压器抗的是什么干扰?

UPS输出变压器在电路中是否有干扰可抗?

这几个问题搞清楚了，结论也就出来了。

二、UPS输出变压器抗干扰的目的是什么

这个问题很好回答，抗干扰的目的就是为了保护设备和电路不受损害。图1示出了两种：

图1UPS供电原理方框图

UPS供电系统原理方框图。因为这里谈的是输出变压器，所以不涉及整流器。从图1(a)中可以看出，变压器抗干扰的目的就是为了保护前面的逆变器和后面的负载电路。就是说这个变压器可以防止逆变器出来的干扰去损害负载电路，或者是负载出来的干扰去损害逆变器。除此二者外没有第三。

首先说明，不论是高频机型UPS，还是工频机型UPS，在相同规格的情况下，此二者的逆变器是一样的，负载也是一样的。既然工频机型UPS的逆变器需要保护，那么按照变压器宣传者的理论，高频机型UPS的逆变器因没有变压器隔离，就不受保护，就应该受到负载干扰的损害，即应该频繁地损坏。而实践证明逆变器并未损坏，而且还一直工作很好。比如某品牌高频机型UPS在近三年间装机从250kVA到600kVA近300台无一逆变器损坏的例子，这在工频机型UPS中也是罕见的。至于负载，只是用电单元，不向逆变器输送干扰，而且也送不过去。况且逆变器也不是干扰源。关于这一点，不妨用示波器测一下就可看得清楚。所以工频机型UPS的输出变压器在这里并不是起保护作用的环节。三、工频机型UPS输出变压器抗的是什么干扰

前面已经讨论了工频机型UPS的输出变压器在这里既然不是起保护作用的环节，那么它抗干扰的目的是什么呢?真正的问题是：变压器在这里是不是真地在抗干扰。图5示出了工频机型UPS的供电线路电原理图。图中的AB两点表示UPS的输出端，就在AB这两点，UPS输出电压UUPS的波形失真一般应小于5%(这是指标的要求)，是一个很好的正弦波，如图中所示。但到了负载端，电压UL的波形就出现了失真，这个失真是如何形成的呢?众所周知，负载端的工作电流IL是对应正弦波电压峰值处的脉冲电流，尽管UPS输出端AB处是很好的正弦波，但电源到负载端有一定距离，而电缆是有阻抗的，所以电缆的长短就决定了阻抗RW的大小：

图2UPS供电线路电原理图

式中RW—电缆在某长度l下的阻抗

r—电缆材料的电阻率

l—电缆长度

S—电缆截面积

XL—电缆在长度l下的电抗

负载电流在电缆上形成的脉冲电压降：

URw=ILRW(2)

所以负载端的电压就是：

UL=UUPS-ILR(3)

从式(1)可以看出，在负载端由于RW很大，脉冲压降也很大，UPS输出正弦波减去这个线路上的脉冲压降后，就形成了失真波形。而在AB两端由于l=0，所以RW=0，此处的电压波形仍然是很好的正弦波。

就是说，在变压器的输入端，逆变器送来的是很规则的PWM波形而不是干扰，用不着变压器来抗，负载端的失真波形是负载正常工作后留下的影子，也不是干扰，更不能传到变压器的输出端，所以变压器在这里没有干扰可抗。换言之，这个变压器的输入和输出两端根本就没有干扰，这就是UPS输出电压本来的面貌，并不是变压器的什么功劳，非要说它在这里抗干扰，这不就是无的放矢么!进一步说，UPS的输出变压器是一个一直处在没有干扰环境中的环节，怎么就断定它具有抗干扰的能力呢!没有输出变压器的高频机型UPS在这里也同样是一个一直处在没有干扰环境中的环节，怎么就没有抗干扰的能力呢！就好像两个一直生活在高山上的两兄弟，除了山上的小溪就从来就没有见过江河湖海，“智者”根据什么可以断定其中一个具有游泳的能力，而另一个就没有这种能力呢?

所以说，UPS的输出变压器在它的位置上除了变压和产生零点外，没做第三件事。

四、高频机型UPS加输出隔离变压器是“画蛇添足”

不管是从理论上还是实际应用中都可以看出，从两种UPS的输出端开始到负载端的这段线路的供电效果是完全一样的：有变压器是这样，没有变压器也是这样，这是不可辩驳的事实。既然如此，为什么还要加这个隔离变压器呢?这主要是那种“变压器可抗干扰”的误导宣传起了作用。为了巩固“变压器可以抗干扰”的的神话地位，“智者”就必须要求高频机UPS也要加上这个变压器，才可显示出这种理论的正确性，如图4(b)所示。可惜的是在UPS输出端这个地方没有任何一方可以送来干扰，如前所述，在这里无任何干扰可抗，再说变压器根本就没有抗干扰功能，关于这一点，笔者在多篇文章和书籍中早有论述。所以在这里硬要加进一个变压器，岂不是“画蛇添足”!

图4高频机型UPS加隔离变压器和不加隔离变压器时的电原理图加这个变压器千万不要理解成是“锦上添花”。锦上添花意味着有它不多，没它不少。这里可不一样，加上它不但“多了”，而且还带来了负面效应。就好像一条宽敞平坦的公路，硬要从当中挖断而修一座桥。会带来什么后果呢?增加了车辆爬坡的汽油消耗量，万一桥面出现情况就会影响交通，比如突然天降大雪，由于湿滑而导致汽车爬不上去，即使上去了下坡时又会有撞车的危险。这就导致了交通中断。UPS也是这样：增加了投资和占地面积、增加了功耗和多了一个故障点。这就是花钱买不可靠因素，这也是谁都不愿做的事情啊！

另外一个危害就是如果加了这个变压器，当多机并联时，就使得本来没有环流的高频机型UPS(如图5(b)所示)，出现了环流，如图5(a)所示。

图5有和没有输出变压器的UPS并联情况

从图5(a)可以看出，两个UPS变压器次级电压由于各种参数的差异是不一样的，由于面压器内阻是毫欧级数值，也会导致环流。而且由于这个环流路径上几乎没有任何障碍，即使是很小的电压差也会导致可观的电流;没有变压器的高频机型UPS就不同了，即使有和变压器相同的电压差，由于路径上的重重障碍(如图(b)中虚线所示)，早把这点电压吃掉了。因此，高频机型UPS的并机环流就不用去考虑。