.UPS变压器不具备抗（抑制）*和缓冲短路的功能

那么，上述变压器是否有抗*的功能呢？回答是否定的，而且也不允许其抗*。这里所谓的*只能来自负载，UPS的逆变器是不产生*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*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*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：

X_c =1/2πfc

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（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

式中： 

X_c是等效电容的容抗，单位是欧姆（W）

C是等效电容的容量，单位是法拉（F）

f是*信号频率，单位是赫兹（Hz）

从式（1）中可以看出，电容的容抗和*信号的频率成反比，而一般*信号的频率很高，可以从几千赫兹到几十兆赫兹，尤其是各种形式的噪声、尖峰等。但这些*到来时可以很顺利地由初级通过电容C传到次级。但浪涌到来时，由于其能量很大且频率很低（可以到数个工频周波），这时候变压器就可以按照固有的变比将其传导过去。

有人说这个变压器可以缓冲负载的短路，这也是没有根据的。因为变压器不是智能环节，根本无法判断负载是短路还是短期的大负荷工作。图10给出了IEC发布的PC机典型工作电流波形，从图10（a）中可以看出，当机房中所有设备正常工作时，它们向UPS索取的电流值是分散的，所以从电源的电表上看负载不大，比如平时的负载也就是60%左右，但有时也会切换到旁路上去，有时是几秒钟，有时是几分钟。UPS所以会转旁路，在正常情况下是因为过载，但过载时间超过设定值时就会转旁路，过载消失后又切换回来。这是什么原因呢？从图10（b）可以看出，但机房中所有或大部分计算机正巧在某一刻都工作在电流值时，负载量会变得很大。比如原来每台负载的电流峰值是100A，正常时由于分散，负载变得很平和；一旦同步取值时比如500A，如果时间超过UPS允许的界限就会转旁路。假如变压器可以抗*和缓冲负载的突然变化，试问此时应当认为是*给抗掉呢还是当成短路给缓冲呢？要知道低于单机电流峰值的的*由于被负载淹没是不需要抑

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（a）设备平时工作时的UPS负载        （b）设备同时工作在负载时

图10  设备系统不同工作状况下的UPS的负载情况

制的，只有抑制那些高于峰值电流的*才有意义。现在图10（b）的电流峰值数倍于平时，不论是被变压器缓冲还是抑制都会造成用电系统的停机！这样的电源还有人敢用吗！实际上变压器一不能分辨*，也不能分辨短路，更没有所谓“缓冲”和“抑制”的功能。

例：北京某电子公司机房采用了150kVA5台带有输出变压器的工频机UPS，构成了4+1冗余系统。一天外电网停电，UPS工作在电池模式，此时突然有人合上了输出端300kVA的变压器，负载变压器瞬间的短路启动电流竟导致了一场灾难：70多节100Ah电池被烧毁，如果UPS的输出变压器若能“缓冲”一下，负载变压器的瞬间短路也就顶过去了!
认为变压器具有上述功能的误区在于把变压器当成了电感，当成了扼流圈，当成了惯性器件。

3.UPS输出变压器没有隔直流的能力

从前面讨论中已经知道在工频机UPS全桥逆变器的结构中必须要变压器，不仅是单相机，三相机更是这样：因为三相桥逆变器输出的是三条火线而没有零线，只有通过-Y型变换才能有三相四线制的电源。所以变压器是工频UPS不可分割的部分，考察变压器假如的历史就可知道他不具备其他功能，隔直流之说更没根据，下面来进行具体分析。

隔直流之说的精髓是说当逆变器功率管故障后又有可能使直流电压加到用户机器的输入端，而输出变压器的初级和次级绕组是分开的，直流电压只能停留在初级绕组上，于是就产生了隔离效果。是的，但这是其一，其二却不知会带来严重后果。事情完全不是想象中的那样，图11示出了一般变压器的工作情况。首先承认这种变压器是变换交流电的，如图中正弦波。假如不用来变换交流电而是施加直流，如图11中将电池组开关S闭合，由于变压器绕组内阻相当小（近似于短路）就会在电池组和变压器初级绕组之间形成相当大的短路电流，一直到将电池组或导线或绕组烧断为止。换言之，这种电源变压器根本不能加直流。这是电工上人人皆知的常识。

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图11  全桥逆变器UPS输出变压器原理图

下面再来讨论逆变器功率管损坏情况下的变压器状态。逆变器功率管的损坏有两种情况：断开或穿通（短路）。图12示出了UPS全桥逆变器一个功率管（比如VT₂）开路（断开）的情况。从图中可以看出，在此情况下的电流路径只能是一个方向的，就是说只能输出一个极性的半波，如图中所示。一个极性就意味着逆变器此时只能输出半波电压，而半波饱含直流成分，直流电流分量在变压器初级绕组中的积累会使绕组达到饱和状态，就类似于绕组短路，形成很大的电流，以致将变压器和电池这个回路烧断为结束。这个直流电流倒是没有进到负载端，但UPS本身烧了。

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图12  全桥逆变器UPS一个功率管开路情况原理图

再看逆变器一支功率管（比如VT₂）穿通（短路）的情况。只要VT₃和VT₄一工作就形成引发出巨大的隐患：管子截止时原来有两个串联功率管承受的高压现在都加在了一个管子上，压力增加了一倍，一旦它们承受不了这种高压就会被击穿而形成短路，如图13所示。强大的电流可将VT₃或VT₄瞬间炸毁，否则就会导致全系统跳闸保护。某石油公司的兆瓦级机房就是因为这个原因而造成3+1并联冗余的4´300kVA供电系统跳闸停机。在这里的变压器根本没有任何作为。当然如果不是断路器及时跳闸就会导致变压器起火。在这种情况下虽然也是隔断了直流，但同样是把自己烧毁了，这样的隔直流功能没给用户带来任何好处。

以上两种情况都是用烧毁UPS本身的代价而保护了IT设备，这对IT设备用户是不是就算是一种福音呢？当然不是，因为不论是烧毁UPS还是IT设备都会使系统崩溃而无法继续工作。

如果UPS供电设备在逆变器功率管损坏的情况下不但保护了IT设备，同时也保证了本身的安然无恙，这样的隔直流功能才有实际意义，这才是用户真正需要的。

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图13 全桥逆变器UPS一个功率管穿通情况原理图

持此种说法的误区在于没有搞清楚变压器不能加直流电压和电流的道理。

4．UPS变压器能提高UPS系统的可靠性和稳定性吗？

包括UPS在内的电子设备最容易出故障的主要因素是高温。在高温下，器件的漏电流增大、耐压降低。据有阿累纽斯定律介绍，当环境温度在25°C的基础上，每上升10°C，元器件或设备的寿命就减半。当温度按照10°C的算术梯度上升时，元器件或设备的寿命就会按照1/ 2ⁿ（n=1，2，3…）的几何级数规律递减。而机内的温升来自机内各个电路环节的功耗，变压器是其中之一，如果没有变压器就可以少去这部分功耗。所以从这个意义上说，由于变压器的存在，在一定程度上降低了系统的可靠性。

这里的误区在于将变压器的机械稳定性和电气性能混为一谈。这里的稳定性指的是电性能的稳定性，既然由于变压器的存在降低了系统的可靠性，当然也相应地降低了稳定性。陷入误区的人们误把电的稳定性当作机械稳定性来理解：变压器重量大，重心稳定，所以也就保证了系统的可靠性和稳定性。再者，变压器只是UPS的一个组成部分，它不给整体添麻烦也算提高了设备的可靠性，若从这个角度上说看问题，任何一个组成部分都可以这么说。

5. UPS变压器能使系统适应大范围的电网变化吗？

有人说：由于目前的电网供电质量不高，电压波动很大，不得不采用带变压器的工频机UPS，并说工频机变压器就可以使UPS系统适应电网电压的大幅度变化，这也正是用户所关心的问题，难怪可以打动用户的心。事实如何呢？可从图14看得明白。从图中可以看出，

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图14  工频机UPS输出变压器

这个变压器就是前面所介绍的输出电压变压器。这个变压器是接在逆变器的后面，它所承受的输入电压变化仅仅是±1%，可说吃的是“小灶”，不论输入电压如何变化都和这个变压器无关。就是说，这个变压器的加入和输入端是否能承受电网的如何变化是风、马、牛毫不相关。所以那种“变压器能使系统适应大范围电网变化”的说法也就没人相信了。

一个附带的问题：在大功率变压器中由于三角形变星形可消除三次谐波，所以这也是抗*。实际上在数据中心的IT设备大部分用的是相电压220V，在这个电压上三次谐波依然存在，只是在线电压380V上由于相移的关系才消除了三次谐波，所以不用这个电压的用户享受不到这个好处。

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