逆变器是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成定频定压或调频调压交流电（一般为220V,50Hz正弦波）的转换器。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。
我微笑着，用尽所有的力气，转身，离开。将所有的思念深藏。
用户在购买大功率逆变器的时候常常面临在工频机和高频机之间进行选择的困惑就逆变器厂商方面而言当然都认为是自己的好公说公有理婆说婆有理提供工频机的厂商说工频机稳定性和可靠性高提供高频机的厂商会说高频机节省空间成本相对较低等诸如此类的说法其实工频机和高频机到底孰优孰劣很难一概而论可以说各有利弊用户应当在全面认识这两种逆变器机型的基础上客观审视自身的应用和需求选择适合自己需要的产品
工频机和高频机的原理分析
工频机和高频机是按逆变器的设计电路工作频率来区分的工频机是以传统的模拟电路原理设计由晶闸管SCR整流器IGBT逆变器旁路和工频升压隔离变压器组成因其整流器和变压器工作频率均为工频50Hz顾名思义叫工频逆变器高频机通常由IGBT高频整流器电池变换器逆变器和旁路组成
IGBT可以通过控制加在门极的驱动来控制其开通与关断IGBT整流器开关频率通常在几千赫到几十千赫甚至高达上百千赫远远高于工频机因此称为高频逆变器
在工频逆变器电路中主路三相交流输入经过换相电感接到三个SCR桥臂组成的整流器之后变换成直流电压通过控制整流桥SCR的导通角来调节输出直流电压值由于SCR属于半控器件控制系统只能控制开通点一旦SCR导通之后即使门极驱动撤消也无法关断只有等到其电流为零之后才能自然关断所以其开通和关断均是基于一个工频周期不存在高频的开通和关断控制由于SCR整流器属于降压整流所以直流母线电压经逆变输出的交流电压比输入交流电压低要使输出相电压能够得到恒定的220V电压就必须在逆变输出增加升压隔离变压器
相比而言高频逆变器整流属于升压整流其输出直流母线的电压比输入线电压的峰值高一般典型值为800V左右如果电池直接挂接母线所需要的标配电池节数需要67节这样给实际应用带来极大的限制因此一般高频逆变器会单独配置一个电池电压变换器市电正常的时候电池变换器把800V的母线电压降到电池组电压市电故障或超限时电池变换器把电池组电压升高到800V的母线电压由于高频机母线电压为800V左右所以逆变器输出相电压可以直接达到220V逆变器之后就不再需要升压变压器因此有无隔离变压器是工频机与高频机在结构上的主要区别
逆变器输出隔离变压器的作用
隔离变压器是利用电磁感应原理对配电或信号进行电气隔离的装置隔离变压器在逆变器中通常被设计在逆变器的输出端可以起到增加逆变器性能改善负载端供电质量的作用通常逆变器的输出隔离变压器有以下四大优点
1降低零地电压优化逆变器末端供电网络
逆变器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HPIBMSUN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
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谐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增强过载短路保护能力保护负载与逆变器主机
由于其自身的特性隔离变压器是逆变器中工作最为稳定的器件逆变器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逆变器主机的作用
4通交流阻直流UPS故障时保护负载
高额逆变器的AC/DC变换部分采用高频化设计提高了逆变器的输入功率因数098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逆变器发生故障时能够使负载安全运行
工频机和高频机的性能对比
1在可靠性方面工频机要优于高频机
工频机采用晶闸管SCR整流器该技术经过半个多世纪的发展和革新已经非常成熟其抗电流冲击能力非常强由于SCR属于半控器件不会出现直通误触发等故障相比而言高频机采用的IGBT高频整流器虽然开关频率较高但是IGBT工作时有严格的电压电流工作区域抗冲击能力较低因此在总体可靠性方面IGBT整流器比SCR整流器低
2在环境适应性方面高频机要优于工频机
高频机是以微处理器作为处理控制中心将繁杂的硬件模拟电路烧录于微处理器中以软件程序的方式来控制UPS的运行因此体积重量等方面都有明显的降低噪音也较小对空间环境影响小因此比较适合于对可靠性要求不太苛刻的办公场所正因为如此许多厂家的中小功率UPS普遍推出了高频机
3在负载对零地电压的要求方面工频机要优于高频机
大功率三相高频机零线会引入整流器并作为正负母线的中性点这种结构就不可避免地造成整流器和逆变器高频谐波耦合在零线上抬升零地电压造成负载端零地电压抬高很难满足IBMHP等服务器厂家对零地电压小于1V的场地需求另外在市电和发电机切换时高频机往往因零线缺失而必须转旁路工作在特定工况下可能造成负载闪断的重大故障工频机因整流器不需要零线参与工作在零线断开时UPS可以保持正常供电
结束语
从结构上讲工频机逆变器和高频机逆变器的差异主要表现在隔离变压器上而工频机对隔离变压器的使用在很大程度上提升了逆变器的可靠性从综合性能方面来讲工频机和高频机则各有优劣至少在当前不存在谁取代谁的问题用户在选购设备的时候应当立足于自身的实际需要而不是盲目跟从比如用户要建设中大型的数据中心那么对可靠性和稳定性的要求就应当放在第一位大功率的工频机逆变器就应当是首选如果是一般的办公场所应用或者主要考虑到设备对空间的占用则可以采用高频机逆变器