多年来,由于参与或经历了一系列UPS产品的变革,这些变化包括功率器件、控制器件的变化、控制方式的变化UPS本身结构的变化和系统组态的变化等,因此觉得有必要将这些变化列出,以理清UPS这些变革的脉络。
　　
　　刚入行时,UPS的业务还是一、二个外国品牌把持,所以作为UPS销售,也俨然成为外企的员工。但当时我所在的公司真正的业务流程、操作的规范程度和公司的规章制度等,几乎就是香港公司的翻版。
　　
　　言归正传,当时做UPS销售还是要自己懂一点技术,这样,在与客户的交流及与设计院的沟通等方面还是挺有优势的,这就推着我去关注个中技术。1990～1991年时,当时我所在的公司市场强项不是UPS,所以不得不研究别人的长处,机器的不同点等,因此当时是一时的好奇误入UPS“歧途”。

  当时总公司派员来(当时公司与总部几乎没有联系)讲课,还是有技术背景的,当然有兴趣交流。

   记得当时授课人是从爱尔兰来的，最后证实也仅是个销售，所以对技术也是一知半解,拼命地讲可控硅(SCR)逆变器的优点，是什么三角波调制等等。当时我们在中国主推的是意大利的机器，是PWM(即脉宽调制技术)，器件是晶体管做的逆变器。当时有人就称可控硅(SCR)逆变器是工频机(低频机)，如何如何可靠，而另一边，有人就称晶体管逆变器是高频机如何如何先进等等，这些争论不一一列举。
　　
　　随着1993年的工作变化,使我有机会接触其它的品牌。直到1996年,所在品牌在中国市场推出IGBT器件的大功率逆变器的UPS(见图1)。记得以前发生的故事又来一遍,因为当时市场的主力品牌,大功率UPS是使用晶体管做逆变器的,而我们所在的品牌是用IGBT器件做逆变器的,当时的争论是:一派认为晶体管逆变器是低频的,器件是可靠的,是经过时间考验的,其它的器件是高频机,是不可靠的。另一派认为:IGBT器件做逆变器的UPS也是可靠的。当时我们给用户的解释是IGBT这个器件不是新的器件,是1968年已经有了的器件,仅是将场效应管(MOS管)控制与晶体管的功率部分结合,所以说可靠性不足是片面的。当然,今天已经没有哪个技术还会嘲笑IGBT逆变器UPS。因为大多数UPS都用IGBT或部分小机用MOSFET作为逆变器器件。
　　
　　进而我们也可以反推,今天,还在强调可控硅整流器可靠,而IGBT器件做整流器不可靠的技术人员,也该想想这个不可靠理由的来源。同时,他们生产的UPS的逆变器是否还在用不可靠的IGBT器件生产?那么这个逆变器甚至整个UPS的可靠性怎么保证?
　　
　　这样的争论主要集中在大型UPS上。因为当时的IGBT管子还是比较贵的,有些厂研发投入早点,有的保守点。造成这个局面。
　　
　　到了1993年,有的意识超前一点的厂家,开始向市场推广没有隔离变压器的IGBT逆变器UPS,产品叫做Maxpac。注意:尽管逆变器已经是IGBT了,变压器省了,但当时的UPS整流器可还是可控硅(SCR)的。

   因此,当我们今天,2018年还在讨论没有变压器的UPS的先进性,好像有点不合时宜,因为,这样的讨论在2001年的时候已经争论过很多次了。只不过我们中很多人,也包括国内很多的专家没有参与过这个讨论。
　　
　　当然,我们可以浅显地认为,没有隔离变压器的UPS的主因是,逆变器的工作频率已经从可控硅的400Hz,到了晶体管的2000Hz,最后到了小机的17kHz或大机的7kHz。我国是50Hz电网,可以形象地通过半个周波(10ms)来描述,从400Hz的4个脉冲描述半个周波,到2000Hz的20个脉冲描述半周波,最后IGBT管子的170个脉冲描述半周波。IGBT器件已经比较完善或需要的滤波矫正很小了,因此输出隔离变压器的个头由大变小,最后省却也在情理之中,因为这个大家伙可是占不少成本。因此,占得先机的UPS制造厂,从这个机型中,获得不少的利,不过这是题外话。
　　
　　随着时间的推移,在2002年时,有公司已经推出没有隔离变压器的UPS可以达到120kVA,继而达到400kVA(见图2)。同时考虑自身的情况和市场的情况,开始推使用IGBT器件做整流器的UPS,因为尽管当时的IGBT器件再加上控制等成本,与今日之成本相比比较贵,但也因当时的变压器省却后,主机的总体成本还是下降的。
　　
　　到了2003年,也有公司推出另一种结构的UPS,即IGBT整流器+IGBT逆变器+输出隔离变压器(见图3)。这类机型刚推出时,容量也是达到120kVA,后逐渐扩大容量,就如意大利雷乐士UPS今天已经达到800kVA的单机容量,并机达到6400kVA的并机容量。
　　
　　这之后,历史往往像是大海的波浪滚滚向前的,相同的故事再次发生,因为市场有不同的结构,因此此时存有不同的观点的各方再次重燃争论的战火。
　　
　　但在这个发展脉络中,我们可以清晰地看到,UPS的逆变器是否带隔离变压器,与UPS的整流器的结构,并没有任何关系。
　　
　　它取决于UPS的逆变器设计,有的UPS尽管是IGBT器件,带有隔离变压器(英文称:Transformer Base UPS);有的UPS的逆变器,使用IGBT器件,但没有采用隔离变压器(英文称:Transformer less UPS)。其实这两种结构,都不影响UPS的正常工作，也没有特别的问题，只是设计人员在设计时，主要考虑的市场目标问题，市场的适应情况，有些小厂或经验尚浅的公司可能存在的技术储备问题，采购器件的成本等因素。因此，用户在选择时，最重要的是考虑他自己的应用情况，和他自己考虑选择的重点。
　　
　　我们将UPS分类,划为上述的带隔离变压器和不带隔离变压器这两类,我们觉得这样的分类是合理的,这样的分类可以覆盖全部的UPS,也就是没有那个机型漏算。这样的分类,在国外是通用的,也可以常见于国外的市场调查公司的报告内。
　　
　　请注意,这个分类中,隔离变压器是指逆变器隔离变压器。在国内市场中,有类UPS比较特殊,它是在没有隔离变压器的UPS中,外置一个输出或输入隔离变压器(它最多起到变化供电制式或临近接地的作用),如图4所示。我们建议这类UPS应该归类于没有隔离变压器的UPS。理由是虽然可能它的变压器在物理上安装在机壳内,但原理上是不受控制的,也与原有的UPS没有任何关系。
　　
　　从上面的经历的实践中,我仅以自己的经历,将UPS的时间轴总结归纳以下内容:
　　
　　我们国家的正规较大规模推广UPS是从1986年始;
   
     1992年,UPS的整流器是可控硅的,逆变器是可控硅器件和晶体管器件并存;
  
       1993年出现了IGBT器件的UPS,有的结构是整流器为可控硅(SCR),逆变器为IGBT,带有隔离变压器;也有的结构是整流器为可控硅,逆变器为IGBT,但没有隔离变压器;

   1996年,整流器是可控硅的,但UPS的逆变器是晶体管器件和IGBT器件并存。应用IGBT管的不少厂家容量至少可以做到400kVA,也带有隔离变压器。所以现在市场上仍有不少的机型和结构,是那个时期打下的基础;
　　
　　2002年,IGBT整流器+IGBT逆变器+无隔离变压器的大功率UPS已经出现;2003年,IGBT整流器+IGBT逆变器+隔离变压器的大功率UPS已经出现。
　　
　　今天,对大功率UPS而言,逆变器的应用器件为IGBT没有异议,但是否带隔离变压器,或是否可控硅(SCR)整流器或IGBT整流器有些讨论。
　　
　　①我们对UPS要进行的讨论,要有个原则和有个定义,例如我们讨论工频机和高频机等,如果没有明确的通用的定义,什么叫工频机?什么叫高频机?含糊不清的定义使讨论缺少可以继续的依据。
　　
　　②如果自己的定义不够全面,譬如定义高频机为:IGBT+IGBT+无隔离变压器;定义工频机为:可控硅(SCR)+IGBT+隔离变压器。可另二种结构:可控硅(SCR)整流器+IGBT逆变器+无变压器UPS、IGBT整流器+IGBT逆变器+隔离变压器UPS,没有被包含在讨论内。如果4种形态中缺少二种形态,这样的讨论,意义就被降低了。因为,其他的UPS分类情况,分类如:按照输入输出相数分类、工作模式分类、容量大小分类等等,均是没有漏项的分类。
　　
　　③在没有准确定义的条件下,得出的结论往往是混淆的。会将几类不同性质的事混在一起聊了。例如,我们在讨论中往往会发生张冠李戴的事,我们见过讨论工频机的输出变压器,其实它与输入整流器没有任何关系,与输入指标也没有关系,那为什么要将二个不同概念放在一起讨论?
　　
　　④我们的建议,UPS的技术结构不同,可以将它分开讨论,即逆变器部分的讨论和整流器部分的讨论。因为,这二个的不同目标,逆变器的技术指标是关于带负载的能力,就像讨论一个发电厂所具备的能力;另一个(整流器)的技术指标是用电器,就像我们讨论一个负载应具有怎样的特性,使它可工作范围大,适应性强,对上游电源、电网的影响最小等。
　　
　　⑤对用户而言,可以从另一个角度审视,可以将UPS视为一个整体或类似黑匣子,对周围(上下游的)关联指标怎样,那才是用户应该关心的。如,这个黑匣子本身的效率、整个UPS系统的组态、结构在不同供电制式情况下甚至不同蓄电池架构情况下对可靠性、可用性、可维护性等有什么影响,那是用户应该关心的,至于黑匣子里面是什么材质、器件、部件对用户并不是最重要的。
　　
　　作者简介
　　
　　陈皓,复旦大学电子工程系毕业。多年来从事大功率UPS的市场销售的管理工作,曾担任过多家企业的市场销售总监,总经理。目前为雷乐士(上海)电源系统有限公司常务副总经理。
　　
　　编辑：Harris