目前还有不少UPS的宣传页上写着“UPS的输出是稳压稳频的”字样。

1 “UPS输出是稳压稳频的”误解来源

在国标中对市电电压频率的稳定度的规定为50Hz±0.2Hz；对小型电厂输出电压频率的稳定度的规定为50Hz±0.5Hz。而目前的电网电压频率的实际稳定度已经达到了50Hz±0.1Hz，如果按±0.2Hz计，这样的稳定度是一般频率表不易测出来的,这就给了人们一个UPS输出稳压稳频的误解,在这样良好市电频率稳定度条件下运行的任何UPS(包括后备式UPS在内)当然就显示出稳压稳频的性能,也就给UPS输出稳压稳频的宣传者提供了“佐证”,实际上这是一种假象。

2 UPS的输出频率跟踪输入是零切换的基础条件

UPS的输出不但频率要跟踪输入,而且相位也要和输入相差无几,这就叫锁相,只有这样才可以实现将负载在市电和UPS逆变器之间的平滑切换。频率就好像图1中所示的运动员步子的快慢程度,比如运动员每秒钟跑50步,为了方便理解起见,假设每步平均1m。

如果前面的运动员加快了脚步，变成了每秒钟跑53步，后面的运动员仍然保持在每秒钟跑50步(稳频)，二者之间的距离就会越拉越远，他手里的接力棒(负载)永远也不会递到前面的运动员的手里(无法实现切换)。

只有后者加快脚步(跟踪)才能追上前者，到达二者触手可及的位置(锁相)并把接力棒递到前者的手里(实现了切换)。在递交接力棒的瞬间，两个运动员的手同时握住了接力棒(零切换)，后者放手后，接力棒已传到前者手里，切换过程完成。

3 跟踪速率

在UPS说明书上都有这样一个指标:跟踪速率,1Hz/s。其含义是频率跟踪的速度。比如说在图1中的前面运动员每秒增加到53步(假设每步就是1Hz),后面的人要想追上前者,必须加快脚步,1Hz/s的含义就是后者为了追上前者就把脚步的速度增加到54步/秒,每秒比前者快了一步。

好像1Hz/s的跟踪速率成了一个通用指标,难道快一些或慢一些就不行吗?如果太快了,会出现频率不稳定的情况。比如上面的例子,后者把脚步增加到55步/秒,如果后者落后前者3m远,后者在第一秒钟追上去2m,还剩1m,第二秒钟又追上2m,结果超过了前者1m,此时为了等落后了的前者,原来的后者就必须放慢脚步2m/s,结果在未来的一秒钟又落后了1m,这样就出现了所谓的“振荡”现象,使输出频率反而不稳了;如果跟踪速率太慢了,反应也慢了,万一需要切换时,由于跟踪速率太慢还没完成跟踪锁相,结果会影响切换的时机。

这也是根据长期多个厂家的实践证明,1Hz/s的跟踪速率比较更合理一些。如果有特殊需要,可以设计跟踪速率的快慢也不是不可以,这在设计上并没有什么困难。从理论上来看跟踪速率和UPS“输出稳频”问题。UPS具有3大基本功能:稳压、滤波、不间断。UPS除了做变频器(输入、输出不同频率)外,在允许的输出频率窗口(一般为50Hz±2.5～3Hz)范围内一定要与输入电压频率跟踪锁相,二者相差越小越好。输入、输出频率越一致,就意味着切换时越平滑,越容易实现零时间切换。

如果输出频率是稳定的,即不跟踪输入频率,如图2所示,那么输入频率已经升高到53Hz,而输出频率仍稳定在50Hz会出现什么情况呢?假如在某一时刻(t=0)输入和输出电压波在0点重合,就从这一点开始,第一个半波就会有相位差

其值为:(53Hz-50Hz)×360°÷(50×2)=10.8°第二个半波的相位差就增加到21.6°…,那么经过180°÷10.8°=16.7个半波,即约8个周期后,两个电压就会相差180°,这时电压的瞬时值正好是一个为正300V,一个为负300V,峰峰值达到了600V。