高頻機(jī)型UPS“電池壽命縮短”論的誤區(qū)

在某次會議后，某先生在介紹會議內(nèi)容時說：會上由某君提出一個對高頻機(jī)型UPS自以為是重磅炸彈的新問題來說明高頻機(jī)型UPS的“致命弱點”。這個問題的提出的確令參會者一時摸不到頭腦。本人聽了后也不覺黯然：在這個時代，在這個深入討論技術(shù)的高水平會議上，竟有人提出這樣的低層次問題怎不令人吃驚!為了以正視聽和與某君商榷一點技術(shù)問題，的確需要從頭說起。

一、UPS的出現(xiàn)與責(zé)任

UPS已有近50年的歷史，高頻機(jī)型UPS也有10年以上的歷史。作為計算機(jī)孿生兄弟的 UPS從出生的那天起就負(fù)起了保護(hù)數(shù)據(jù)的責(zé)任。早期的計算機(jī)輸入系統(tǒng)并不像現(xiàn)在這樣方便，其輸入的數(shù)據(jù)必須首先轉(zhuǎn)換成0和1的2進(jìn)制布爾代數(shù)形式。比如1 就用01表示，3就用11表示等，然后將這些數(shù)字在紙帶上穿孔，如圖1所示的樣子，一般在紙帶上沿寬度方向有8個穿孔位置，在這個位置上有孔就是1，無孔就是0。紙帶在穿孔機(jī)上打完孔以后就送到光電機(jī)向計算機(jī)內(nèi)輸入，打過孔的的紙帶在燈光的照射下移動，有孔的地方透光，就被對面的光電管接收，就是1，無孔的地方不透光就是0…就這樣非常復(fù)雜地將題目輸入計算機(jī)。但在計算過程中一旦市電故障，整個計算就完全變成空白，下一次市電恢復(fù)后，整個光電輸入過程還得重新來過，相當(dāng)麻煩!于是就有人就提出，如果在市電斷電時給計算機(jī)一個信號，然后再供5s的電，讓計算機(jī)將現(xiàn)場計算結(jié)果保存起來，等下一次市電恢復(fù)后再接著上次的結(jié)果運(yùn)算下去。于是第一代UPS就肩負(fù)著這個保護(hù)數(shù)據(jù)的、不間斷供電的使命問世了。

第一代UPS是個什么樣子呢？比如我國1967年隨1900計算機(jī)進(jìn)口的20kVAUPS就是在一臺電動發(fā)電機(jī)的同軸上安裝了一個5T重的大飛輪，當(dāng)市電斷電后借助于飛輪的慣性帶動同軸上的發(fā)電機(jī)再維持5s的供電時間。以后又發(fā)展到將市電整流后給蓄電池組充電和驅(qū)動直流電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而帶動同軸的交流發(fā)電機(jī)，這樣一來不間斷供電的時間就可以延長了，這也是電池組首次進(jìn)入UPS作為不間斷能源。到了上個世紀(jì)70年代，半導(dǎo)體得到了發(fā)展，可控硅的出現(xiàn)就將原來旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)式UPS發(fā)展成靜止變換式電路，但電池組仍作為不間斷能源被保留下來。于是UPS開始朝著兩個方向發(fā)展：旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)式UPS和靜止變換式UPS，目前旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)式UPS已有3000kVA的產(chǎn)品，靜止變換式高頻機(jī)型UPS也有了1200kVA的單機(jī)產(chǎn)品。

二、UPS的現(xiàn)狀與發(fā)展

開始靜止變換式電路是工頻機(jī)型UPS，而且整流器和逆變器電路都是由可控硅構(gòu)成，并且輸入輸出都有變壓器。因為當(dāng)時的UPS電路技術(shù)還是全橋電路，并且輸出端的電壓是交流電，即輸出線都是火線，無法滿足計算機(jī)廠家要求的UPS輸出零線接地的愿望，所以只好加裝輸出隔離變壓器，這不但可以實現(xiàn)輸出接地的要求，也給逆變器前面的蓄電池靈活配置帶來了方便。但這樣一來也增大了UPS的重量、體積和功耗。隨著電子元器件和IT技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心開始紛紛建立，這些中心的機(jī)房開始成為用電大戶。工頻機(jī)型UPS的另一個弱點暴露出來了，那就是輸入功率因數(shù)低。這主要是由于輸入電路采用的可控硅所致，由于可控硅整流濾波輸入電路(俗稱6脈沖)對電網(wǎng)電壓的破壞作用使其輸入功率因數(shù)只有0.8。換言之，如果UPS是300kVA的容量，只能有效利用市電240kW的有功功率，而有 180kvar的無功功率占用了電網(wǎng)的線路，不僅如此，還對外形成干擾。如果前面加配發(fā)電機(jī)，則發(fā)電機(jī)的容量至少為UPS的3倍，即至少900kVA，這就給用戶帶來了很大的負(fù)擔(dān)。為此必須提高UPS的輸入功率因數(shù)，其方法是前面要配置有源濾波器或把6脈沖整流升為12脈沖整流，最好再加11次諧波濾波器，這樣一來又增大了UPS的負(fù)擔(dān)。比如某6脈沖整流的300kVA容量UPS升為12脈沖整流再加11次諧波濾波器后，就增加了600kg，重量從原來的1.6噸增加到2.2噸，這又是一筆不小的花費。

電子元器件的發(fā)展又為UPS的更新?lián)Q代打開了通道，目前某輸入功率因數(shù)為0.99以上的300kVA高頻機(jī)型UPS的重量才0.8噸左右，而且效率也比前者提高了近5個百分點。順利地解決了上述的困難，給數(shù)據(jù)中心帶來了福音。這就是工頻機(jī)型UPS的換代產(chǎn)品。

三、兩種機(jī)型的爭論

我國有句諺語，叫做“舊的不去新的不來”。這里的問題是新的來了舊的還沒有去。究其原因不外乎是舊的不愿意去。既然不愿去就得說出不愿去的理由，最好的辦法就是以攻為守，指責(zé)高頻機(jī)型UPS的不足。當(dāng)然那種指責(zé)高頻機(jī)型UPS沒有變壓器、IGBT可靠性不高和問世較晚等“論點”已被各方批駁的失去了銳氣，因為那些所謂的論點都是其本身對UPS的基本功能認(rèn)識模糊，所以站不住腳。無奈之下又提出了新的攻擊目標(biāo)：說什么高頻機(jī)型UPS在整流器功率不足時，就要從電池中索取能量去補(bǔ)充，結(jié)果導(dǎo)致電池壽命縮短。

這個論點在外行看來無疑是一顆重磅炸彈，但對稍有UPS知識的人來說，只好搖頭嘆息：因為這又是一個基本概念問題。UPS為什么稱為不間斷電源？這個不間斷功能是靠誰來實現(xiàn)的？從前面的敘述中已經(jīng)清楚，開始是利用飛輪的儲能--動能。后來就是利用化學(xué)能，那就是蓄電池。沒有電池的電路就不能稱其為UPS，只能算作交流穩(wěn)壓器或穩(wěn)壓穩(wěn)頻源(CVCF)。

不間斷作用的。不管什么原因：輸入市電斷電也好、輸入電壓不穩(wěn)造成的整流能量不足也好，只要是影響到間斷供電的事情，電池組都要管。某君說：在整流器功率不足時，就要從電池中索取能量去補(bǔ)充，結(jié)果導(dǎo)致電池壽命縮短。這是電池的職責(zé)所在，壽命縮短也得干，不然要它干什么!這是第一個誤區(qū)：不了解電池的基本作用

第二個誤區(qū)是，按照某君的說法，在工頻機(jī)型UPS的整流器功率不足時，其電池組為了不縮短壽命，就不補(bǔ)充能量。那怎么辦呢？要么讓UPS停機(jī)，要么就把這些不足的能量直接送到負(fù)載，管它負(fù)載工作正常不正常!工頻機(jī)型UPS決不會是如此工作的。

所以，在整流器功率不足時，就要從電池中索取能量去補(bǔ)充，結(jié)果導(dǎo)致電池壽命縮短這一條不論對工頻機(jī)型UPS還是高頻機(jī)型UPS都會存在，而且也必須都這樣做。問題是某君卻只說高頻機(jī)型UPS，卻忘了說工頻機(jī)型UPS。這不但是概念不清問題，也兼有認(rèn)識模糊之嫌。