(二)有的认为：高频机结构UPS存在“零偏故障隐患”

　　这个问题就是所谓的另一个“致命弱点”。意思是说高频机型的UPS会产生一种“在其它UPS机型上不会出现”的这种现象。这个观点是说：在上游交流电源(比如“输入1”到后备发电机“输入2”)经ATS切换时，UPS输出就会形成8ms以上的输出电压闪断，如图3(b)所示。据说这可导致数据中心机房长达几十分钟到几小时的瘫痪事故。原因是双电

▲图3 高频机结构UPS逆变器原理电路图(一)

　　源±400V的中点电位在“UPS运行中一旦遇到输入电源N线上出现瞬态的、单极性的直流偏置电压时，就会导致输入到逆变器输入端上”，就会导致逆变器“瞬间DC过压”和“瞬间DC欠压”，就会产生这种“瞬态直流偏置”故障。

　　在交流电路中会出现“单极性的直流偏置电压”，所谓单极性，顾名思义，不是正极性就是负极性。这个直流偏置电压是什么?是如何形成的?问题提出者没有说清楚。这里的意思就是说：在上游ATS切换时，由于输入整流升压环节瞬间断电，则这段零线N上的电流也中断，如图3(a)所示，从互投柜到UPS之间的零线(虚线N)线段，就会在这段线中激起反电势 e，即：

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　　式中 ——零线的自身电感量，亨利(H)

　　——断电时的电流变化量，安培(A)

　　——断电时的时间变化量，秒(s)

　　这个反电势到底能不能构成威胁甚至“致命”，只靠定性地这么一说是没用的，也容易将读者引入歧途。必须要知道反电势的大小才有说服力。为了有一个量的概念，假设UPS到互投柜的零线长度为l=30m=3000cm，直径d=0.6cm，那么这段零线上的分布电感量Lo就是：

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　　直径d=06cm=6mm的电缆截面积S=pr2=28(mm)2。按10A/(mm)2，那么在这里就取300A，设ATS最快的动作时间为0.1s=100ms，于是式(3)就可计算出反电势e值：

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　　即在ATS切换时零线上被激起的反电势为0.15V。当然这个计算不一定很准确，但从数量级上看不会差多少，就是大上10倍也才1.5V，因此在这里可看出一些端倪。某处的这种分析悬乎其悬，用想象的“隐患”来吓唬人。换言之，上游ATS切换时在零线上激起的单极性电压微乎其微，既不能造成输出闪断，也不会导致逆变器过压或欠压，更不能造成数据中心机房停电数小时。再说零地电压也根本加不到这些地方去。而且输出电压闪断也不并是这个原因造成的。有关这个问题在后面还要讨论。

　　某处断言说这种单极性零线电压“在其它UPS机型不会出现”，难道工频机型UPS就没有零线?在ATS切换时，互投柜到UPS机柜这段距离零线上的电流也会由满载(假设)到零的一个突变过程，在零线上也会产生同样的这种反电势，因为它的零线不是超导体。怎么能说“在其它UPS机型不会出现”呢!

　　这里还有一个对电路尤其是对UPS工作原理基本知识的了解问题。零线上的单极性电压(即N线直流偏置)是如何形成的?输出电压的闪断是不是所谓的零线电压造成的?如何导致逆变器过压或欠压?出现的这些问题是不是只有高频机型UPS才有，等等。为了搞个明白，现在就这些问题一一讨论。

　　1. 零线电压指的是什么?众所周知一根导线上只能谈电流，不能谈电压，因为电压就是电位差。而这里就独独提出了一个N线电压的概念，姑且理解成是零地电压，是图3(c)A点对地GE的电压呢还是B点对地GE的电压?因为在有负载的情况下这两点对地的电压是不同的，A点对地GE的电压最高，这就是UPS中整个零线上的电压降，为了符合某处的意愿，暂且取这个最高值，这样就可能导致逆变器“过压”或“欠压”吗?什么值可以让逆变器过压呢?一般说至少要超过额定电压值10%以上，某处给出了±400V的额定工作电压，即使10%算作过压，那麽零线上的电压至少也得40V!问题是零线上能有这么高单极性电压的可能吗?一般说多数UPS内的零线不会超过2m，而且截面积也不小，在任何正常情况下莫说40V，就连4V也不会有。就算有4V，不会说404V就算过压，就可以损坏功率管吧。这样看来所谓单极性电压导致过压之说法实际上是不存在的!也仅仅是“潜在”的“危险”。再说这个零地电压也加不到管子上。

　　2. 那么单极性零线电压不会构成隐患，输出电压的8ms闪断又是如何形成的?真地就可以导致数据中心断电很长时间吗?

　　这也是搞电源的人都应该具有的基本知识。众所周知，蓄电池的内阻是比较大的，比如上游ATS切换时，就出现电源内部负载突变现象，再加之电池的动态性能不太好，就更不能很快响应这种突变电流。一般UPS在正常工作时是由输入整流器向逆变器供电，电池组不但空载而且还处于浮充状态。如果输入端突然断电，电池组就必须及时地将全部负载接替过来，但强大的电流突变是一般电池无法响应的。这必然会导致瞬时缺电流状态，也就是所谓的输出电压瞬时“闪断”。为了弥补这个缺欠，设计者就都在电池组或整流器后并入了足够容量的电容器，由于电容器的动态性能比电池好得多，所以瞬变的前沿电流先由电容器补偿，而后由电池来接续以后长时间的功率电流。但如果和电池并联电容器的容量不足或质量不好，不能适应前沿电流突变的要求，就会使输出电压出现所谓“闪断”的缺口，电容器的电容量越小，输出电压的缺口就越深越宽。所以这个输出电压缺口和所谓的单极性N线电压没有任何关系。

　　而且这个输出电压缺口问题在任何UPS上都可能存在，而且是不合格产品才会有。不论是高频机型UPS还是工频机型UPS，只要是合格产品(不是偷工减料的)，都不会出现这种输出有闪断的现象。某处为了某种原因将这种谁都可能有的现象硬套在了高频机UPS零线电压上，这又是对UPS工作原理上的误解。

　　3. 8ms的输出电压闪断真地就可导致数据中心无法工作吗?

　　一般合格的、功能正常的UPS都不会出现这种现象。退一万步说，即使这个8ms的闪断隐患真地出现，有无致命危险呢?根据IBM和HP对其PC机的实测，在市电断电后，其本身内置电源还可保证机器满负荷工作50ms。这主要是根据电路对其内部直流电源脉动和稳定度的要求而决定的滤波电容器容量得到的附加效果。在大容量机器中，电容量也是按比例增大的。因此也应有同样的效果。起码在不少计算机房也有了断电20ms工作无影响的例子。目前几乎在所有电子设备中都有内置开关电源，它们的任务就是将输入的交流电压变换成本设备所用的不同品种的直流电压。如图4左图所示的电源电路。图中C即为储能装置，如果这个储能装置没有支持本设备8ms后备工作的能力，恐怕就不是合格产品。如果拿不合格产品来说正事，其结果是什么也说明不了。

▲图4 IT设备以及内部电源主电路

　　4. ATS切换时还会有别的原因导致零线上出现单极性电压吗?

　　上面一些“隐患”的说法都来自问题提出者关于单极性零线电压的假设，这恐怕又是个基本概念问题。首先ATS切换属于正常动作，ATS切换不外乎是瞬时断电。众所周知，对一台合格的UPS而言，当输入端由于ATS切换而出现瞬时断电时，电容和电池及时地将足量的电能供出，使负载机器没有任何感觉。换句话说UPS输出端的电压和电流没有任何变化。那么从负载到电池组的这一段零线上的电流也就没有变化，当然这段零线上的电压降也就不会变化。零线到输入电源之间的这段零线，由于没有了电源，也就没有电流，更没有电压，而且即使有反电势也很小，这在前面已述及。这样一来原来工作时的零线电压也就一直恒定，不会出现所谓的“单极性”零线电压危害。

　　当ATS切换过程完成后，UPS又接入输入电源时，输入整流器开通为后面的电容和电池充电，同时也为逆变器供电。此时由于负载没变，图3(b)的B点以右零线电压还是不变，B点以左零线电压当然不为零了。B点电压抬高了，这一点的零地电压既不是单极性也加不到电池电压上去，而且最多也就是1V以下，任何作用都起不了。某处硬说是ATS切换过程可以导致很多严重后果，不知指的是什么机器。即使有这样的例子，恐怕问题也不在ATS的切换上，得找别的原因。更不用说是所谓的“隐患”。

　　上面的一切说法都来自两组直流电源之间的中间零线抽头，实际上那是原来的老电路，用两组电池总觉得不方便，于是后来就研发出仍使用一组电池的半桥逆变电路，如图5所示。在这个电路结构中又为逆变器增加了一只桥臂，如图中虚线框内环节所示，暂且称为第四桥臂，由VT7和VT8组成。这样一来，三相桥臂都可以与第四桥臂形成具有零线的相电压输出。为了说明问题，在图中取出UC作为例子。

　　UC输出正半波电压的途径是：GB+®VT1®R上端®VT8®GB-。UC输出正负波电压途径是：GB+®VT7®R下端®VT4® GB-。其它两相UA和UB都是如此。由于三相也是按照相位差120°设计工作的，所以线电压和相电压之间也是在数值上是：

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　　的关系和在相位上是顺序120°的关系。这样一来，高频机型UPS和工频机型UPS同样采用了一组电池。这在外接电池组的设备量上减少了一半数量的外壳，比如原来用32´2=64节50AH/12V，现在用32节100 AH/12V就可以了。

▲图5 新高频机结构UPS的主电路原理图