較之此前的基于變壓器的UPS系統，今天的無變壓器UPS不僅規格更小、重量更輕，而且更有效，更可靠，進而得以能夠更好地限制故障電流。此外，它們還使企業組織能夠利用諸如節能系統和可變模塊管理系統等復雜功能，通過降低機械復雜性，降低能耗成本來增強可靠性。因此，在當前北美地區的企業數據中心市場上，對于無變壓器UPS設計的采用較之舊技術要出多一倍。
無變壓器UPS技術簡史
無變壓器UPS設計最早出現在較低的功率水平，大概已經有二十多年的歷史了。現在，絕大多數低于300 kVA的無變壓器UPS設計都是無變壓器的，這意味著這類UPS不包含電力線頻率磁性材料(變壓器或電感器)。這種無變壓器設計趨勢涵蓋更高的功率水平，因為電力線磁性材料既耗費材料又耗費人力。另一方面，所需的高頻功率處理屬于技術密集型。總的來說，這方面技術的進步已經足夠成熟，可以在不犧牲所需可靠性的情況下為企業客戶提供更高的價值。而一旦達到這一點，技術密集型設計就成為了價值優先者的首選。技術的進步對諸如用于服務器、存儲設備和網絡設備中的切換式電源供應器也產生了類似的影響。
無變壓器UPS：增長勢頭迅猛
在功率達到30kVA以上，現在高達1100kVA的情況下，企業數據中心所面臨的挑戰是：如何在高電壓下快速的切換高電流，而不會造成高損耗或過高的峰值電壓。在過去的十年中，大功率IGBT已經足夠成熟，允許企業數據中心實現10kHz以上的頻率轉換，而不會在這些更高的功率水平下犧牲效率。此外，在系統效率方面進行測量時，一些創新的控制策略允許進一步減少交換機的損耗，使無變壓器UPS大大優于舊式的UPS。
無變壓器UPS較之傳統設計的優勢
下圖1顯示了傳統和無變壓器技術UPS動力系統的基本拓撲結構。相位控制整流器雖然效率高，香港免備案主機 美國服務器，且性價比高，但會產生較大的諧波輸入電流，并降低的輸入功率因數，這對于許多企業數據中心站點而言是不可接受的，并且與某些發電機不兼容。
需要大量的輸入電感器及諧波濾波器，以使得諧波降至總諧波失真(Total Harmonic Distortion，THD)的5%至10%，而功率因數(PF)則最高可降至達> 0.99 PF。這些組件增加了成本和重量，并增加了占地面積，而大量的電容器減少了平均故障間隔時間(MTBF)。另外，它們不會在較寬的負載范圍內保持THD下降和PF上升。通常僅在滿載的60%以上才有效。在低于大約40%的輕負載下，輸入PF實際上可能領先，并且會導致與發電機的不兼容。PF也會隨線路電壓而變化，但僅限于標稱線路。
圖1：傳統和現代無變壓器技術的簡化原理圖
如下圖2所示，采用IGBT整流器的無變壓器設計固有地保持PF上升，THD從10%降至100%。其與發電機高度兼容，避免了SCR通常需要的額外的超大規格發電機。這些卓越的輸入特性在輸入電壓工作范圍內保持不變。
圖2：傳統UPS設計的典型輸入特性
圖3：無變壓器UPS設計的典型輸入特性。
THD和無變壓器UPS設計
關于諧波失真，其重要程度取決于特定的應用程序及其位置。
例如，低頻10%的失真分量比高頻分量產生的電壓失真小得多。如果沒有足夠的輸入濾波，由SCR觸發引起的快速di/dt(電流高峰)可能會導致嚴重的線路電壓陷波，并干擾鄰近的設備。事實上，在THP單獨輸入PF降至0.990以下之前，THD需要超過14%的THD。 (見下圖4)
圖4：真正的功率因數vs.THD
典型的6個SCR輸入電流的THD為30%或更高,di/dt受輸入電感器的限制。
無變壓器中使用的更高開關頻率允許使用更小的濾波電感和更快的響應時間，并提高波形完整性：
圖5：無變壓器拓撲UPS的典型輸入和輸出波形。
下圖6中的動力系統顯示，香港服務器租用，中性點輸出可以與相電壓一起產生，而無需變壓器。雖然在線操作只需要三線輸入，但需要中性連接以支持旁路操作或相對中性點電壓(phase-to-neutral)負載。在傳統的拓撲結構中，三角波變壓器通常用于生成中性點輸出。
圖6：不需要變壓器的動力控制系統
無變壓器UPS的電池管理優勢
