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1、第一部分UPS的额定输出功率与负载功率因数作者:王鸿藻UPS的额定输出功率是UPS输出的一个重要参数,也是选择UPS的一个最重要的参数。但并不是UPS对任何负载都可达到这一个固定不变的数,而是与负载性质有关的数据。任何一台UPS都要标注额定输出功率,同时也标注负载功率因数值,或标注额定功率的KVA值及KW值。但是对这个参数却有一些错误的认识,甚至在一些杂志上个别文章也做了一些错误的解释。例如,有的用户要用功率因数为0.8的UPS按其KVA值带满纯阻性负载,有的作者用功率因数为0.8的UPS的输出值去计算功率因数为0.7的负载量。这些都是错误的。那么,输出功率是怎么确定的?输出功率与负载
2、功率因数又有什么关系呢?下面就某著名品牌的UPS的有关计算做一说明,并将其他几种品牌的UPS的有关数据加以介绍。一、某著名品牌的UPS的输出功率与负载功率因数的关系下面的资料选自该厂的培训材料(英文)的有关部分,它不仅有结论的表格,而且还具体给出了计算过程。这是一种标准的双变换UPS,其输出部分电路简图如图1。IGBT逆变器模块输出接至变压器初级,变压器与滤波电容共同组成输出滤波电路。(无变压器的UPS是由一个电感与电容组成滤波电路,电路性质相同)。图1:UPS输出部分电路简图现以一台三相输入/三相输出60KVACOSΦ=0.8额定电压为380V的UPS为例计算说明如下:输出功率S=6
3、0KVA额定负载功率因数COSΦ=0.8有功功率P=48KW额定负载电流IL=91A。滤波电容为2组3x65μF。在正常电压工作情况下,电容除了滤掉高次谐波外,对于基波来讲它是一个固定的电容电路,在额定电压下,基波电容电流为27A。也就是说不管负载电流是多少,也不管电流的性质如何,即便是空载,这个电流总是要由逆变器供给的。这是一个固定的容性电流。这是这个问题的关键,其简化等值电路(折算到输出电压)如图2:图2:等值电路图逆变器电流应是负载电流与电容电流之和。当负载电流为额定值,负载功率因数为规定值0.8时,电路的向量图如图3:图3:向量图从此向量图可以得出在规定的功率因数额定负载电流下
4、,逆变器电流IINV=78A。根据这个电流值来选择UPS的功率器件和变压器等器件。这就是按照UPS输出要求,设计选择UPS内部元器件的基础。也就是由这个问题决定UPS的输出性能。逆变器电流IINV为78A,电容电流IC为27A,是IINV的35%。也就是说不管负载电流IL如何,逆变器总是要供给其额定值35%的容性电流。从理论状态上讲不管负载电流的大小也不管负载功率因数如何,只要逆变器电流不超过其规定数值(例如在本例中为78A),UPS就在其额定范围内,不过载。如图4为理想向量图。从该图得出负载功率因数从COSФCAP=0(IL=78-27=51A)到COSФIND=0(IL=78+27
5、=105A)范围内只要IL值与IC值合成IINV的数值不超过规定值,就能供电。图4:理想向量图由于逆变器电流流经IGBT模块的情况是和IINV与电压U之间的相位差有关,当IINV与U同方向时,电流流经导通的IGBT,当IINV与U反向时,电流流经与之相应的IGBT的旁路续流二极管.为了适应UPS的设计要求,选择适当的功率器件,设计者可能规定流经IGBT和续流二极管电流的比例,也就是说限定IINV与U之间的相位差。在本例中设计者限定IINV的无功分量为IINV额定值的60%(即0.6x78=47A),据此画下的向量图如图5。在这个额定条件下负载COSФCAP=0.96，IL为65A,CO
6、SФIND=0.7，IL为96A。图5:实际向量图若负载功率因数超出了上述范围,则负载电流的大小应保证其无功分量与电容电流的代数和维持为IINV的60%。由此得到图6所示的该UPS输出电流(功率)与负载功率因数的关系图。由这个图可知,若已知某一负载功率因数,根据其已知相位差角,在图上画出与U的夹角的直线,由O点至界定值的长度,即为此UPS可以供给这一负载的电流(功率)。因这个图使用很不方便,故厂家给出了计算表格,并为使用方便对数据做了个别处理。下面的表1就是这种UPS输出功率与负载功率因数的关系。表1UPS输出功率与负载功率因数的关系容性感性负载功率因数0.1-0.40.50.60.7
7、0.80.910.90.80.70.60.50.1-0.4功率折算系数0.200.250.250.300.400.500.800.951.001.000.940.860.76图6:UPS输出电流限定图由上述计算可得到以下几个结论:1.UPS额定输出功率是在某一负载功率因数下确定的,而且负载性质也是确定了的。本例中的UPS额定输出功率是在感性负载功率因数为0.8条件下确定的。2.不同负载功率因数下UPS的输出功率值是不同的.各种UPS有自己的规律
