UPS有两个功率因数值输入功率因数和输出功率因数输入功率因数.doc

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时间:2020-08-15

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1、UPS有两个功率因数值:输入功率因数和输出功率因数。输入功率因数表示UPS对电网有功功率吸收的能力及对电网影响的程度;输出功率因数表示UPS对非线性负载的适应能力。当然,对输入功率因数的要求是越高越好,而UPS的输出功率因数却不一定越大越好,现就这个问题进行讨论。1 基本概念·视在功率:即交流电压和交流电流的乘积。UPS说明书上的功率伏安值就是指UPS的额定输出电压和额定输出电流的乘积,用公式表示为:S=UI式中,S是UPS的额定输出功率,单位是VA(伏安);U是UPS的额定输出电压,单位是V如220V380V等;

2、I是UPS的额定输出电流,单位是A。视在功率包括两部分:有功功率(P)和无功功率(Q)。·有功功率是指直接做功的部分。比如使灯发亮,使电机转动,使电子电路工作等。因为这个功率做功后都变成了热量,可以直接被人们感觉到,所以有些人就产生一个错觉,即把有功功率当成了视在功率,孰不知有功功率只是视在功率的一部分,用式表示:P=Scosθ=UIcosθ=UI·F式中,P是有功功率,单位是W(瓦);F=cosθ被称为功率因数,而θ是在非线性负载时电压电流不同相时的相位差。功率因数表征着UPS输出有功功率的能力。·无功功率是储藏在电

3、路中但不直接做功的那部分功率,用式表示:Q=Ssinθ=UIsinθ式中,Q为无功功率,单位是var(乏)。对于计算机和其它一切靠直流电压工作的电子电路,离开无功功率是根本无法工作的。一般用户都认为计算机之类的设备只需要有功功率,而不需要无功功率。既然无功功率不做功,要它何用!于是他们当然就认为功率因数为1的电源最好。因为它能给出最大输出功率,当然也就认为UPS输出功率因数小了就不好。然而,实际情况并非如此。假如有一台计算机,当交流市电输入后进行整流,就得到图1中UDC的脉动直流电压,若不将脉动电压进行任何加工,就直接

4、提供给计算机电路,毫无疑问,电路根本无法正常工作。虽然这时计算机的功率因数接近于1,可这又有何用呢。为了让计算机电路能正常工作,必须向其提供平滑了的直流电压。这个“平滑”工作必须由接在计算机电源整流器后面的滤波电容器C来完成。这个滤波器就像一个水库,电容器里面必须储存足够数量的电荷,在整流半波之间的空白时,使电路上的工作电压仍不间断,能保持正常电平。换句话说,即使在两个脉动半波之间无输入电能时,Uc的电压电平也无显著的变化,这个功能是靠电容器内的储能来实现的,储存在电容器内的这部分能量就是无功功率。所以说,计算机是靠无

5、功功率的支持,才能保证电路正确运用有功功率实现正常运行的。因此可以说,计算机不但需要有功功率,也需要无功功率,两者缺一不可!3 UPS的输出功率因数并不是越大越好UPS很少被用来照明或带电热器之类的线性负载,绝大多数用作像计算机或类似计算机的电子设备供电。这类设备一般都在内部设置了PWM电源,而这种电源的特点就是直接将输入市电整流滤波。如前所述,这些设备对市电(或UPS输出)构成了非线性负载,功率因数F=0.6~0.7。为了使UPS和计算机匹配,UPS最好也具有功率因数0.6~0.7的值,如美国的APC、瑞士的IMEL

6、和IM061等都具有这样的输出功率因数。功率因数是大了好还是小了好呢?为说明这个问题,可以看一下图2的逆变器。输出特性与功率因数的关系,也就是UPS输出与功率因数的关系。(1)当功率因数F=1时UPS只能输出额定容量的80%,而且这是有功功率,这时的无功功率为0,对计算机这样的非线性负载而言,显然无法应用。众所周知,一个电源输出最大功率的条件是电源内阻和负载电阻值相等。比如从理想和极端的情况看,1kVAUPS的负载电阻是R=U2/P=2202/1000=48.4Ω那么电源内阻也是48.4Ω,而且是纯电阻,莫说带脉冲

7、负载,就是电流稍有变化,也会造成输出电压U的大幅度变化。比如电流增加1A,则输出电压就会下降:U=48.4×1=48.4(V)因此像图1中电流I波形更无法适应。因为计算机向UPS索取的脉冲电流幅度为其平均电流的3倍以上。在这样的脉冲负载下,电源将无法正常供电。当然,这只是一个极端的例子,实际中情况要好得多。故功率因数F=1的情况下,如果这个因数只仅仅是1而无变化余地,那麽就只能带线性电阻负载,且过载能力较差。总之,F=1的UPS,一般说来,对输入功率因数尚未校正过的计算机负载而言,没有什么实际使用价值。比如计算机功率因

8、数取平均值0.65,设10kVA的UPS在F=1时仅能输出功率为8000W(VA),如果带40台功率为200W的计算机,乍看起来正好满载,其实不然,还有无功功率未计入,若计入后,视在功率S=P/F=8000/0.65=12308(VA)=1.23kVA所以,上述情况已过载23%了。而且F为1时,UPS也并不能将100%的VA值变

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