“优化”于感性负载的UPS的分析举例

所谓“优化”,只能在特定条件下,对特定参数进行“优化”;对其他条件及参数不但不能一起“优化”,通常还要作出让步或牺牲。

UPS的负载为线性感性负载时,电流为正弦波(或近似),电流的相位滞后于电压,可分解为与电压同相位的有功电流和滞后于电压90°的无功电流(感性电流),其等效电路是,等效电阻负载与等效电感负载相并联。

(1)某种UPS所适应的负载功率因数的优化选择:UPS输出端并联有功率因数补偿电容,电容的电流为超前于电压90°的无功电流(容性电流)。

①优化()条件为,电容电流完全补偿负载电流中的感性电流分量,也就是等效的L与C处在并联谐振状态,这时UPS的逆变器仅供出负载电流的有功分量,功率因数为1。

②UPS中的逆变器输出的允许电流,也利用这个优化条件,取为负载电流的有功分量,小于负载的总电流,使逆变器的成本降低。

例如:针对功率因数为0.8的线性的感性负载做以上优化设计时,则逆变器输出的允许电流仅为负载电流的80%,减小了20%。降低了成本、减小了功率损耗,是有利的。

(2)功率因数补偿的优化设计,有好的针对性,但适应性下降。以上举例优化的UPS,在阻性负载时能供出的有功功率就小多了,例如:只能输出额定容量53%的有功功率。远远达不到通信用UPS额定有功功率为额定容量70%的要求,原因是:

①优化在感性负载的逆变器的输出电流允许值已设计得小多了。

②而优化的能补偿感性负载时电感电流分量的电容电流相当大,该电容的电流在纯阻负载时不但用不到它来提高功率因数,反而还成了累赘,也就是电容电流占用了逆变器电流容量中相当大的份额,降低了功率因数,可供给阻性负载的电流就小多了。

可见,相当大的电容电流,优点和缺点有明显的对比。为发挥其优点,这种UPS应该是功率因数范围较窄的专用UPS。若取用更大容量余量的UPS,则可以扩大其应用范围。

此外,在非线性负载时,由于大容量电容能吸收谐波电流,输出电压的波形畸变得到抑制,这是有利的因素。

3.3   感性和阻性负载折中设计的UPS举例

考虑到UPS的负载可能是线性的感性负载,又可能是线性的阻性负载时,可采取两者兼顾的设计方案,就是以上两种举例的折中(协调)。

例如:功率因数补偿电容相应减小,使电容电流只补偿功率因数为0.8的负载电流感性电流分量的1/2(或较小),为UPS额定电流容量的30%(或更小)。此条件下,逆变器输出的允许电流为UPS额定电流容量的85%(或更大)。

当阻性负载时,根据矢量分析(从略),纯理论计算,可输出有功电流80%(或更大),所对应的有功功率也是额定容量的80%(或更大),不会再小。

这种UPS对负载功率因数的适应性比功率因数补偿电容量大的UPS加宽了。可见,参数的选择,可以满足相应的设计要求。

但要注意,在非线性负载时,由于电容量的减小,电容能吸收谐波电流的能力减小,抑制输出电压波形畸变的能力减小,输出电压波形畸变,(失真度)增大,这是不利的因素。

4   结束语

与UPS负载功率因数相关的问题不是简单的,需要认真关注。各种UPS的标准、产品、性能及负载性质都有各自的适应范围,不要用混,不要用错。（御风）

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