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交流稳压电源功率因数很重要-误解它将后患无穷

交流稳压电源功率因数(Power Factor是衡量电气设备功率凹凸的一个系数。它的巨细与电路的负荷性质有关, 如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的交流稳压电源功率因数为1,一般具有电理性负载的电路交流稳压电源功率因数都小于1。交流稳压电源功率因数低,说明无功功率大, 然后降低了设备的利用率,增加了线路供电损失。  

关于交流稳压电源功率因数的评论网上也有不少文章,但许多人依然对一些概念存有误解,这将为体系的规划带来诸多损害,有必要在此再加以弄清。

一、交流稳压电源功率因数的由来和意义

在电子范畴的负载有三个底子种类:电阻、电容和电感。电阻是消耗功率的器材,电容和电感是贮存功率的器材。日常所用的交流电在纯电阻负载上的电压和电流是同相位的,即相位差q = 0°,如图1(a)所示;交流电在纯电容负载上的电压和电流联络是电流超前电压90°(q =90°),如图1(b)所示;交流电在纯电感负载上的电压和电流联络是电流滞后电压90°(q = -90°),如图1(c)所示。

交流稳压电源功率因数很重要-误解它将后患无穷

 图1 不同性质负载上的电流电压联络

  交流稳压电源功率因数的界说是:

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在电阻负载上的有功功率就是视在功率,即二者持平,所以交流稳压电源功率因数F=1。而在纯电容和纯电感负载上的电流和电压相位差90°,所以所以交流稳压电源功率因数F=cosq = cos90°=0,即在纯电容和纯电感负载上的有功功率为零。

从这儿可以看出一个问题,同样是一个电源,对于不同性质的负载其输出的功率的巨细和性质也不同,因而可以说负载的性质决议着电源的输出。换言之,电源的输出不取决于电源的自身,就像一座水塔的供水水流取决于水龙头的开启程度。

从上面的评论可以看出,交流稳压电源功率因数是表征负载性质和巨细的一个参数。并且一般说一个负载只需一种性质,就像一个人只需一个身份证号码一样。这种性质确实定是从负载的输入端看进去,称为负载的输入交流稳压电源功率因数。一个负载电路完成了,它的输入交流稳压电源功率因数也就定了。 

比方UPS作为前面市电或发电机的负载而言,比方六脉冲整流输入的UPS,其输入交流稳压电源功率因数就是0.8,不管前面是市电电网仍是发电机,比方要求输入100kVA的视在功率,都需求向前面的电源讨取80kW的有功功率和60kvar的无功功率。如果UPS的输入交流稳压电源功率因数是0.6,就需求向前面的电源讨取60kW的有功功率和80kvar的无功功率。像这样的输出分配,前面电源是“无权”决议的。


二、表征UPS输出才能的参数——交流稳压电源负载功率因数

1. 交流稳压电源负载功率因数被误称为“输出交流稳压电源功率因数”

  众所周知,在很早以前人们穿的鞋子都是由裁缝依照每个人的尺度一对一制作的,到了现代由于社会的开展和分工,呈现了许多工业。比方制鞋工业需求预先做出许多鞋子以供社会需求,问题是做多大的鞋子?是男鞋仍是女鞋?这就需求事前有个规划,这个规划就来自于社会人群,多数人的脚是多大,男人和女性有何差异?于是就拟定出男鞋和女鞋的款式及巨细,这就是多少多少码。UPS也是这样,总不能一对一地制作,也要事前依据当前用电器的方式和规划预先制作出一批或几批不同交流稳压电源功率因数和功率标准的机器,以备市场现货出售。预先制作出一批或几批UPS的依据就是交流稳压电源负载功率因数。当UPS的交流稳压电源负载功率因数与负载的输入交流稳压电源功率因数持平时,就称为彻底匹配,UPS就可输出悉数功率。即37吗的鞋穿在37吗的脚上就正适宜,不然就感到不舒服,那么这双鞋的舒适度就打了扣头。UPS也是这样,遇到不匹配负载时,就有必要降额运用。图2示出了UPS交流稳压电源负载功率因数与交流稳压电源负载输入功率因数的联络。

UPS交流稳压电源负载功率因数与交流稳压电源负载输入功率因数的联络

 图2 UPS交流稳压电源负载功率因数与交流稳压电源负载输入功率因数的联络


三、对交流稳压电源负载功率因数的误解

有的就误把UPS的交流稳压电源负载功率因数称为UPS的输出交流稳压电源功率因数。这种误解的来源大约以为UPS已然有输入交流稳压电源功率因数就一定有输出交流稳压电源功率因数,这样一来UPS的性质就有两种,从输入看进去是一种性质,从输出看进去又是另一种性质,误解了电路性质的唯一性。已然是UPS的输出交流稳压电源功率因数,如前所述,如果UPS有输出100kVA的才能,那么应当在任何负载性质的条件下都可给出交流稳压电源功率因数所指出的有功功率和无功功率。比方被称为输出交流稳压电源功率因数的数值为0.8时,在任何负载性质的条件下都可给出80kW的有功功率和60kvar的无功功率。但实际上不是这样。比方往往呈现这种状况,当交流稳压电源负载功率因数为0.8的100kVA UPS在带线性负载时,就会因过载而转旁路,这是其一;其二,当用交流稳压电源功率因数表丈量UPS输出端时发现,在带线性负载时其交流稳压电源功率因数值为1,当带二极管整流滤波输入的IT负载时其交流稳压电源功率因数值又是0.7,怎样也出不来0.8!实际上这两种状况测得的都是负载的交流稳压电源功率因数,所谓输出交流稳压电源功率因数0.8底子就不会呈现,除非带输入交流稳压电源功率因数为0.8的负载时,但那时测得的也依然是负载的交流稳压电源功率因数。即,只需带负载丈量,测得的就是负载的交流稳压电源功率因数。这样一来,只需不带负载时才可测得UPS的“输出交流稳压电源功率因数”,这时有功功率P的输出电流IP=0,视在功率S的输出电流IS=0,尽管二者的电压UP和US不为零,但依据式(1)

这个成果就是一个无理数。交流稳压电源功率因数表测试底子就测不出任何值。也就是说所谓的“输出交流稳压电源功率因数”没有任何操作性。

  

1.交流稳压电源负载功率因数确实定要素  

那么交流稳压电源负载功率因数为0.8的100kVA UPS在带线性负载时,为什么给不出80kW呢?一般这种状况下的工频机UPS规划是依据额定的有功功率挑选正弦波逆变器,而无功功率部分由正弦波逆变器后边的电容器C来承担,如图3所示。在图中的正弦波逆变器功率挑选就是依据交流稳压电源负载功率因数设定的。这儿是以交流稳压电源负载功率因数为0.8的100kVA UPS为例的数字。正弦波逆变器是依据80kW挑选的功率管,电容器C的容量是依据输出的无功功率60kvar选定的(当然还需别的加上滤波时所需的容量)。由于在全匹配负载时电容C的输出无功功率QC和负载上的容性无功功率负载上的理性无功功率 QL绝对值持平而符号相反,彻底互补(直接相减),即:  

QC-QL=0 

并且C和L构成的回路电流并不流经正弦波逆变器,即无功电流不流经正弦波逆变器,UPS就是在这种设定条件下制作的。

 一般工频机UPS与负载匹配状况下的主电路结构

 图3 一般工频机UPS与负载匹配状况下的主电路结构  

所以在全匹配的条件下,交流稳压电源负载功率因数为0.8的100kVA UPS能将80kW的有功功率和60kvar的无功功率悉数输送给负载。即在UPS的交流稳压电源负载功率因数与负载的输入交流稳压电源功率因数彻底匹配时,负载上得到的功率就是:

如果负载的输入交流稳压电源功率因数与UPS的交流稳压电源负载功率因数不持平,景象又会怎样呢?比方后边的负载是线性负载,即负载的输入交流稳压电源功率因数=1,这种状况经常呈现在UPS带假负载考机状况,如图4所示。在这儿有一个很大的差异,负载中的电感部分没有了。这就造成了正弦波逆变器后边电容器C的无功功率再也不能向负载端供给的局势。由于60kvar的容抗XC是:

交流稳压电源功率因数很重要-误解它将后患无穷

从上式可以看出,正弦波逆变器输出首要并联了一个小于1W的电抗,如果让正弦波逆变器输出端建立起220V的电压,首要要向电容C供给一个电流IC,其值的巨细为:

交流稳压电源功率因数很重要-误解它将后患无穷

而本来正弦波逆变器可以供给的电流IINV为:

很显然,有必要从正弦波逆变器输出电流中减去上述的容性电流,余下的才是负载应得的电流Ir,即:那么此刻负载上可以得到的功率Pr就只需:

Pr =241A´220V»53kW 

一般工频机UPS与线性负载不匹配状况下的主电路结构

 图4 一般工频机UPS与线性负载不匹配状况下的主电路结构

  或者用功率核算式得出同样的成果: 

因而交流稳压电源负载功率因数为0.8的100kVA UPS在带线性负载时,只能给出53kW的功率,在以往的机器中不止一次地证明了这个结论。也就是说当负载的输入交流稳压电源功率因数不等于UPS的交流稳压电源负载功率因数时,UPS就有必要降额运用。这是一般规则,当然对不同交流稳压电源负载功率因数的UPS有着不同的降额值。

  

2. 对UPS交流稳压电源功率因数的误解损害  

正是由于有的用户将交流稳压电源负载功率因数误以为是UPS的“输出交流稳压电源功率因数”,不光将归属联络搞错了,并且还引出了一个底子不存在的概念。已然是“UPS的输出交流稳压电源功率因数”,那么UPS的输出功率就有必要遵守这个交流稳压电源功率因数值,也就是说“交流稳压电源功率因数为0.8的100kVA UPS在带线性负载时也应给出80kW的输出功率”。如果这种误解仅仅是单个用户,最多导致用户和供货商方面的矛盾。但如果是拟定标准者陷入这个误区,损害就是全国的UPS制作商。  

比方本来都是进口的大功率UPS,在带线性试验负载时发现交流稳压电源功率因数为0.8的100kVA UPS给不出80kW,于是就以为是厂家的产品不合格,在加之厂家也说不清楚原因,于是就只好加大正弦波逆变器的功率,也就是说在正弦波逆变器中有必要也把60kvar的无功功率包括进去,即:

无形中将正弦波逆变器的造价增加了20%,但正弦波逆变器的驱动电路也比需相应地晋级,那就不止20%了。全国一切的厂家都有必要照此办理,这个影响面就大了!这样一来,80kW的输出功率是给出来了,惋惜的是交流稳压电源负载功率因数F就不是0.8了,由于陷入误区的制作商是不会将本来60kvar的无功功率作任何改动的,即依然保留了60kvar的电容器,这样一来按着本来的对交流稳压电源负载功率因数F的规划,就变成了:

当然,只需输出给够了80kW,至于此刻的交流稳压电源功率因数值也就无人顾及了。如果真地有人看到了这一点,是不是以为这台100kVA 的UPS只需给出68.4kW就达标了!  

很显然,这样的改动是不应该的,一来是损害了制作商的利益,二来也不符合科学道理,仅仅由于误解原因而人为地以为这样做。乃至有的说:多数人赞同这样做那就对。要知道科学的问题不是靠举手表决处理的,自由落体的苹果就是要落在地上,再多的人举手表决也不会飞到天上去。  

和交流稳压电源负载功率因数并排的一个量就是UPS输出电压的谐波失真度,有的将二者相提并论,以为只需输出电压的谐波失真度到达要求,那么交流稳压电源负载功率因数也就知道了。实际上在产品规划中交流稳压电源负载功率因数和谐波失真虽然有些联络,但不是一码事,各自的考虑不同。谐波失真度就好比是衡量这件衣服做得活计好不好,针脚密不密,款式好不好。而交流稳压电源功率因数表明的则是男服装仍是女服装,是多大号的衣服,等等。所以这两个目标且不行另眼相看,乃至舍弃其中之一。  

更不能令人放心的是有些读者至今仍以为交流稳压电源功率因数是百分数,常听到有人问:你的UPS的输入交流稳压电源功率因数是百分值多少?这从上面的核算就可清楚地看到,有功功率和无功功率是正交联络。从式(11)也可看到视在功率、有功功率和无功功率三者之间的联络是直角三角形勾股弦的联络。所以有功功率和无功功率是不能直接加减的。比方上面的比如,如果将80kW看做80%,那么60kvar就是60%,这样一来有功功率和无功功率加在一起就是140%,显然是不对的。这个最底子的底子概念如果搞不清楚,其他概念就很难去理解了!

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