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详细分析APCUPS电源的功率因数

发布者:APCUPS电源  发布时间:2021-09-13  查看:次 

文章摘要: 长久以来,无论是 APCUPS电源 的供货商还是用户,UPS电源的功率因数一直在讨论UPS电源的一个焦点问题:UPS要高功率因数,而供应商则说UPS的功率因数越大,因此各厂商就尽全力去提高
  长久以来,无论是APCUPS电源的供货商还是用户,UPS电源的功率因数一直在讨论UPS电源的一个焦点问题:UPS要高功率因数,而供应商则说UPS的功率因数越大,因此各厂商就尽全力去提高这个参数。UPS的功率因数到底是大点好还是小点好?
 
  APCUPS电源有两种功率因数:输入功率因数和输出功率因数。输出功率因数表示UPS吸收电网有功功率的能力和对电网的影响;输出功率因数反映了UPS对非线性负载的适应性。当然,对输入功率因数的要求显然是越高越好,UPS输出功率因数却不一定越高越好。
 
  首先看一下以下的一些概念。
 
  视在功率(S):交流电压乘以交流电流。APCUPS电源的标称容量是伏安,它的额定输出电压和额定输出电流的乘积是其视在功率的乘积。按公式表示:S=U×I。
 
  视在功率包括有功功率(P)和无功功率(Q)两部分。
 
  有功功率(P):指直接做功的部分,单位为瓦(W)。例如开灯,启动马达等。由于这种能量在做功后都变成了热量,转化为热能、光能、机械能等,可以明显地被人察觉。而有功功率仅仅是视功率的一部分,与视在功率的关系为:P=S×cosφ=U×I×cosφ。
 
  以cosφ作为功率因数,角φ是非线性负载下电压和电流的相位差。功率因数表征UPS有功功率输出能力。
 
  功率无功(Q):指储存在电路中但不直接作功的那部分功率,单位为乏(var)。它们的数值用公式表示为:Q=S×sinφ=U×I×sinφ。
 
  尽管无功功率并不转换成其它形式的能,但对计算机这样的非线性负载而言,没有无功功率就不能工作。
 
  多数人认为无功功率既然不做功,当然可以不做。因此,考虑功率因数为1的电源最好,可输出最大功率。但事实并非如此。
 
  先说负载方面。
 
  以电脑为例,当输入市电后,要进行整流处理,如果把输出端的电容C取出来,把整流桥的输出电压直接输出到计算机,这时电脑的功率因数接近1,但是直流输出的直流电压却忽大忽小,上下波动,显然这样的电压不能让计算机正常工作,这么高的电压是不能让计算机正常工作的,这么高的功率因数又有什么用?为使计算机能够正常工作,在整流桥输出端加一个大电容,对计算机进行滤波,将直流电压平滑地输入Uo电压Uo。Uo电容滤波器就像蓄水池,在整流桥输出电压偏低的情况下,可以对其进行补充。电容器中贮存的这部分能量,实际上叫做无功功率。有些平滑滤波电路是由电容和电感共同构成的,但无论哪种,原理都是相通的,在电路中,只要有电容或电感存在,功率因数就不再为1。所以,计算机等非线性负载不仅需要有功功率,而且还需要无功功率才能正常工作。
 
  再次由电源装置-UPS供电。
 
  APCUPS电源绝大多数是用于计算机或类似于计算机等非线性负载,很少有用于照明或带电热器等线性负载。这种类型的非线性设备一般是直接输入市电,然后进行整流、滤波。这类装置对市电构成非线性负荷,功率因数基本为0.6~0.7。根据电路的基本原理,当负载阻抗于电源阻抗相等时,电源的利用率最高,工作在最佳状态,此时电源和负载才称为匹配。要让UPS与这些设备相匹配,最好也有相似甚至相等的功率因数值。例如全球知名UPS品牌,美国APCUPS电源都有这种输出功率因数。
 
  假定APCUPS电源的输出功率因数为1,此时无功功率为0,这对于计算机这样的非线性负载显然不能应用,这样的电源只能是纯带线性负载,此时如果电流发生变化,输出电压要几十伏地增加,这种情况下电源根本不能工作。实际应用中,UPS应用于纯线性负载的场合也很少。
 
  实际上,APCUPS电源逆变器的输出特性与负载的功率因数有一定的对应关系,在功率因数为1时,APCUPS电源只能输出80%的额定容量,随着功率因数的降低,UPS的输出能量也相应地变大,当功率因数为1时,可输出额定容量为80%。也就是说,负载的功率因数越小,输出VA功率值越大,换句话说,应对非线性负载的能力越强,而计算机恰恰是典型的非线性负载,UPS输出功率因数的计算机系统越接近,则越有可能构成最佳配合,此时,UPS的输出功率因数越接近,则越有可能构成最佳配合。
 
  一般而言,APCUPS电源的输入功率因数的提高有利于输入电网,减少对电网的干扰。所以这个参数越大越好,但是对于UPS本身的好处就不明显了。为减少对电网带来的公害,施耐德APC电源的输入功率因数也是尽可能做大,但这样做势必增加控制电路的复杂程度,增加元器件成本,这也是传统UPS不急于提高输入功率因数的原因之一。
 
  UPS输出功率因数的真正含义是适应负载的能力,即不只是提供有功功率的百分比,而是能够适应负载的多少。例如,在一定范围内,当线性负载时,UPS输出功率因数应为1;如电脑等非线性负载,则UPS输出功率因数应为0.6~0.7。即,APCUPS电源的输出功率因数随负载变化。
 
  总而言之,无论是APCUPS电源的输入功率因数还是输出功率因数,都可以通过一定的手段加以改善,问题是这一必然性问题。UPS输出功率因数并不是越大越好,可以说:功率因数小的UPS含有高功率因数的特点,高功率因数UPS不能替代小功率因数UPS的功能。由于UPS电源的输出功率因数大小完全取决于UPS负载的特性,UPS并不决定UPS对负载的输出特性有多大影响,UPS应与负载相适应,而非与UPS相适应。
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