談UPS的帶載能力
2005/11/9 15:54:00 電源在線網
UPS的帶載能力是用戶選擇UPS時首先要考慮的問題，即需要一個多大容量的UPS，被選中的UPS在各種情況下帶負載的能力又如何，都是需要認真對待的。但UPS又不象變壓器那樣，只要負載功率不超過其額定輸出容量（kVA）數值，無論什么負載都行，而UPS的輸出容量不僅與負載大小有關，還與負載的性質有關。
為什么會是這樣呢，其原因就是UPS機內的輸出側有一組電容。這組電容是做什么的呢？有兩種說法：其一，雙變換型UPS的這組電容是“補償電容”，Delta變換型UPS的這組電容是逆變器的輸出濾波電容。在一篇英文文章里對這個問題有很多論述,圖1和圖2就是這篇英文文章所附的圖，是以500kVA的UPS為例來說明的。
雙變換型UPS的額定負載功率因數為0.8，逆變器供給有功功率P，電容不僅要起濾波作用，還要供給負載的無功功率Q。那么額定容量為500kVA的UPS在額定情況下，應供給負載400kW的有功功率，300kVAR的無功功率。而逆變器只供給有功功率，無功功率則由輸出電容C來供給。所以這個所謂“補償電容”既要濾波，既要供無功功率，至少要有300kVAR的大小。見圖1中對輸出電容的標注（300kVAR PWM電容）。
圖2是Delta變換型UPS的電路，因為額定負載功率因數為1，所以負載功率完全由主逆變器供給，輸出電容只供PWM逆變器的濾波用（PWM電容）。
為什么會有這種看法和結論呢，就是因為二者的額定負載功率因數不同。按Delta變換型UPS的額定負載功率因數為1，雙變換型UPS的額定負載功率因數為0.8。由于這個原因造成上述這種認識和結論。
首先從一種雙變換UPS的實際電容說起。某著名品牌的雙變換500kVA UPS的輸出電容為2組，一組為三角形連接C2，另一組為星形連接C3。C2為200μF 440VAC 15個，C3為100μF 280VAC 30個。按額定電壓為400V/230V計算，C2為150kVAR，C3為50kVAR ，總計為200kVAR。若按常規計算，負載所需無功功率Q=S×sinφ=500×0.6=300kVAR，是實際電容能夠提供無功功率數值的1.5倍。另一種同品牌不同系列100kVA UPS 的輸出電容為30kVAR，計算出無功功率Q=100×0.6=60kVAR，為實際值的2倍。顯然這個電容提供不出負載所需的無功功率，起不到補償作用。
筆者認為：這個輸出電容是PWM逆變器輸出的濾波電容，它與逆變器輸出變壓器（或電感）共同組成濾波電路，而不是補償電容。其大小是由廠家根據濾波要求設計所決定的，不是按輸出無功功率計算的。由于有了這個濾波電容，對高次諧波來講是濾掉了，對于基波來講是一個固定的電容電路。UPS輸出端不管是否有負載，也不管負載大小，逆變器總是要供給這樣一個容性電流。對于感性負載來講，可以降低逆變器電流，而對于容性負載來講，又增大了逆變器電流。
產生這個問題的原因還是UPS規定在額定容量時的負載功率因數的數值問題。雙變換型UPS一般規定為0.8(或0.7)，在此條件下選定的功率器件。但也可以規定為1，那具體數據就不同了。Delta變換UPS也是一樣，它在電池工作情況下是和雙變換型無輸出變壓器的高頻機UPS是相同的。對選擇逆變器的功率器件和高頻機是一樣的。所以負載功率因數取1是廠家設計時確定的。當然，由于這樣的設計，10kVA的UPS可以帶10kW功率因數為1的負載。
可是，UPS的帶載能力，除了在額定情況下以外，還需要考察它在其它負載條件下的情況，即適應負載的能力。因為在各種負載功率因數下其所需容量就不一定是給出的額定值了。
一般UPS都有一個輸出功率與負載功率因數的關系數據，有的是曲線圖，有的是直方圖，有的是數據表。Delta變換型UPS給出的是0.9超前到0.8滯后（但未給出在這個范圍內輸出功率的數值，一般是小于其額定功率的）。其實雙變換型UPS也有這些數據，只不過在平時提供的樣本中沒有寫出。
在不同負載條件下的UPS輸出這個問題逐漸引起人們的注意，特別是設計者不僅需要確定額定功率值，而且還需要考慮在不同負載性質時UPS輸出的功率值。
綜合以上論述，簡單歸納筆者主要觀點如下：
（1）UPS輸出側的電容是逆變器濾波電容，不能稱為“補償電容”。
（2）濾波電容的大小是由濾波要求確定的，不是按UPS額定輸出容量的無功功率計算的。
（3）UPS的額定容量所規定的負載功率因數是設計者確定的。一般可用0.8、0.7或1。
（4）UPS輸出帶載能力是看它適應負載功率因數的范圍，一般容性0.9到感性0.8是比較窄的范圍，范圍最寬的是Cosφ=0～Cosφ=1～Cosφ=0全功率因數范圍。
為什么會是這樣呢，其原因就是UPS機內的輸出側有一組電容。這組電容是做什么的呢？有兩種說法：其一，雙變換型UPS的這組電容是“補償電容”，Delta變換型UPS的這組電容是逆變器的輸出濾波電容。在一篇英文文章里對這個問題有很多論述,圖1和圖2就是這篇英文文章所附的圖，是以500kVA的UPS為例來說明的。
雙變換型UPS的額定負載功率因數為0.8，逆變器供給有功功率P，電容不僅要起濾波作用，還要供給負載的無功功率Q。那么額定容量為500kVA的UPS在額定情況下，應供給負載400kW的有功功率，300kVAR的無功功率。而逆變器只供給有功功率，無功功率則由輸出電容C來供給。所以這個所謂“補償電容”既要濾波，既要供無功功率，至少要有300kVAR的大小。見圖1中對輸出電容的標注（300kVAR PWM電容）。
圖2是Delta變換型UPS的電路，因為額定負載功率因數為1，所以負載功率完全由主逆變器供給，輸出電容只供PWM逆變器的濾波用（PWM電容）。
為什么會有這種看法和結論呢，就是因為二者的額定負載功率因數不同。按Delta變換型UPS的額定負載功率因數為1，雙變換型UPS的額定負載功率因數為0.8。由于這個原因造成上述這種認識和結論。
首先從一種雙變換UPS的實際電容說起。某著名品牌的雙變換500kVA UPS的輸出電容為2組，一組為三角形連接C2，另一組為星形連接C3。C2為200μF 440VAC 15個，C3為100μF 280VAC 30個。按額定電壓為400V/230V計算，C2為150kVAR，C3為50kVAR ，總計為200kVAR。若按常規計算，負載所需無功功率Q=S×sinφ=500×0.6=300kVAR，是實際電容能夠提供無功功率數值的1.5倍。另一種同品牌不同系列100kVA UPS 的輸出電容為30kVAR，計算出無功功率Q=100×0.6=60kVAR，為實際值的2倍。顯然這個電容提供不出負載所需的無功功率，起不到補償作用。
筆者認為：這個輸出電容是PWM逆變器輸出的濾波電容，它與逆變器輸出變壓器（或電感）共同組成濾波電路，而不是補償電容。其大小是由廠家根據濾波要求設計所決定的，不是按輸出無功功率計算的。由于有了這個濾波電容，對高次諧波來講是濾掉了，對于基波來講是一個固定的電容電路。UPS輸出端不管是否有負載，也不管負載大小，逆變器總是要供給這樣一個容性電流。對于感性負載來講，可以降低逆變器電流，而對于容性負載來講，又增大了逆變器電流。
產生這個問題的原因還是UPS規定在額定容量時的負載功率因數的數值問題。雙變換型UPS一般規定為0.8(或0.7)，在此條件下選定的功率器件。但也可以規定為1，那具體數據就不同了。Delta變換UPS也是一樣，它在電池工作情況下是和雙變換型無輸出變壓器的高頻機UPS是相同的。對選擇逆變器的功率器件和高頻機是一樣的。所以負載功率因數取1是廠家設計時確定的。當然，由于這樣的設計，10kVA的UPS可以帶10kW功率因數為1的負載。
可是，UPS的帶載能力，除了在額定情況下以外，還需要考察它在其它負載條件下的情況，即適應負載的能力。因為在各種負載功率因數下其所需容量就不一定是給出的額定值了。
一般UPS都有一個輸出功率與負載功率因數的關系數據，有的是曲線圖，有的是直方圖，有的是數據表。Delta變換型UPS給出的是0.9超前到0.8滯后（但未給出在這個范圍內輸出功率的數值，一般是小于其額定功率的）。其實雙變換型UPS也有這些數據，只不過在平時提供的樣本中沒有寫出。
在不同負載條件下的UPS輸出這個問題逐漸引起人們的注意，特別是設計者不僅需要確定額定功率值，而且還需要考慮在不同負載性質時UPS輸出的功率值。
綜合以上論述，簡單歸納筆者主要觀點如下：
（1）UPS輸出側的電容是逆變器濾波電容，不能稱為“補償電容”。
（2）濾波電容的大小是由濾波要求確定的，不是按UPS額定輸出容量的無功功率計算的。
（3）UPS的額定容量所規定的負載功率因數是設計者確定的。一般可用0.8、0.7或1。
（4）UPS輸出帶載能力是看它適應負載功率因數的范圍，一般容性0.9到感性0.8是比較窄的范圍，范圍最寬的是Cosφ=0～Cosφ=1～Cosφ=0全功率因數范圍。
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