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UPS電源中讓人誤解的指標(biāo)
在UPS中有一個稱為“負(fù)載功率因數(shù)”的指標(biāo)，這個指標(biāo)是指明這臺機器向負(fù)載提供有功功率和無功功率的能力。由于有的將這個指標(biāo)誤解成是UPS的“輸出功率因數(shù)”，這就出現(xiàn)了很大的誤差：就是這個功率因數(shù)的屬性問題。負(fù)載功率因數(shù)是指在UPS帶負(fù)載時在UPS輸出端測出的實際功率因數(shù)，如果這個功率因數(shù)和負(fù)載的輸入功率因數(shù)相等，該負(fù)載就可以得到UPS全部的的額定標(biāo)稱功率，稱為完全匹配。否則該UPS就必須降額使用。這里的最大不同就是UPS帶不同負(fù)載時，測出的功率因數(shù)也就不同，為什么？因為測出的這個功率因數(shù)是負(fù)載的而不是其它。如果把它看成是UPS輸出端的，即屬于UPS的，那么不論帶什么負(fù)載，功率因數(shù)值應(yīng)該是不變的，然而實際中并不是這樣。這就導(dǎo)致了一個誤區(qū)，并且在實際中產(chǎn)生了不良影響。
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一、電源的功率因數(shù)概念
在電子領(lǐng)域的負(fù)載有三個基本品種：電阻、電容和電感。電阻是消耗功率的器件，電容和電感是儲存功率的器件。日常所用的交流電在純電阻負(fù)載上的電壓和電流是同頻率同相位的，即相位差q = 0°，
功率因數(shù)的定義是：
在電阻負(fù)載上的有功功率就是視在功率，即二者相等，所以功率因數(shù)F=1。而在純電容和純電感負(fù)載上的電流和電壓相位差90°，所以功率因數(shù)F=cosq = cos90°=0，即在純電容和純電感負(fù)載上的有功功率為零,全部是無功功率。
從這里可以看出一個問題，同樣是一個電源，對于不同性質(zhì)的負(fù)載，其輸出功率的大小和性質(zhì)也不同，因此可以說負(fù)載的性質(zhì)決定著電源的輸出。換言之，電源的輸出不取決于電源的本身，而是由負(fù)載的需要決定。就像一座水塔的供水水流取決于水龍頭的開啟程度一樣。
從上面的討論可以看出，功率因數(shù)是表征負(fù)載性質(zhì)和大小的一個參數(shù)。而且一般說一個負(fù)載只有一種性質(zhì)，就像一個人只有一個身份證號碼一樣。這種性質(zhì)的確定是從負(fù)載的輸入端看進(jìn)去，稱為負(fù)載的輸入功率因數(shù)。一個負(fù)載電路設(shè)計完成了，它的輸入功率因數(shù)也就定了。比如UPS作為前面市電或發(fā)電機的負(fù)載而言，六脈沖整流輸入的UPS，其輸入功率因數(shù)就是0.8左右，不論前面是市電電網(wǎng)還是發(fā)電機，假如該UPS要求輸入100kVA的視在功率，就需要向前面的電源索取80kW的有功功率和60kvar的無功功率。
二、UPS負(fù)載功率因數(shù)的含義
現(xiàn)代UPS總不能一對一地制造，要事先根據(jù)當(dāng)前用電器的形式和規(guī)模預(yù)先制造出一批或幾批不同功率因數(shù)和功率規(guī)格的機器，以備市場現(xiàn)貨銷售。預(yù)先制造出一批或幾批UPS的根據(jù)就是負(fù)載功率因數(shù)的大小和容量規(guī)格。當(dāng)UPS的負(fù)載功率因數(shù)與負(fù)載的輸入功率因數(shù)相等時，就稱為完全匹配，UPS就可向負(fù)載輸出全部功率。即37碼的鞋穿在37碼的腳上就正合適，否則就感到不舒服，那么這雙鞋的舒適度就打了折扣。UPS也是這樣，遇到不匹配負(fù)載時，就必須降額使用。
三、對負(fù)載功率因數(shù)的誤解
有的就誤把UPS的負(fù)載功率因數(shù)誤解為UPS的輸出功率因數(shù)。這種誤解的來源大概認(rèn)為UPS既然有輸入功率因數(shù)就一定有輸出功率因數(shù)，這樣一來UPS的性質(zhì)就有兩種，從輸入看進(jìn)去是一種性質(zhì)，從輸出看進(jìn)去又是另一種性質(zhì)，誤解了電路性質(zhì)的唯一性。既然是UPS的輸出功率因數(shù)，如前所述，如果UPS有輸出100kVA的能力，那么應(yīng)當(dāng)在任何負(fù)載性質(zhì)的條件下都可給出功率因數(shù)所指出的有功功率和無功功率。比如被稱為輸出功率因數(shù)的數(shù)值為0.8時，在任何負(fù)載性質(zhì)的條件下都可給出80kW的有功功率和60kvar的無功功率。但實際上不是這樣。比如往往出現(xiàn)這種情況，當(dāng)負(fù)載功率因數(shù)為0.8的100kVA UPS在帶線性負(fù)載時，就會因過載而轉(zhuǎn)旁路，這是其一；其二，當(dāng)用功率因數(shù)表測量UPS輸出端時發(fā)現(xiàn)，在帶線性負(fù)載時其功率因數(shù)值為1，當(dāng)帶二極管整流濾波輸入的IT負(fù)載時其功率因數(shù)值又是0.7，怎么也出不來0.8！實際上這兩種情況測得的都是負(fù)載的功率因數(shù)，所謂輸出功率因數(shù)0.8根本就不會出現(xiàn)，除非帶輸入功率因數(shù)為0.8的負(fù)載時，但那時測得的也仍然是負(fù)載的功率因數(shù)。即只要帶負(fù)載測量，測得的就是負(fù)載的功率因數(shù)。這樣一來，只有不帶負(fù)載時才可測得UPS的“輸出功率因數(shù)”，這時有功功率P的輸出電流IP=0，視在功率S的輸出電流IS=0，盡管二者的電壓UP和US不為零，但根據(jù)式（1）
這個結(jié)果就是一個無理數(shù)。用功率因數(shù)表測試根本就測不出任何值。也就是說所謂的“輸出功率因數(shù)”沒有任何操作性。沒有任何操作性的指標(biāo)是沒任何意義的，是荒唐的指標(biāo)。
所以在全匹配的條件下，負(fù)載功率因數(shù)為0.8的100kVA UPS能將80kW的有功功率和60kvar的無功功率全部輸送給負(fù)載。即在UPS的負(fù)載功率因數(shù)與負(fù)載的輸入功率因數(shù)完全匹配時，負(fù)載上得到的功率就是：
如果負(fù)載的輸入功率因數(shù)與UPS的負(fù)載功率因數(shù)不相等，情形又會怎樣呢？比如后面的負(fù)載是線性負(fù)載，即負(fù)載的輸入功率因數(shù)=1，這種情況經(jīng)常出現(xiàn)在UPS帶假負(fù)載考機情況，如圖4所示。在這里有一個很大的區(qū)別，負(fù)載中的電感部分沒有了。這就造成了逆變器后面電容器C的無功功率再也不能向負(fù)載端提供的局面。由于60kvar的容抗XC是：
從上式可以看出，逆變器輸出首先并聯(lián)了一個小于1W的電抗，如果讓逆變器輸出端建立起220V的電壓，首先要向電容C提供一個電流IC，其值的大小為：
而原來逆變器可以提供的電流IINV為：
很顯然，必須從逆變器輸出電流中減去上述的容性電流，余下的才是負(fù)載應(yīng)得的電流Ir，即：
那么此時負(fù)載上能夠得到的功率Pr就只有：
Pr =241A×220V≈53kW （8）
或者用功率計算式得出同樣的結(jié)果：
因此負(fù)載功率因數(shù)為0.8的100kVA UPS在帶線性負(fù)載時，只能給出53kW的功率，其它功率都內(nèi)耗了。原因是以往的工頻機型UPS逆變器大都是按功率因數(shù)選擇功率管的，例外者不多。所以在以往的機器中不止一次地證明了這個結(jié)論。也就是說當(dāng)負(fù)載的輸入功率因數(shù)不等于UPS的負(fù)載功率因數(shù)時，UPS就必須降額使用。這是一般規(guī)律，當(dāng)然對不同負(fù)載功率因數(shù)的UPS有著不同的降額值。
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