谈UPS的带载能力
2005/11/9 15:54:00 电源在线网
UPS的带载能力是用户选择UPS时首先要考虑的问题，即需要一个多大容量的UPS，被选中的UPS在各种情况下带负载的能力又如何，都是需要认真对待的。但UPS又不象变压器那样，只要负载功率不超过其额定输出容量（kVA）数值，无论什么负载都行，而UPS的输出容量不仅与负载大小有关，还与负载的性质有关。
为什么会是这样呢，其原因就是UPS机内的输出侧有一组电容。这组电容是做什么的呢？有两种说法：其一，双变换型UPS的这组电容是“补偿电容”，Delta变换型UPS的这组电容是逆变器的输出滤波电容。在一篇英文文章里对这个问题有很多论述,图1和图2就是这篇英文文章所附的图，是以500kVA的UPS为例来说明的。
双变换型UPS的额定负载功率因数为0.8，逆变器供给有功功率P，电容不仅要起滤波作用，还要供给负载的无功功率Q。那么额定容量为500kVA的UPS在额定情况下，应供给负载400kW的有功功率，300kVAR的无功功率。而逆变器只供给有功功率，无功功率则由输出电容C来供给。所以这个所谓“补偿电容”既要滤波，既要供无功功率，至少要有300kVAR的大小。见图1中对输出电容的标注（300kVAR PWM电容）。
图2是Delta变换型UPS的电路，因为额定负载功率因数为1，所以负载功率完全由主逆变器供给，输出电容只供PWM逆变器的滤波用（PWM电容）。
为什么会有这种看法和结论呢，就是因为二者的额定负载功率因数不同。按Delta变换型UPS的额定负载功率因数为1，双变换型UPS的额定负载功率因数为0.8。由于这个原因造成上述这种认识和结论。
首先从一种双变换UPS的实际电容说起。某著名品牌的双变换500kVA UPS的输出电容为2组，一组为三角形连接C2，另一组为星形连接C3。C2为200μF 440VAC 15个，C3为100μF 280VAC 30个。按额定电压为400V/230V计算，C2为150kVAR，C3为50kVAR ，总计为200kVAR。若按常规计算，负载所需无功功率Q=S×sinφ=500×0.6=300kVAR，是实际电容能够提供无功功率数值的1.5倍。另一种同品牌不同系列100kVA UPS 的输出电容为30kVAR，计算出无功功率Q=100×0.6=60kVAR，为实际值的2倍。显然这个电容提供不出负载所需的无功功率，起不到补偿作用。
笔者认为：这个输出电容是PWM逆变器输出的滤波电容，它与逆变器输出变压器（或电感）共同组成滤波电路，而不是补偿电容。其大小是由厂家根据滤波要求设计所决定的，不是按输出无功功率计算的。由于有了这个滤波电容，对高次谐波来讲是滤掉了，对于基波来讲是一个固定的电容电路。UPS输出端不管是否有负载，也不管负载大小，逆变器总是要供给这样一个容性电流。对于感性负载来讲，可以降低逆变器电流，而对于容性负载来讲，又增大了逆变器电流。
产生这个问题的原因还是UPS规定在额定容量时的负载功率因数的数值问题。双变换型UPS一般规定为0.8(或0.7)，在此条件下选定的功率器件。但也可以规定为1，那具体数据就不同了。Delta变换UPS也是一样，它在电池工作情况下是和双变换型无输出变压器的高频机UPS是相同的。对选择逆变器的功率器件和高频机是一样的。所以负载功率因数取1是厂家设计时确定的。当然，由于这样的设计，10kVA的UPS可以带10kW功率因数为1的负载。
可是，UPS的带载能力，除了在额定情况下以外，还需要考察它在其它负载条件下的情况，即适应负载的能力。因为在各种负载功率因数下其所需容量就不一定是给出的额定值了。
一般UPS都有一个输出功率与负载功率因数的关系数据，有的是曲线图，有的是直方图，有的是数据表。Delta变换型UPS给出的是0.9超前到0.8滞后（但未给出在这个范围内输出功率的数值，一般是小于其额定功率的）。其实双变换型UPS也有这些数据，只不过在平时提供的样本中没有写出。
在不同负载条件下的UPS输出这个问题逐渐引起人们的注意，特别是设计者不仅需要确定额定功率值，而且还需要考虑在不同负载性质时UPS输出的功率值。
综合以上论述，简单归纳笔者主要观点如下：
（1）UPS输出侧的电容是逆变器滤波电容，不能称为“补偿电容”。
（2）滤波电容的大小是由滤波要求确定的，不是按UPS额定输出容量的无功功率计算的。
（3）UPS的额定容量所规定的负载功率因数是设计者确定的。一般可用0.8、0.7或1。
（4）UPS输出带载能力是看它适应负载功率因数的范围，一般容性0.9到感性0.8是比较窄的范围，范围最宽的是Cosφ=0～Cosφ=1～Cosφ=0全功率因数范围。
为什么会是这样呢，其原因就是UPS机内的输出侧有一组电容。这组电容是做什么的呢？有两种说法：其一，双变换型UPS的这组电容是“补偿电容”，Delta变换型UPS的这组电容是逆变器的输出滤波电容。在一篇英文文章里对这个问题有很多论述,图1和图2就是这篇英文文章所附的图，是以500kVA的UPS为例来说明的。
双变换型UPS的额定负载功率因数为0.8，逆变器供给有功功率P，电容不仅要起滤波作用，还要供给负载的无功功率Q。那么额定容量为500kVA的UPS在额定情况下，应供给负载400kW的有功功率，300kVAR的无功功率。而逆变器只供给有功功率，无功功率则由输出电容C来供给。所以这个所谓“补偿电容”既要滤波，既要供无功功率，至少要有300kVAR的大小。见图1中对输出电容的标注（300kVAR PWM电容）。
图2是Delta变换型UPS的电路，因为额定负载功率因数为1，所以负载功率完全由主逆变器供给，输出电容只供PWM逆变器的滤波用（PWM电容）。
为什么会有这种看法和结论呢，就是因为二者的额定负载功率因数不同。按Delta变换型UPS的额定负载功率因数为1，双变换型UPS的额定负载功率因数为0.8。由于这个原因造成上述这种认识和结论。
首先从一种双变换UPS的实际电容说起。某著名品牌的双变换500kVA UPS的输出电容为2组，一组为三角形连接C2，另一组为星形连接C3。C2为200μF 440VAC 15个，C3为100μF 280VAC 30个。按额定电压为400V/230V计算，C2为150kVAR，C3为50kVAR ，总计为200kVAR。若按常规计算，负载所需无功功率Q=S×sinφ=500×0.6=300kVAR，是实际电容能够提供无功功率数值的1.5倍。另一种同品牌不同系列100kVA UPS 的输出电容为30kVAR，计算出无功功率Q=100×0.6=60kVAR，为实际值的2倍。显然这个电容提供不出负载所需的无功功率，起不到补偿作用。
笔者认为：这个输出电容是PWM逆变器输出的滤波电容，它与逆变器输出变压器（或电感）共同组成滤波电路，而不是补偿电容。其大小是由厂家根据滤波要求设计所决定的，不是按输出无功功率计算的。由于有了这个滤波电容，对高次谐波来讲是滤掉了，对于基波来讲是一个固定的电容电路。UPS输出端不管是否有负载，也不管负载大小，逆变器总是要供给这样一个容性电流。对于感性负载来讲，可以降低逆变器电流，而对于容性负载来讲，又增大了逆变器电流。
产生这个问题的原因还是UPS规定在额定容量时的负载功率因数的数值问题。双变换型UPS一般规定为0.8(或0.7)，在此条件下选定的功率器件。但也可以规定为1，那具体数据就不同了。Delta变换UPS也是一样，它在电池工作情况下是和双变换型无输出变压器的高频机UPS是相同的。对选择逆变器的功率器件和高频机是一样的。所以负载功率因数取1是厂家设计时确定的。当然，由于这样的设计，10kVA的UPS可以带10kW功率因数为1的负载。
可是，UPS的带载能力，除了在额定情况下以外，还需要考察它在其它负载条件下的情况，即适应负载的能力。因为在各种负载功率因数下其所需容量就不一定是给出的额定值了。
一般UPS都有一个输出功率与负载功率因数的关系数据，有的是曲线图，有的是直方图，有的是数据表。Delta变换型UPS给出的是0.9超前到0.8滞后（但未给出在这个范围内输出功率的数值，一般是小于其额定功率的）。其实双变换型UPS也有这些数据，只不过在平时提供的样本中没有写出。
在不同负载条件下的UPS输出这个问题逐渐引起人们的注意，特别是设计者不仅需要确定额定功率值，而且还需要考虑在不同负载性质时UPS输出的功率值。
综合以上论述，简单归纳笔者主要观点如下：
（1）UPS输出侧的电容是逆变器滤波电容，不能称为“补偿电容”。
（2）滤波电容的大小是由滤波要求确定的，不是按UPS额定输出容量的无功功率计算的。
（3）UPS的额定容量所规定的负载功率因数是设计者确定的。一般可用0.8、0.7或1。
（4）UPS输出带载能力是看它适应负载功率因数的范围，一般容性0.9到感性0.8是比较窄的范围，范围最宽的是Cosφ=0～Cosφ=1～Cosφ=0全功率因数范围。
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