UPS输出功率和负载容量关系探讨

•UPS输出功率和负载容量关系探讨
•2011-8-30 14:36:49 作者：UPS应用来源：UPS应用访问:530 评论：
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•UPS额定输出功率是UPS的一个重要参数，也是选择UPS的一个重要指标。

在实际应用中，人们往往将负载功率因数与UPS输出功率因数等同考虑，忽视负载功率因数与UPS功率因数需要进行匹配才能提高UPS效率，造成UPS容量的浪费或容量选择不足问题，影响UPS的正常使用。

UPS额定输出功率是UPS的一个重要参数，也是选择UPS 的一个重要指标。

在实际应用中，人们往往将负载功率因数与UPS 输出功率因数等同考虑，忽视负载功率因数与UPS功率因数需要进行匹配才能提高UPS效率，造成UPS容量的浪费或容量选择不足问题，影响UPS的正常使用。

一、UPS容量的相关因素
与UPS容量相关的电气参数包括额定视在功率(kVA)、额定有功功率(kW)、过载能力和短路能力。

UPS的额定容量是以额定输出的视在功率（kVA）和有功功率（kW）标度的，其输出的功率因数为：PF=kW/kVA
过载能力和短路能力描述了UPS的极限容量，表示UPS在极短时间内所允许的最大工作能力。

选用UPS时还需要考虑UPS安装的环境、容量是否有更新的要求、UPS系统配置所需的电气条件，如：上线电源容量、接地系统、是否有发电机供电等。

二、负载容量的相关因素
负载的容量是由负载类型（线性负载和非线性负载）、额定电压、额定电流、输入功率因数、峰值因数、启动电流、工作时的最大电流等因素决定的。

线性负载在正弦波电压的作用下吸收与电压同频率的正弦波电流，这个电流相对于电压相位差为Φ，线性负载功率因数为PF＝CosΦ。

如标准的照明白炽灯泡、电加热器、阻性负载、电动机、变压器等。

非线性（或失真性）负载在正弦电压的作用下吸收与电压同频率的周期电流，但不是正弦波电流，其电流是基波电流和频率是基波频率整数倍的谐波电流的合成。

包括输入端具有开关型电源来为电子电路供电的所有装置（例如整流器，充电器，开关电源，调光器，变频调速器，电子计算机，感应电炉,荧光灯,微波炉，电视机，
电话，传真机等）。

对于非线性负载，其功率因数PF不等于CosΦ。

三、负载容量的计算
实际上，精确计算负载容量是一个非常复杂的计算过程，这是因为：
(1)负载总容量S不等于各个负载容量之和，即：
S≠S1+S2+S3+...+Sn。

对于线性负载，必须用不同的cosΦ所对应的角度来计算矢量和；而对于非线性负载，则不能用矢量和来进行计算。

(2)负载的合成功率因数PF必须在现场进行实际测量或根据以往的经验进行估算。

(3)负载有功功率是可以直接相加的(不存在相位差)：
P=PF*S=SPFi*Si
(4)对于输出功率因数按0.8设计的UPS，当负载的功率因数PF为0.8时，则UPS有功功率最高为Pn=0.8*Sn；当负载的功率因数PF<0.8时，则UPS有功功率为Pn=PF*Sn。

其中：Sn为UPS 的输出视在功率，Pn为UPS的输出有功功率，P为负载的有功功率。

因此必须选用Pn>P的UPS才能满足要求。

四、UPS容量与负载容量的关系
UPS输出功率因数的大小是由负载性质决定的，负载正常运行时不但要从UPS吸收有功功率，还要吸收无功功率。

负载功率因数低时，所吸收的无功率功率就大，这会增大UPS逆变器的工作难度，增大损耗，影响其可靠性。

由于UPS输出能力的局限性，它不可能满足任意性质负载的要求，而只是约定以计算机类负载的输入功率因数作为其电路设计时限定的最佳输出功率因数指标，一般在0.7或0.8。

当负载的功率因数大于或者小于UPS电路设计时限定的最佳输出功率因数时，UPS 就没有能力输出最大额定功率。

1、UPS的输出功率因数与UPS输出功率的关系
UPS的输出功率因数越低，则带非线性负载的能力就越强，若UPS的输出功率因数做到超前-0.0～+0.0滞后，那么这台UPS就可带任何性质的负载，因为-0.0～+0.0的功率因数包括了0～1功率因数任何性质的负载，比如60KVA的UPS输出功率因数超前0.6～0.9滞后，它的含义就是：当负载功率因数为0.6时，UPS最大输出36KW的有功功率和48KVAR的无功功率；当负载功率因数为0.9时，UPS最大输出54KW的有功功率和26KVAR的无功功率，
有的人认为功率因数0.7和0.8的UPS是一样的。

这是错误的，比如对100KVA的UPS来说，功率因数0.7的UPS可给出无功功率71.4KVAR，而输出功率因数为0.8的UPS，可给出的无功功率为60KVAR。

在带计算机这样的负载时就显出优劣来了。

例如：“奔腾133PC+15”显示器的功耗为170VA，其功率因数范围为0.6～0.7，以功率因数为0.7计算，那么，每台机器需要有功功率为：
P==119W，无功功率Q=121.4VAR，于是两种输出功率因数的UPS 所能提供的无功功率的差为71.4KVAR－60KVAR=11.4KVAR,被Q 除就得93.3（台）。

也就是说：功率因数为0.7的100KVA的UPS 比功率因数为0.8的同容量UPS多带90多台“奔腾133P+15”显示器系统。

简述地讲，当UPS限定的最佳负载功率因数被确定后，如果负载的实际功率因数小于UPS限定的最佳负载功率因数时，UPS就满足不了负载的无功功率要求，它的实际带载能力由它的无功功率的输出能力决定：如果负载的实际功率因数大于UPS限定的最佳负载功率因数时，UPS就满足不了负载的有功功率要求，它的实际带载能力由它最大的有功功率输出能力决定。

在这两种情况下都必须
2、负载功率因数与负载需要的功率的关系
在负载的功率因数确定后，它所要吸收的有功功率和无功功率的比例是固定不变的。

也就是说，在UPS给出的有功功率（或无功功率）不能满足负载的有功功率（或无功功率）的要求时，负载实际吸收的无功功率（或有功功率）也会按功率因数比例关系下降的。

见下表：
3、负载功率因数和UPS输出功率的关系
在UPS确定了最佳负载功率因数后，即确定了它的输出最大有功功率和无功功率，而其实输出的有功功率和无功功率的比例关系则由负载功率因数确定，而不是由UPS确定的最佳负载功率因数确定。

只有负载的实际功率因数与UPS限定的最佳负载功率因数相同时，UPS的输出功率才能达到100%。

负载的实际功率因数大于UPS限定的最佳负载功率因数时，传输给负载的有功功率受到限制（达到最大值），因负载功率因数是固定不变的，所以UPS输出的无功功率也要下降，结果使UPS输出总容量下降，即降额使用。

反之，当负载的实际功率因数小于UPS 限定的最佳负载功率因数时，输出给负载的无功功率受到限制（达到最大值），因负载功率因数是不变的，所以UPS输出的有功功率也要下降，结果也是使UPS输出容量下降，即降额使用。

当UPS限定的最佳负载功率因数为1时，这是一种理想的特殊情况。

在这种情况下，只有负载功率因数也为1（纯电阻性负载）时，UPS才全额输出；否则当负载的功率因数不为1时，它需要一定的无功功率，而UPS又不能给出，在负载功率因数确定的情况下没有无功功率输出，自然也就没有有功功率输出，这意味着负载不能正常运行。

表3在不同实际负载功率因数下UPS的输出功率
UPS额定输出功率因数是在某一负载功率因数下确定的，不同负载功率因数下UPS的输出功率值是不同的，各种UPS有自己的规律。

大多数UPS功率容量设计有一定的余量，它所限定最佳负载功率因数实际上是一贯范围，而不是一个固定的值。

同一台UPS可以用不同的功率因数为条件，标注成不同的额定功率值。

各种UPS可适用的负载功率因数范围是不相同的，一般是在感性功率因数为0.8的条件下确定的。

大多数UPS功率容量设计有一定的余量，虽然实际负载的功率因数超出了UPS限定的最佳负载功率因数范围，但是，由于负载量很小，甚至只有UPS额定容量30%-50%，所以功率因数匹配的问
题并不突出。

但当负载容量较大，实际的负载功率因数又超出了UPS限定的最佳负载功率因数范围，系统仍然能正常工作，只是此时UPS逆变器的工作状态可能超出实际的正常工作范围，这种情况对UPS逆变器工作的可靠性是极为不利的。

责任编辑宏志。