功率因数与整机效率

(1)用100kVA功率因数为0.8的UPS,带功率因数为0.6的感性负载,能带多少?如负载是40kVA,现增加一倍还能够用吗?

首先,计算UPS在各种负载下的输出能力时,应先确定UPS的品种,向厂家索要该UPS的相关数据,再进行计算。但在此问题中,因感性负载是小于额定情况下的功率因数,一般UPS的输出仍能维持为100%的额定容量。现用一个著名的德国品牌UPS的数据为例来计算。由表1可知,感性负载功率因数小于额定情况下的0.8时,输出功率仍为额定值。

当UPS的S=100kV

A、cosφ=0.8时,P=80kW;

Q=60kVAR。

当UPS为S=100kV

A、cosφ=0.6时,则S=100kVA;P=60kW;Q=80kVAR。

若负载为40kVA，cosφ=0.6，则S=40kVA;

P=24kW;Q=32kVAR。

负载增至80kVA,cosφ=0.6时,则S=80kVA;

P=48kW;Q=64kVAR。

此时负载的视在功率S和有功功率P都小于额定情况下的数值,而无功功率Q却大于额定情况下的数值。但是,不能用cosφ=0.6的负载的数值与cosφ=0.8时的UPS的数值来比,而必须与UPS为cosφ=0.6时的能力来比。负载的Q值小于UPS此时的Q值80kVAR。完全可以满足负载增至80kVA的需要。

(2)UPS带非线性负载的问题。若UPS为100kVA,cosφ=0.7时带非线性负载奔腾133PC+15in(英寸)显示器(170VA)能带多少台?cosφ=0.8的UPS又能带多少台?

非线性负载是五花八门的,但是计算机类负载多是整流电容滤波型。所以I

EC、EN和GB(国标)都确定了一个基准非线性负载,是二极管全波整流用电容滤波,功率因数确定为0.7。UPS也就是根据这个标准制造的。UPS还限定了非线性电流的峰值因数,一般为3。也就是非线性电流的峰值与有效值之比为3。这对于计算机类负载也足够了。因为峰值因数最大的是PC机,大约为2.7左右。

UPS带非线性负载的能力,除了非线性负载的特定基准之外,还有一个量的问题。在I

EC、EN和GB(国标)中明确规定:

单相UPS容量在33kVA以下时,用基准非线性负载来考核,33kVA以上的UPS 用33kVA的非线性负载加线性负载来考核;三相UPS容量在100kVA以下时,用基准非线性负载来考核,100kVA以上的UPS用100kVA的基准非线性负载加线性负载来考核。

以上几点是我们在考虑这个问题时必须明确的。但是在这个题目中,以上这几点都不成问题,可以按一般线性负载的情况来计算。

100kVA的UPScosφ=0.7时,S=100kVA;P=70kW;Q=71.4kVAR。

单台负载cosφ=0.7时,S=170VA;P=119W;Q=121VAR。

对于P和Q而言,UPS能供总台数分别为:588台;590台。

结论:

应按最小的计算:588台(未计留有裕度、启动等因素)。

若用100kVA cosφ=0.8的UPS能带多少台？

100kVA的UPScosφ=0.8时,S=100kVA;P=80kW;Q=60kVAR。

在负载cosφ仍为0.7时，UPS的S=100kVA；P=70kW;Q=71.4kVAR。

这时UPS能供总台数分别为588台;590台。

结论:

也是588xx，二者没有区别。

那么,这样看来功率因数0.7的UPS与功率因数0.8的UPS没有什么区别了。不是的,还是有区别的。上面的例子都是负载功率因数小于额定情况下的数值,若是大于额定情况下的数值,或是电容性的负载,则情况就不一样了。功率因数为0.7的UPS带载能力就显得差了。

负载功率因数为0.7的UPS只是为一些微机类负载而使用的。它设计的容量都比较小,大约为30kVA以下。而这一类负载功率因数多为0.7,UPS的负载功率因数也设计为0.7,正好适应负载的条件。那么这种UPS是不是带非线性负载的能力强呢?不是的,恰恰相反,其带载能力比0.8功率因数的UPS差。1台10kVA 的功率因数为0.8的UPS可以带8kW功率的负载,而功率因数为0.7的UPS只能带到7kW,如带功率因数大于0.7的负载则其能力可能就更小了。

UPS的额定输出功率与负载功率因数

UPS的额定输出功率与负载功率因数

UPS的额定输出功率是UPS输出的一个重要参数,也是选择UPS的一个最重要的参数.但并不是UPS对任何负载都可达到这一个固定不变的数,而是与负载性质有关的数据.

任何一台UPS都要标注额定输出功率,同时也标注负载功率因数值,或标注额定功率的KVA值及KW值.但是对这个参数却有一些错误的认识,甚至在一些杂志上个别文章也做了一些错误的解释.例如,有的用户要用功率因数为0.8的UPS按其KVA值带满纯阻性负载,有的作者用功率因数为0.8的UPS的输出值去计算功率因数为0.7的负载量.这些都是错误的.

那么,输出功率是怎么确定的?输出功率与负载功率因数又有什么关系呢?这就是本文所要讨论的问题.下面就某著名品牌的UPS的有关计算做一说明,并将其他几种品牌的UPS的有关数据加以介绍.

一、某著名品牌的UPS的输出功率与负载功率因数的关系

下面的资料选自该厂的培训材料(英文)的有关部分,它不仅有结论的表格,而且还具体给出了计算过程.

这是一种标准的双变换UPS,其输出部分电路简图如图1.IGBT逆变器模块输出接至变压器初级,变压器与滤波电容共同组成输出滤波电路.(无变压器的UPS 是由一个电感与电容组成滤波电路,电路性质相同).

图1:UPS输出部分电路简图

现以一台三相输入/三相输出60KVA COSΦ=0.8额定电压为380V的UPS为例计算说明如下:

输出功率S=60KVA 额定负载功率因数COSΦ=0.8有功功率P=48KW 额定负载电流IL=91A.滤波电容为2组3x65μF.在正常电压工作情况下,电容除了滤掉高次谐波外,对于基波来讲它是一个固定的电容电路,在额定电压下,基波电容电流为27A.也就是说不管负载电流是多少,也不管电流的性质如何,即便是空载,这个电流总是要由逆变器供给的.这是一个固定的容性电流.这是这个问题的关键,其简化等值电路(折算到输出电压)如图2:

图2:等值电路图

逆变器电流应是负载电流与电容电流之和.当负载电流为额定值,负载功率因数为规定值0.8时,电路的向量图入图3:

图3:向量图

从此向量图可以得出在规定的功率因数额定负载电流下,逆变器电流

IINV=78A.根据这个电流值来选择UPS的功率器件和变压器等器件.这就是按照UPS输出要求,设计选择UPS内部元器件的基础.也就是由这个问题决定UPS的输出性能.

逆变器电流IINV为78A,电容电流IC为27A,是IINV的35%.也就是说不管负载电流IL如何,逆变器总是要供给其额定值35%的容性电流.

从理论状态上讲不管负载电流的大小也不管负载功率因数如何,只要逆变器电流不超过其规定数值(例如在本例中为78A),UPS就在其额定范围内,不过载.如图4为理想向量图.从该图得出负载功率因数从COSФCAP=0(IL=78-27=51A)到COSФIND=0(IL= 78+27=105A)范围内只要IL值与IC值合成IINV的数值不超过规定值,就能供电.