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      梅蘭日蘭UPS不間斷電源的帶載能力

      梅蘭日蘭UPS電源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不間斷電源,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電源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)。

      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2,另一組為星形連接3。2為200μF 440VAC 15個,3為100μF 280VAC 30個。按額定電壓為400V/230V計算,2為150kVAR,3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電源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電源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電源的帶載能力,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。

      登載在《UPS應用》雜志2003年2月刊(總21期)上筆者撰寫的文章《UPS電源的額定輸出功率與負載功率因數》一文中有詳細的分析。同時也列出了多種品牌UPS電源的數據,其中就有SILCON 300系列的曲線圖,其數據和Delta變換型UPS產品差不多。范圍最寬的是AEG的UPS是全功率因數范圍,從“容性0”~1~“感性0”。

      在不同負載條件下的UPS電源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。


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