關(guān)于UPS的功率因數(shù)
出處：xqj 發(fā)布于：2005-12-13 12:09:47
長期以來，不論是UPS的供應(yīng)商還是用戶，在UPS功率因數(shù)問題上，一直都在討論著一個焦點(diǎn)性的問題：用戶聲言要高功率因數(shù)的UPS，供應(yīng)商也說這個數(shù)值越大越好，于是各廠家就盡全力去提高這個參數(shù)。到底UPS的功率因數(shù)是大點(diǎn)好還是小點(diǎn)好呢？
UPS有兩個功率因數(shù)值：輸入功率因數(shù)和輸出功率因數(shù)。輸入功率因數(shù)表示UPS對電網(wǎng)有功功率的吸收能力及對電網(wǎng)的影響程度；輸出功率因數(shù)表示UPS對非線性負(fù)載的適應(yīng)能力。當(dāng)然，對輸入功率因數(shù)的要求顯然是越高越好，而UPS得輸出功率因數(shù)卻并不一定越高越好。
下面先來看看幾個概念：
視在功率（S）：即交流電壓和交流電流的乘積。其單位為伏安，UPS的標(biāo)稱容量就是指其視在功率，即額定輸出電壓和額定輸出電流的乘積。用公式表示為： S=U×I
視在功率包括兩部分：輸出有功功率（P）和無功功率(Q）。
有功功率（P）：指直接做功的部分，單位為瓦（W）。比如使燈發(fā)亮，使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)等。因?yàn)檫@個功率做功后都變成了熱量，轉(zhuǎn)化成熱能、光能、機(jī)械能等，可以被人明顯地感知到。有功功率只是視在功率的一部分，它與視在功率的關(guān)系為：P=S×cosφ=U×I×cosφ 。
其中cosφ即為功率因數(shù)，角φ是在非線性負(fù)載時，電壓電流的相位差。功率因數(shù)表征著UPS輸出有功功率的能力。
無功功率（Q）：是指儲存在電路中但不直接做功的那部分功率，單位為乏（var）。其數(shù)值用公式表示為：Q=S×sinφ=U×I×sinφ
雖然無功功率不轉(zhuǎn)化為其他的能量形式，但對于計(jì)算機(jī)等非線性負(fù)載來說，沒有無功功率卻根本無法工作。
大多數(shù)人都認(rèn)為既然無功功率不做功，當(dāng)然可以不要。于是認(rèn)為功率因數(shù)為1的電源，可以輸出的功率。然而實(shí)際情況并非如此。
首先從負(fù)載方面來說。
比如說計(jì)算機(jī)吧，當(dāng)市電輸入后，要進(jìn)行整流處理（如右圖所示），如果去掉輸出端的電容C，將整流橋的輸出電壓直接輸出給計(jì)算機(jī)，則這時計(jì)算機(jī)的功率因數(shù)接近于1，但輸出的直流電壓是忽大忽小，上下起伏的脈動波，顯然這樣的電壓是無法讓計(jì)算機(jī)正常工作的，這么高的功率因數(shù)又有什么用呢？為了讓計(jì)算機(jī)能正常工作，在整流橋輸出端加個大電容，來進(jìn)行濾波，以向計(jì)算機(jī)輸入平滑的直流電壓Uo，這個電容濾波器就像一個水庫一樣，里面必須儲存足夠數(shù)量的電荷，在整流橋輸出電壓偏低時，補(bǔ)充電荷；偏高時儲存電荷，保證Uo的電壓不會有顯著的脈動變化，以輸出平滑的直流電壓。儲存在電容器里的這部分能量其實(shí)就是無功功率。有的平滑濾波電路用電感或電容與電感共同組成，但無論哪種，原理都是相通的，可電路中，只要存在電容或電感，功率因數(shù)就不會再為1了。因此說，計(jì)算機(jī)之類的非線性負(fù)載不僅需要有功功率，同樣也需要無功功率才能正常工作。
再從電源設(shè)備－UPS來說。
UPS絕大多數(shù)都是用于計(jì)算機(jī)或類似計(jì)算機(jī)之類的非線性負(fù)載，很少有用來照明或帶電熱器之類的線性負(fù)載。這類非線性設(shè)備一般都是直接輸入市電后進(jìn)行整流、濾波。這些設(shè)備對市電構(gòu)成了非線性負(fù)載，功率因數(shù)基本上在0.6～0.7。從電路的基本原理來說，當(dāng)負(fù)載阻抗于電源阻抗相等時，電源的利用率，工作在狀態(tài)，此時電源與負(fù)載才叫匹配。為了使UPS和這些設(shè)備匹配，也應(yīng)具有相近甚至相等的功率因數(shù)值。如世界上的UPS品牌，美國的APC、瑞士的IMEL等都具有這樣的輸出功率因數(shù)。
現(xiàn)在假設(shè)UPS的輸出功率因數(shù)為1，則此時無功功率為0，對計(jì)算機(jī)這樣的非線性負(fù)載而言，顯然無法應(yīng)用，這樣的電源也就只能純帶線性負(fù)載了，此時如果電流稍有變化，輸出電壓就要幾十伏地增加，而且過載能力極差，這種情況下，電源根本就無法工作。在現(xiàn)實(shí)生活中，UPS用于純線性負(fù)載的場合也極少的。
其實(shí)，UPS的逆變器的輸出特性與負(fù)載的功率因數(shù)有個對應(yīng)關(guān)系，在功率因數(shù)為1時，UPS只能輸出80％的額定容量，隨著功率因數(shù)的降低，UPS的輸出能量也相應(yīng)的變大，當(dāng)功率因數(shù)為0.8時，恰好可以輸出100％的額定容量。即負(fù)載功率因數(shù)越小，輸出的VA功率值越大，換句話說，對付非線性負(fù)載的能力越強(qiáng)，而計(jì)算機(jī)恰恰就是典型的非線性負(fù)載，如果讓UPS的輸出功率因數(shù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的越相近，則越可能構(gòu)成配合，此時，有功功率用滿了，無功功率也剛好用滿，充分發(fā)揮了設(shè)備的潛力。
一般說，UPS的輸入功率因數(shù)的提高對輸入電網(wǎng)有利，可以減小對電網(wǎng)的干擾。因此這個參數(shù)越大越好，但對UPS本身來說，好處并不是很明顯。為了降低對電網(wǎng)造成的公害，UPS的輸入功率因數(shù)也是盡量做大，但這樣做勢必增加控制電路的復(fù)雜程度，增加元器件，增加成本，所以，這也是傳統(tǒng)的UPS一般不急于提高輸入功率因數(shù)的原因之一。
UPS的輸出功率因數(shù)真正含義是適應(yīng)負(fù)載的能力，即能適應(yīng)多大功率的負(fù)載，而不單是提供有功功率的百分比。比如，在一定范圍內(nèi)，如果是線性負(fù)載，UPS的輸出功率因數(shù)就是1；如果是計(jì)算機(jī)之類的非線性負(fù)載，UPS的輸出功率因數(shù)也應(yīng)該與其相匹配，為0.6～0.7。也就是說，UPS的輸出功率因數(shù)是隨負(fù)載而變化的。
總之，無論是UPS的輸入功率因數(shù)還是輸出功率因數(shù)，都是可以通過一定的手段提高的，問題是有無這個必要的問題。UPS的輸出功率因數(shù)并不是越大越好，可以這樣說：小功率因數(shù)的UPS包含有大功率因數(shù)的特點(diǎn)，大功率因數(shù)的UPS卻代替不了小功率因數(shù)UPS的功能。UPS的輸出功率因數(shù)大小完全是隨負(fù)載的性質(zhì)而變，并不是UPS要給負(fù)載輸出什么性質(zhì)的功率，而是負(fù)載需要什么性質(zhì)的功率，UPS應(yīng)該適應(yīng)負(fù)載，而不是負(fù)載去適應(yīng)UPS?！?BR>
UPS有兩個功率因數(shù)值：輸入功率因數(shù)和輸出功率因數(shù)。輸入功率因數(shù)表示UPS對電網(wǎng)有功功率的吸收能力及對電網(wǎng)的影響程度；輸出功率因數(shù)表示UPS對非線性負(fù)載的適應(yīng)能力。當(dāng)然，對輸入功率因數(shù)的要求顯然是越高越好，而UPS得輸出功率因數(shù)卻并不一定越高越好。
下面先來看看幾個概念：
視在功率（S）：即交流電壓和交流電流的乘積。其單位為伏安，UPS的標(biāo)稱容量就是指其視在功率，即額定輸出電壓和額定輸出電流的乘積。用公式表示為： S=U×I
視在功率包括兩部分：輸出有功功率（P）和無功功率(Q）。
有功功率（P）：指直接做功的部分，單位為瓦（W）。比如使燈發(fā)亮，使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)等。因?yàn)檫@個功率做功后都變成了熱量，轉(zhuǎn)化成熱能、光能、機(jī)械能等，可以被人明顯地感知到。有功功率只是視在功率的一部分，它與視在功率的關(guān)系為：P=S×cosφ=U×I×cosφ 。
其中cosφ即為功率因數(shù)，角φ是在非線性負(fù)載時，電壓電流的相位差。功率因數(shù)表征著UPS輸出有功功率的能力。
無功功率（Q）：是指儲存在電路中但不直接做功的那部分功率，單位為乏（var）。其數(shù)值用公式表示為：Q=S×sinφ=U×I×sinφ
雖然無功功率不轉(zhuǎn)化為其他的能量形式，但對于計(jì)算機(jī)等非線性負(fù)載來說，沒有無功功率卻根本無法工作。
大多數(shù)人都認(rèn)為既然無功功率不做功，當(dāng)然可以不要。于是認(rèn)為功率因數(shù)為1的電源，可以輸出的功率。然而實(shí)際情況并非如此。
首先從負(fù)載方面來說。
比如說計(jì)算機(jī)吧，當(dāng)市電輸入后，要進(jìn)行整流處理（如右圖所示），如果去掉輸出端的電容C，將整流橋的輸出電壓直接輸出給計(jì)算機(jī)，則這時計(jì)算機(jī)的功率因數(shù)接近于1，但輸出的直流電壓是忽大忽小，上下起伏的脈動波，顯然這樣的電壓是無法讓計(jì)算機(jī)正常工作的，這么高的功率因數(shù)又有什么用呢？為了讓計(jì)算機(jī)能正常工作，在整流橋輸出端加個大電容，來進(jìn)行濾波，以向計(jì)算機(jī)輸入平滑的直流電壓Uo，這個電容濾波器就像一個水庫一樣，里面必須儲存足夠數(shù)量的電荷，在整流橋輸出電壓偏低時，補(bǔ)充電荷；偏高時儲存電荷，保證Uo的電壓不會有顯著的脈動變化，以輸出平滑的直流電壓。儲存在電容器里的這部分能量其實(shí)就是無功功率。有的平滑濾波電路用電感或電容與電感共同組成，但無論哪種，原理都是相通的，可電路中，只要存在電容或電感，功率因數(shù)就不會再為1了。因此說，計(jì)算機(jī)之類的非線性負(fù)載不僅需要有功功率，同樣也需要無功功率才能正常工作。
再從電源設(shè)備－UPS來說。
UPS絕大多數(shù)都是用于計(jì)算機(jī)或類似計(jì)算機(jī)之類的非線性負(fù)載，很少有用來照明或帶電熱器之類的線性負(fù)載。這類非線性設(shè)備一般都是直接輸入市電后進(jìn)行整流、濾波。這些設(shè)備對市電構(gòu)成了非線性負(fù)載，功率因數(shù)基本上在0.6～0.7。從電路的基本原理來說，當(dāng)負(fù)載阻抗于電源阻抗相等時，電源的利用率，工作在狀態(tài)，此時電源與負(fù)載才叫匹配。為了使UPS和這些設(shè)備匹配，也應(yīng)具有相近甚至相等的功率因數(shù)值。如世界上的UPS品牌，美國的APC、瑞士的IMEL等都具有這樣的輸出功率因數(shù)。
現(xiàn)在假設(shè)UPS的輸出功率因數(shù)為1，則此時無功功率為0，對計(jì)算機(jī)這樣的非線性負(fù)載而言，顯然無法應(yīng)用，這樣的電源也就只能純帶線性負(fù)載了，此時如果電流稍有變化，輸出電壓就要幾十伏地增加，而且過載能力極差，這種情況下，電源根本就無法工作。在現(xiàn)實(shí)生活中，UPS用于純線性負(fù)載的場合也極少的。
其實(shí)，UPS的逆變器的輸出特性與負(fù)載的功率因數(shù)有個對應(yīng)關(guān)系，在功率因數(shù)為1時，UPS只能輸出80％的額定容量，隨著功率因數(shù)的降低，UPS的輸出能量也相應(yīng)的變大，當(dāng)功率因數(shù)為0.8時，恰好可以輸出100％的額定容量。即負(fù)載功率因數(shù)越小，輸出的VA功率值越大，換句話說，對付非線性負(fù)載的能力越強(qiáng)，而計(jì)算機(jī)恰恰就是典型的非線性負(fù)載，如果讓UPS的輸出功率因數(shù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的越相近，則越可能構(gòu)成配合，此時，有功功率用滿了，無功功率也剛好用滿，充分發(fā)揮了設(shè)備的潛力。
一般說，UPS的輸入功率因數(shù)的提高對輸入電網(wǎng)有利，可以減小對電網(wǎng)的干擾。因此這個參數(shù)越大越好，但對UPS本身來說，好處并不是很明顯。為了降低對電網(wǎng)造成的公害，UPS的輸入功率因數(shù)也是盡量做大，但這樣做勢必增加控制電路的復(fù)雜程度，增加元器件，增加成本，所以，這也是傳統(tǒng)的UPS一般不急于提高輸入功率因數(shù)的原因之一。
UPS的輸出功率因數(shù)真正含義是適應(yīng)負(fù)載的能力，即能適應(yīng)多大功率的負(fù)載，而不單是提供有功功率的百分比。比如，在一定范圍內(nèi)，如果是線性負(fù)載，UPS的輸出功率因數(shù)就是1；如果是計(jì)算機(jī)之類的非線性負(fù)載，UPS的輸出功率因數(shù)也應(yīng)該與其相匹配，為0.6～0.7。也就是說，UPS的輸出功率因數(shù)是隨負(fù)載而變化的。
總之，無論是UPS的輸入功率因數(shù)還是輸出功率因數(shù)，都是可以通過一定的手段提高的，問題是有無這個必要的問題。UPS的輸出功率因數(shù)并不是越大越好，可以這樣說：小功率因數(shù)的UPS包含有大功率因數(shù)的特點(diǎn)，大功率因數(shù)的UPS卻代替不了小功率因數(shù)UPS的功能。UPS的輸出功率因數(shù)大小完全是隨負(fù)載的性質(zhì)而變，并不是UPS要給負(fù)載輸出什么性質(zhì)的功率，而是負(fù)載需要什么性質(zhì)的功率，UPS應(yīng)該適應(yīng)負(fù)載，而不是負(fù)載去適應(yīng)UPS?！?BR>
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