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梅兰日兰UPS不间断电源的带载能力

梅兰日兰UPS电源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不间断电源,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电源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)。

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2,另一组为星形连接3。2为200μF 440VAC 15个,3为100μF 280VAC 30个。按额定电压为400V/230V计算,2为150kVAR,3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电源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电源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电源的带载能力,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。

登载在《UPS应用》杂志2003年2月刊(总21期)上笔者撰写的文章《UPS电源的额定输出功率与负载功率因数》一文中有详细的分析。同时也列出了多种品牌UPS电源的数据,其中就有SILCON 300系列的曲线图,其数据和Delta变换型UPS产品差不多。范围最宽的是AEG的UPS是全功率因数范围,从“容性0”~1~“感性0”。

在不同负载条件下的UPS电源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。