鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1391次 | 2020年06月18日
UPS電源帶載能力是選擇UPS電源時首要考慮的問題
UpS電源的帶載能力是用戶選擇UpS時首先要考慮的問題,即要一個多大容量的UpS電源,被選中的UpS電源在各種情況下帶負(fù)載的能力又如何,都是要認(rèn)真對待的。但UpS電源又不象變壓器那樣,只要負(fù)載功率不超過其額定輸出容量(kVA)數(shù)值,無論什么負(fù)載都行,而UpS的輸出容量不僅與負(fù)載大小有關(guān),還與負(fù)載的性質(zhì)有關(guān)。
為何是這樣呢,其原因就是UpS電源機(jī)內(nèi)的輸出側(cè)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(bǔ)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(fù)載功率因數(shù)為0.8,逆變器供給有功功率p,電容不僅要起濾波用途,還要供給負(fù)載的無功功率Q。那么額定容量為500kVA的UpS電源在額定情況下,應(yīng)供給負(fù)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(bǔ)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(biāo)注(300kVARpWM電容)。
是Delta變換型UpS電源的電路,因?yàn)轭~定負(fù)載功率因數(shù)為1,所以負(fù)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)。
為何會有這種看法和結(jié)論呢,就是因?yàn)槎叩念~定負(fù)載功率因數(shù)不同。按Delta變換型UpS的額定負(fù)載功率因數(shù)為1,雙變換型UpS的額定負(fù)載功率因數(shù)為0.8。由于這個原因造成上述這種認(rèn)識和結(jié)論。
首先從一種雙變換UpS的實(shí)際電容說起。某著名品牌的雙變換500kVAUpS的輸出電容為2組,一組為三角形連接C2,另一組為星形連接C3。C2為200F440VAC15個,C3為100F280VAC30個。按額定電壓為400V/230V計算,C2為150kVAR,C3為50kVAR,總計為200kVAR。若按常規(guī)計算,負(fù)載所需無功功率Q=Ssinφ=5000.6=300kVAR,是實(shí)際電容能夠供應(yīng)無功功率數(shù)值的1.5倍。另一種同品牌不同系列100kVAUpS的輸出電容為30kVAR,計算出無功功率Q=1000.6=60kVAR,為實(shí)際值的2倍。顯然這個電容供應(yīng)不出負(fù)載所需的無功功率,起不到補(bǔ)償用途。
筆者認(rèn)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(bǔ)償電容。其大小是由廠家根據(jù)濾波要求設(shè)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,關(guān)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(fù)載,也不管負(fù)載大小,逆變器總是要供給這樣一個容性電流。關(guān)于感性負(fù)載來講,可以降低逆變器電流,而關(guān)于容性負(fù)載來講,又增大了逆變器電流。
出現(xiàn)這個問題的原因還是UpS規(guī)定在額定容量時的負(fù)載功率因數(shù)的數(shù)值問題。雙變換型UpS一般規(guī)定為0.8(或0.7),在此條件下選定的功率器件。但也可以規(guī)定為1,那具體數(shù)據(jù)就不同了。Delta變換UpS也是相同,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(jī)UpS是相同的。對選擇逆變器的功率器件和高頻機(jī)是相同的。所以負(fù)載功率因數(shù)取1是廠家設(shè)計時確定的。當(dāng)然,由于這樣的設(shè)計,10kVA的UpS可以帶10kW功率因數(shù)為1的負(fù)載。
可是,UpS的帶載能力,除了在額定情況下以外,還要考察它在其它負(fù)載條件下的情況,即適應(yīng)負(fù)載的能力。因?yàn)樵诟鞣N負(fù)載功率因數(shù)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(fù)載功率因數(shù)的關(guān)系數(shù)據(jù),有的是曲線圖,有的是直方圖,有的是數(shù)據(jù)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(nèi)輸出功率的數(shù)值,一般是小于其額定功率的)。其實(shí)雙變換型UpS也有這些數(shù)據(jù),只不過在平時供應(yīng)的樣本中沒有寫出。
登載在《UpS應(yīng)用》雜志2003年二月刊(總21期)上筆者撰寫的文章《UpS的額定輸出功率與負(fù)載功率因數(shù)》一文中有詳細(xì)的分析。同時也列出了多種品牌UpS的數(shù)據(jù),其中就有SILCON300系列的曲線圖,其數(shù)據(jù)和Delta變換型UpS產(chǎn)品差不多。范圍最寬的是AEG的UpS是全功率因數(shù)范圍,從容性0~1~感性0。
在不同負(fù)載條件下的UpS輸出這個問題逐漸引起人們的注意,特別是設(shè)計者不僅要確定額定功率值,而且還要考慮在不同負(fù)載性質(zhì)時UpS輸出的功率值。
綜合以上論述,簡單歸納筆者重要觀點(diǎn)如下:
(1)UpS輸出側(cè)的電容是逆變器濾波電容,不能稱為補(bǔ)償電容。
(2)濾波電容的大小是由濾波要求確定的,不是按UpS額定輸出容量的無功功率計算的。
(3)UpS的額定容量所規(guī)定的負(fù)載功率因數(shù)是設(shè)計者確定的。一般可用0.8、0.7或1。
(4)UpS輸出帶載能力是看它適應(yīng)負(fù)載功率因數(shù)的范圍,一般容性0.9到感性0.8是比較窄的范圍,范圍最寬的是Cosφ=0~Cosφ=1~Cosφ=0全功率因數(shù)范圍。