UPS電源的支持負(fù)載能力是用戶選擇UPS電源時(shí)首先要考慮的問(wèn)題,即需要一個(gè)多大容量的UPS,被選中的UPS在各種情況下帶負(fù)載的能力又如何,都是需要認(rèn)真對(duì)待的。但UPS又不象變壓器那樣,只要負(fù)載功率不超過(guò)其額定輸出容量(kVA)數(shù)值,無(wú)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)。
UPS電源為什么會(huì)是這樣呢,其原因就是UPS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(shuō)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(duì)這個(gè)問(wèn)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(lái)說(shuō)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,電容不僅要起濾波作用,還要供給負(fù)載的無(wú)功功率Q。那么額定容量為500kVA的UPS在額定情況下,應(yīng)供給負(fù)載400kW的有功功率,300kVAR的無(wú)功功率。而逆變器只供給有功功率,無(wú)功功率則由輸出電容C來(lái)供給。所以這個(gè)所謂“補(bǔ)償電容”既要濾波,既要供無(wú)功功率,至少要有300kVAR的大小。見(jiàn)圖1中對(duì)輸出電容的標(biāo)注(300kVAR PWM電容)。
為什么會(huì)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(gè)原因造成上述這種認(rèn)識(shí)和結(jié)論。
首先從一種雙變換UPS的實(shí)際電容說(shuō)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C2,另一組為星形連接C3。C2為200μF 440VAC 15個(gè),C3為100μF 280VAC 30個(gè)。按額定電壓為400V/230V計(jì)算,C2為150kVAR,C3為50kVAR ,總計(jì)為200kVAR。若按常規(guī)計(jì)算,負(fù)載所需無(wú)功功率Q=S×sinφ=500×0.6=300kVAR,是實(shí)際電容能夠提供無(wú)功功率數(shù)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(jì)算出無(wú)功功率Q=100×0.6=60kVAR,為實(shí)際值的2倍。顯然這個(gè)電容提供不出負(fù)載所需的無(wú)功功率,起不到補(bǔ)償作用。
筆者認(rèn)為:這個(gè)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(jì)所決定的,不是按輸出無(wú)功功率計(jì)算的。由于有了這個(gè)濾波電容,對(duì)高次諧波來(lái)講是濾掉了,對(duì)于基波來(lái)講是一個(gè)固定的電容電路。UPS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(gè)容性電流。對(duì)于感性負(fù)載來(lái)講,可以降低逆變器電流,而對(duì)于容性負(fù)載來(lái)講,又增大了逆變器電流。
產(chǎn)生這個(gè)問(wèn)題的原因還是UPS規(guī)定在額定容量時(shí)的負(fù)載功率因數(shù)的數(shù)值問(wèn)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也是一樣,它在電池工作情況下是和雙變換型無(wú)輸出變壓器的高頻機(jī)UPS是相同的。對(duì)選擇逆變器的功率器件和高頻機(jī)是一樣的。所以負(fù)載功率因數(shù)取1是廠家設(shè)計(jì)時(shí)確定的。當(dāng)然,由于這樣的設(shè)計(jì),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,還需要考察它在其它負(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(gè)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(gè)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(guò)在平時(shí)提供的樣本中沒(méi)有寫(xiě)出。
登載在《UPS電源網(wǎng)》《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(shí)也列出了多種品牌UPS的數(shù)據(jù),其中就有SILCON 300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(gè)問(wèn)題逐漸引起人們的注意,特別是設(shè)計(jì)者不僅需要確定額定功率值,而且還需要考慮在不同負(fù)載性質(zhì)時(shí)UPS輸出的功率值。
綜合以上論述,簡(jiǎn)單歸納筆者主要觀點(diǎn)如下:
(1)UPS電源輸出側(cè)的電容是逆變器濾波電容,不能稱(chēng)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(wú)功功率計(jì)算的。
(3)UPS電源的額定容量所規(guī)定的負(fù)載功率因數(shù)是設(shè)計(jì)者確定的。一般可用0.8、0.7或1。
(4)UPS電源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,范圍寬的是Cosφ=0~Cosφ=1~Cosφ=0全功率因數(shù)范圍