UPS電源帶載能力是選擇UPS電源時(shí)首要考慮的問(wèn)題

UPS電源的帶載能力是用戶選擇UPS時(shí)首先要考慮的問(wèn)題，即需要一個(gè)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，都是需要認(rèn)真對(duì)待的。但UPS電源又不象變壓器那樣，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)。

為什么是這樣呢，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(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電源在額定情況下，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。見圖1中對(duì)輸出電容的標(biāo)注(300kVAR PWM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(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)有寫出。

登載在《UPS應(yīng)用》雜志2003年2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(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(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(wú)功功率計(jì)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(jì)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。