UPS负载性质和分析方法的剖析（上）

主观意识、愿望和客观机理、效果要尽量协调,加强“剖析”可改善这种协调。不能停留在UPS的结构、电路方案的...

负载性质命名原则的分类

由于事物是复杂的,“名词”取用的原则若不分类,就难以分清负载性质及其范围。我通过分析体会到,常用的“命名”原则分三类:

01

科学的严格性

这是非常基本的要求,如:阻性、感性、容性、非线性、线性;都有明确的定义,可应用到每一个参数,所以随时、随处都要意识到;但也要注意还有以下两种分类原则。

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应用的针对性

用主要特性来“命名”,适用于“分类名”。事物是复杂的,即使是很局部的电路或器件,也可以包含“一些”(不是单一)参数和性能,而其名称往往只能简要地代表其主要特点,不能以次要特征来命名。

例如,在“电阻器”这个名称中就不能反应出其内在的“寄生电感”和“寄生电容”;要分清“主”、“次”,不要将此电阻器随意归类到感性负载或容性负载。

又如:有铁心的电感,若其磁通密度最大值大到进入饱和区,则电感量明显由大变小,显示出明显的非线性;但若铁心中磁通密度最大值不是大到饱和区,非线性的程度就小多了;又,当铁心磁路中包含有气隙时,非线性的程度就更小了,近似分析时,可当作“线性电感”(见UPS国家标准,后述)。

3

规范性名称或基准性名称

标准中的专用名词,如:通信用UPS标准和UPS国家标准都包含的“非线性负载”,都有电路图和参数比例要求。又如:平时经常指的“感性负载”,在UPS国家标准(线性负载分类)中称为“基准感性-阻性负载”,并说明是电感与电阻的串联或并联。

通信用UPS标准和UPS国家标准所包容的负载性质

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通信用UPS的两种典型负载性质

通信用UPS标准只考虑两种典型的负载作为“规范性负载”,该标准中命名为“非线性负载”、“阻性负载”,所以,专业性是很强的。其优点是易深入。

(1)“非线性负载”(规范性的)

通信用UPS的负载常是PC机、服务器,其输入电路为电容滤波整流电路,其性质是整流/(直流侧)容性负载,从交流输入端观察为“非线性负载”。中华人民共和国通信行业标准YD/T1095-2008后部的“(规范性附录)非线性负载”部分,有此类整流电路的电路图和参数计算,更显示了本标准“非线性负载”的针对性(不包含关注其非线性因素时的“感性负载”,如感应电动机等)。其功率因数的典型值在标准中取为0.7。

(2)阻性负载(规范性的)

标准中另一种典型的负载是(线性的)阻性负载,功率因数为1,代表作为发展方向的典型的输入功率因数校正的整流器;要明确,虽然没有“线性”两个字,“标准”所指的是“线性的”电阻性负载。

以上这两种典型负载在单独应用或混合应用(适当的功率配比)时,可组成功率因数在0.7～1范围内任意所需功率因数的负载。

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UPS国家标准所包容的负载性质

关注“通用”和“通信用”的区别。“通用UPS”这个名称在UPS应用的一些文章中用来与“通信用UPS”相区别。通用UPS标准所覆盖的负载种类甚多。如:UPS的国家标准GB7260.1-2008在其“附录M”中述及,UPS按“制造商在操作手册中给出技术条件”加载,如果没有相关技术条件,则按“基准负载”条件加载;UPS能加载不同的线性和非线性负载。线性负载的分类:阻性、感性-阻性(两者的串联或并联)、容性-阻性(两者的串联或并联);非线性负载可能是整流的容性负载(常用的,有电路图和相对参数)、晶闸管或饱和电抗器控制的负载。

虽然“非线性负载”在当前应用中非常普遍。但“标准”将制造商给出的技术要求放在“首选”位置,就是要覆盖各种选择,包括只选择感性-阻性负载。

认清非线性负载与感性负载的明显区别

不同负载性质应使用不同的的分析方法,并得到不同的结论;因此,在选择分析方法之前,首先要认清各种负载的主要特征,才能正确区分两类不同的负载性质,从而正确选择分析方法,正确而灵活的应用其分析所得的结论。

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电容滤波整流器属非线性阻性负载

电容滤波整流器在UPS标准中称为“非线性负载”,为进一步明确与感性负载的区别,将其另一主要特征“阻性”强调出来,作为补充说明,称之为“非线性阻性负载”。

(1)电流的基波与电压波形基本同相位

基波电流是计算平均功率所需的电流,基波电流与电源电压的相位差φ,决定了基波的功率因数cosφ。φ愈小,cosφ就愈大,若趋近于1时,为“阻性负载”。

220V市电输入的电容滤波整流器,电源阻抗很小,电流的基波与电压波形基本同相位(误差只是几度,例如:

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