機房供電選型中 一個(gè)不可忽視的UPS指標

在UPS中有一個(gè)稱(chēng)為“負載功率因數”的指標，這個(gè)指標是指明這臺機器向負載提供有功功率和無(wú)功功率的能力。由于有的將這個(gè)指標誤解成是UPS的“輸出功率因數”，這就出現了很大的誤差：就是這個(gè)功率因數的屬性問(wèn)題。負載功率因數是指在UPS帶負載時(shí)在UPS輸出端測出的實(shí)際功率因數，如果這個(gè)功率因數和負載的輸入功率因數相等，該負載就可以得到UPS全部的的額定標稱(chēng)功率，稱(chēng)為完全匹配。否則該UPS就必須降額使用。這里的最大不同就是UPS帶不同負載時(shí)，測出的功率因數也就不同，為什么？因為測出的這個(gè)功率因數是負載的而不是其它。如果把它看成是UPS輸出端的，即屬于UPS的，那么不論帶什么負載，功率因數值應該是不變的，然而實(shí)際中并不是這樣。這就導致了一個(gè)誤區，并且在實(shí)際中產(chǎn)生了不良影響。

一、電源的功率因數概念

在電子領(lǐng)域的負載有三個(gè)基本品種：電阻、電容和電感。電阻是消耗功率的器件，電容和電感是儲存功率的器件。日常所用的交流電在純電阻負載上的電壓和電流是同頻率同相位的，即相位差q= 0°，

功率因數的定義是：

在電阻負載上的有功功率就是視在功率，即二者相等，所以功率因數F=1。而在純電容和純電感負載上的電流和電壓相位差90°，所以功率因數F=cosq = cos90°=0，即在純電容和純電感負載上的有功功率為零,全部是無(wú)功功率。

從這里可以看出一個(gè)問(wèn)題，同樣是一個(gè)電源，對于不同性質(zhì)的負載，其輸出功率的大小和性質(zhì)也不同，因此可以說(shuō)負載的性質(zhì)決定著(zhù)電源的輸出。換言之，電源的輸出不取決于電源的本身，而是由負載的需要決定。就像一座水塔的供水水流取決于水龍頭的開(kāi)啟程度一樣。

從上面的討論可以看出，功率因數是表征負載性質(zhì)和大小的一個(gè)參數。而且一般說(shuō)一個(gè)負載只有一種性質(zhì)，就像一個(gè)人只有一個(gè)身份證號碼一樣。這種性質(zhì)的確定是從負載的輸入端看進(jìn)去，稱(chēng)為負載的輸入功率因數。一個(gè)負載電路設計完成了，它的輸入功率因數也就定了。比如UPS作為前面市電或發(fā)電機的負載而言，六脈沖整流輸入的UPS，其輸入功率因數就是0.8左右，不論前面是市電電網(wǎng)還是發(fā)電機，假如該UPS要求輸入100kVA的視在功率，就需要向前面的電源索取80kW的有功功率和60kvar的無(wú)功功率。

二、UPS負載功率因數的含義

現代UPS總不能一對一地制造，要事先根據當前用電器的形式和規模預先制造出一批或幾批不同功率因數和功率規格的機器，以備市場(chǎng)現貨銷(xiāo)售。預先制造出一批或幾批UPS的根據就是負載功率因數的大小和容量規格。當UPS的負載功率因數與負載的輸入功率因數相等時(shí)，就稱(chēng)為完全匹配，UPS就可向負載輸出全部功率。即37碼的鞋穿在37碼的腳上就正合適，否則就感到不舒服，那么這雙鞋的舒適度就打了折扣。UPS也是這樣，遇到不匹配負載時(shí)，就必須降額使用。

三、對負載功率因數的誤解

有的就誤把UPS的負載功率因數誤解為UPS的輸出功率因數。這種誤解的來(lái)源大概認為UPS既然有輸入功率因數就一定有輸出功率因數，這樣一來(lái)UPS的性質(zhì)就有兩種，從輸入看進(jìn)去是一種性質(zhì)，從輸出看進(jìn)去又是另一種性質(zhì)，誤解了電路性質(zhì)的唯一性。既然是UPS的輸出功率因數，如前所述，如果UPS有輸出100kVA的能力，那么應當在任何負載性質(zhì)的條件下都可給出功率因數所指出的有功功率和無(wú)功功率。比如被稱(chēng)為輸出功率因數的數值為0.8時(shí)，在任何負載性質(zhì)的條件下都可給出80kW的有功功率和60kvar的無(wú)功功率。但實(shí)際上不是這樣。比如往往出現這種情況，當負載功率因數為0.8的100kVA UPS在帶線(xiàn)性負載時(shí)，就會(huì )因過(guò)載而轉旁路，這是其一；其二，當用功率因數表測量UPS輸出端時(shí)發(fā)現，在帶線(xiàn)性負載時(shí)其功率因數值為1，當帶二極管整流濾波輸入的IT負載時(shí)其功率因數值又是0.7，怎么也出不來(lái)0.8！實(shí)際上這兩種情況測得的都是負載的功率因數，所謂輸出功率因數0.8根本就不會(huì )出現，除非帶輸入功率因數為0.8的負載時(shí)，但那時(shí)測得的也仍然是負載的功率因數。即只要帶負載測量，測得的就是負載的功率因數。這樣一來(lái)，只有不帶負載時(shí)才可測得UPS的“輸出功率因數”，這時(shí)有功功率P的輸出電流IP=0，視在功率S的輸出電流IS=0，盡管二者的電壓UP和US不為零，但根據式（1）

這個(gè)結果就是一個(gè)無(wú)理數。用功率因數表測試根本就測不出任何值。也就是說(shuō)所謂的“輸出功率因數”沒(méi)有任何操作性。沒(méi)有任何操作性的指標是沒(méi)任何意義的，是荒唐的指標。

所以在全匹配的條件下，負載功率因數為0.8的100kVA UPS能將80kW的有功功率和60kvar的無(wú)功功率全部輸送給負載。即在UPS的負載功率因數與負載的輸入功率因數完全匹配時(shí)，負載上得到的功率就是：

如果負載的輸入功率因數與UPS的負載功率因數不相等，情形又會(huì )怎樣呢？比如后面的負載是線(xiàn)性負載，即負載的輸入功率因數=1，這種情況經(jīng)常出現在UPS帶假負載考機情況，如圖4所示。在這里有一個(gè)很大的區別，負載中的電感部分沒(méi)有了。這就造成了逆變器后面電容器C的無(wú)功功率再也不能向負載端提供的局面。由于60kvar的容抗XC是：

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