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从UPS结构看它的带载能力

来源:机房360 作者:王其英 更新时间:2013-7-12 15:10:46

摘要:随着IT技术的发展和国际节能减排要求的提出,作为UPS负载设备的性质也在改变,即,IT设备的内部电源输入功率因数由原来的0.7向1靠近,目前已都在0.95以上。这种改变导致了一些故障现象,多处发现在负载端既不过载也不短路的情况下UPS逆变器频频“无缘无故”地过温保护或被烧毁。

  是供电设备有问题还是设计不合理?而且这种故障是在UPS运行过程中出现的,即,一开始UPS工作正常,带载量也不超过60%~80%,属“正常安全范围”,逆变器功率管的过热或烧毁是在无任何故障征兆情况下发生的。使人们一时陷入迷雾之中。

UPS逆变器难道真的是在“正常安全范围”内“无缘无故”地飞来横祸吗?如果是这样,那么这个横祸又来自何方?不弄清楚这个问题和采取相应的措施,同样的故障就还会重复出现。本文就这个问题进行讨论。

1.功率因数的由来

  自从伏特发明伏打电池以后,直流供电的负载性质是唯一的,即都是电阻性的。原因是负载上的电流电压是同相的,所以负载上的功率都是有功功率。正弦波交流电的出现在使用非纯电阻负载时就发现电流和电压正弦波不同相了,出现了相位差θ,如图1所示。而且还发现在这种负载上的实际功耗比纯电阻时小了,有一部分功率被储存起来了。这很像力学中的垂直移动做功而水平移动不做功一样。并研究发现这种实际功耗P是由相位差θ的余弦决定的

P=UIcosθ(1)

Q=UIsinθ(2)

而电流乘以电压乘以θ的正弦就是储存的能量Q,此二者和输入总功率S的关系也正是直角三角形勾股弦的关系,即



为了区别这种负载与电阻性负载,就起了一个“阻抗”的名字,即消耗功率的部分是电阻,储存功率的部分称为电抗。



尤其是在纯电感和纯电容负载上这种相位差达到了90°,纯电感和纯电容上不被消耗的功率,全部储存在器件里面。如果后面接上电阻,这些储存的功率就会像电源一样将能量供出去,于是就把这种储存在储能装置中的功率称作无功功率。可以看出,在电子器件中有三种负载的形式:电阻、电容和电感。电阻是消耗功率的,电感和电容则是储存功率的。而且还发现电容上的电流是超前电压的,而电感上的电流是滞后于电压的,如图2所示。这样一来电容和电感负载上的电流就相差180°,这从图2中也可以看出。这个特点就赋予了二者的互补特性,即二者的电流和电抗可以直接相减(抵消)。为了两种功率因数有所区别,一般作了这样的规定,在电流超前的功率因数(容性)前面冠以“+”号,电流滞后的功率因数(感性)前面冠以“-”号。在早期的进口UPS中的负载功率因数前面都有一个“-”号。

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