论UPS电源带纯阻性负载的能力（1）
时间：2024-10-22 阅读：4
这个问题关系到对UPS电源的认识和UPS的使用。当然，UPS在正常运行时几乎没有纯阻性负载。但用户在安装后测试UPS时，往往使用纯阻性负载(负载箱)对UPS进行有载测试，使用多大的电阻成为问题。因此，正确认识这个问题是有意义的。
近年来，这种说法在杂志、培训讲义、UPS技术书籍中经常被提及，正是因为“UPS的选择和使用还有很多不清楚的地方”。一些基本概念还存在很多问题，影响了UPS的合理选择。这些混淆的概念长期误导着人们，影响了UPS的正确选择和使用。因此，有必要“讨论和纠正这些概念”。在众多需要修正的观点中，其中一个就是本文上面提到的结论。
比如：“……当负载功率因数为0.8的100千伏有线性负载(原作者这里指的是纯阻性负载)时，只能给出53kW的功率”。因为一般认为应该带80kW的纯阻性负载，所以说这是“对负载功率因数的误解”，造成了危害。不是80kW，而是53kW。
1.为什么会有这样的结论？
首先，问题从UPS逆变器设计的基础入手。有人认为“目前大多数UPS的逆变器功率输出是根据有功功率P设计的，而提供给负载的无功功率Q是逆变器后面的并联电容C，这两部分的输出功率合成为负载上的视在功率”。
以功率因数为0.8的100千伏为例。他说：“逆变器是按80kW选择的功率管，电容器C的容量是按60kvar的输出无功功率选择的(当然还要加上滤波所需的容量)”。
至于逆变器的输出有功功率，用什么标准或设计规范来选择功率器件，或者哪个UPS厂商的规定？没有解释。如果这个说法真的成立，我希望真的能看到，让大家有更清晰的认识。
2.UPS输出端的电容是补偿电容吗？
逆变器的“设计基础”无法讨论，但UPS输出端的电容可以很容易地解释这个问题。
根据上述说法，电容C(或电容的无功功率Q)不仅是逆变器脉宽调制的滤波电容，还承担着无功功率输出，称为“补偿电容”。也就是说，UPS输出部分的电容是滤波电容加补偿电容，非常大。在上面的例子中，电容器的容量至少为60kvar。不是这样吗？我们用几台UPS的实际数据来看看这个电容的容量。首先来看看原装西门子S系列100kVA UPS，功率因数0.8。图1是该不间断电源的部分电路图。在图中，C25、C26和C27是三组输出电容，即3个 82.9f、3个 82.9f和3个 33.2f，总计3个 199f，连接成三角形。兼容阻抗xc=1/(2fc)=100000/(2 3.14 50hz 199f)=100000/62486=16。每相无功功率Q=U2/xc=380v 380v/16=9.025 kvar三相无功功率Q=27kvar。根据作者论文中的上述计算方法，应为q=100kva， 0.6=60 kavr，各相电容为441F，相差2倍以上。这个差别很大。
例子还是很多的，就不一一列举了。总之，这个电容不是补偿电容加滤波电容，而是滤波电容。不知道UPS的输出电容哪个厂家的容量有上面作者说的那么大？如果有，希望能看到例子。那样的话，我举的所有UPS例子都不能正常工作，但是我没有听说过这些UPS在使用中有任何问题。
3.不间断电源能否承载其额定有功功率的纯阻性负载
既然作者说这个电容是一个补偿电容加一个滤波电容，数值就很大。那么，在正常运行中，逆变器不仅要给负载供电，还要承受这么大的电容所需要的电容电流，自然就承受不了这么大的负载。为了加深读者的印象，作者还引用了一个导致UPS逆变器烧毁的“案例”，并在两本UPS技术书籍中写下了这个“案例”。简介如下：
“故障现象某品牌3360 UPS，负载功率因数F=0.8，额定容量S=80kVA，安装后加载检查。检验条件是只加阻性负载，测试有功功率p=s f=80千伏安 0.8=64千瓦。后面板液晶屏显示64 kW，30 min后输出电源切断。检查后发现UPS逆变器烧毁。这种情况在很多地方都有发生，无一例外，而且似乎是超负荷的现象”。然后作者用一个电容为48千伏安(80 0.6)，电容电流为218A(按电压220伏计算)，负载为64kw(80 0.8)，负载电阻电流为291A的电阻进行计算，那么进入逆变器的电流就是两者的相量之和，为364A，然而逆变器是按48kW的有功功率设计的，只能承受291A。超载了25%。并且逆变器没有保护，所以逆变器的功率管被烧毁。这是一个可怕的景象，也无一例外。不间断电源一般在安装后用虚拟负载(电阻箱)进行测试。如果都如作者所说，不知道会烧多少UPS电源。
近年来，这种说法在杂志、培训讲义、UPS技术书籍中经常被提及，正是因为“UPS的选择和使用还有很多不清楚的地方”。一些基本概念还存在很多问题，影响了UPS的合理选择。这些混淆的概念长期误导着人们，影响了UPS的正确选择和使用。因此，有必要“讨论和纠正这些概念”。在众多需要修正的观点中，其中一个就是本文上面提到的结论。
比如：“……当负载功率因数为0.8的100千伏有线性负载(原作者这里指的是纯阻性负载)时，只能给出53kW的功率”。因为一般认为应该带80kW的纯阻性负载，所以说这是“对负载功率因数的误解”，造成了危害。不是80kW，而是53kW。
1.为什么会有这样的结论？
首先，问题从UPS逆变器设计的基础入手。有人认为“目前大多数UPS的逆变器功率输出是根据有功功率P设计的，而提供给负载的无功功率Q是逆变器后面的并联电容C，这两部分的输出功率合成为负载上的视在功率”。
以功率因数为0.8的100千伏为例。他说：“逆变器是按80kW选择的功率管，电容器C的容量是按60kvar的输出无功功率选择的(当然还要加上滤波所需的容量)”。
至于逆变器的输出有功功率，用什么标准或设计规范来选择功率器件，或者哪个UPS厂商的规定？没有解释。如果这个说法真的成立，我希望真的能看到，让大家有更清晰的认识。
2.UPS输出端的电容是补偿电容吗？
逆变器的“设计基础”无法讨论，但UPS输出端的电容可以很容易地解释这个问题。
根据上述说法，电容C(或电容的无功功率Q)不仅是逆变器脉宽调制的滤波电容，还承担着无功功率输出，称为“补偿电容”。也就是说，UPS输出部分的电容是滤波电容加补偿电容，非常大。在上面的例子中，电容器的容量至少为60kvar。不是这样吗？我们用几台UPS的实际数据来看看这个电容的容量。首先来看看原装西门子S系列100kVA UPS，功率因数0.8。图1是该不间断电源的部分电路图。在图中，C25、C26和C27是三组输出电容，即3个 82.9f、3个 82.9f和3个 33.2f，总计3个 199f，连接成三角形。兼容阻抗xc=1/(2fc)=100000/(2 3.14 50hz 199f)=100000/62486=16。每相无功功率Q=U2/xc=380v 380v/16=9.025 kvar三相无功功率Q=27kvar。根据作者论文中的上述计算方法，应为q=100kva， 0.6=60 kavr，各相电容为441F，相差2倍以上。这个差别很大。
例子还是很多的，就不一一列举了。总之，这个电容不是补偿电容加滤波电容，而是滤波电容。不知道UPS的输出电容哪个厂家的容量有上面作者说的那么大？如果有，希望能看到例子。那样的话，我举的所有UPS例子都不能正常工作，但是我没有听说过这些UPS在使用中有任何问题。
3.不间断电源能否承载其额定有功功率的纯阻性负载
既然作者说这个电容是一个补偿电容加一个滤波电容，数值就很大。那么，在正常运行中，逆变器不仅要给负载供电，还要承受这么大的电容所需要的电容电流，自然就承受不了这么大的负载。为了加深读者的印象，作者还引用了一个导致UPS逆变器烧毁的“案例”，并在两本UPS技术书籍中写下了这个“案例”。简介如下：
“故障现象某品牌3360 UPS，负载功率因数F=0.8，额定容量S=80kVA，安装后加载检查。检验条件是只加阻性负载，测试有功功率p=s f=80千伏安 0.8=64千瓦。后面板液晶屏显示64 kW，30 min后输出电源切断。检查后发现UPS逆变器烧毁。这种情况在很多地方都有发生，无一例外，而且似乎是超负荷的现象”。然后作者用一个电容为48千伏安(80 0.6)，电容电流为218A(按电压220伏计算)，负载为64kw(80 0.8)，负载电阻电流为291A的电阻进行计算，那么进入逆变器的电流就是两者的相量之和，为364A，然而逆变器是按48kW的有功功率设计的，只能承受291A。超载了25%。并且逆变器没有保护，所以逆变器的功率管被烧毁。这是一个可怕的景象，也无一例外。不间断电源一般在安装后用虚拟负载(电阻箱)进行测试。如果都如作者所说，不知道会烧多少UPS电源。