UPS功率因数问题.docx

UPS功率因数越大越好吗长期以来 不论是UPS的供应商还是用户，在UPS功率因数问题上，一直是一个 争论的焦点：用户声言要高功率因数的UPS，供应商也说这个因数越大越好，于是厂家 就尽全力去提高这个因数到底UPS的功率因数是大了好还是小了好呢？UPS有两个功率因数值：输入功率因数和输出功率因数输入功率因数表示UPS 对电网有功功率吸收的能力及对电网影响的程度；输出功率因数表示UPS对非线性负载 的适应能力当然，对输入功率因数的要求是越高越好，而UPS的输出功率因数却不一 定越大越好，现就这个问题进行讨论1 基本概念•视在功率：即交流电压和交流电流的乘积UPS说明书上的功率伏安值就是指U PS的额定输出电压和额定输出电流的乘积，用公式表示为：S = UI式中，S是UP S的额定输出功率，单位是VA（伏安）；U是UPS的额定输出电压，单位是V 如2 2 0V 3 8 0 V等；I是UPS的额定输出电流，单位是A视在功率包括两部分：有功功率（P）和无功功率（Q）•有功功率是指直接做功的部分比如使灯发亮，使电机转动，使电子电路工作等 因为这个功率做功后都变成了热量，可以直接被人们感觉到，所以有些人就产生一个错觉, 即把有功功率当成了视在功率，孰不知有功功率只是视在功率的一部分，用式表示：P = Seos e = Ulcose = UI・F式中，P是有功功率，单位是W （瓦）；F = cose被称为功率因数，而e是在非线性负载时电压电流不同相时的相位差。

功率因数表征着UPS输出有功功率的能力•无功功率是储藏在电路中但不直接做功的那部分功率，用式表示：Q = Ssin e = Ulsine式中，Q为无功功率，单位是var（乏）对于计算机和其它一切靠直流电压工作的电子电路，离开无功功率是根本无法工作的一般用户都认为计算机之类的设备只需要有功功率，而不需要无功功率既然无功功 率不做功，要它何用！于是他们当然就认为功率因数为1的电源最好因为它能给出最大 输出功率，当然也就认为UPS输出功率因数小了就不好然而，实际情况并非如此假如有一台计算机，当交流市电输入后进行整流，就得到图1中UDC的脉动直流电 压，若不将脉动电压进行任何加工，就直接提供给计算机电路，毫无疑问，电路根本无法 正常工作虽然这时计算机的功率因数接近于1,可这又有何用呢为了让计算机电路能 正常工作，必须向其提供平滑了的直流电压这个“平滑”工作必须由接在计算机电源整 流器后面的滤波电容器C来完成这个滤波器就像一个水库，电容器里面必须储存足够数量的电荷，在整流半波之间的空白时，使电路上的工作电压仍不间断，能保持正常电平 换句话说，即使在两个脉动半波之间无输入电能时，Uc的电压电平也无显著的变化，这 个功能是靠电容器内的储能来实现的，储存在电容器内的这部分能量就是无功功率。

所以 说，计算机是靠无功功率的支持，才能保证电路正确运用有功功率实现正常运行的因此可以说，计算机不但需要有功功率，也需要无功功率，两者缺一不可！3 UPS的输出功率因数并不是越大越好UPS很少被用来照明或带电热器之类的线性负载，绝大多数用作像计算机或类似计 算机的电子设备供电这类设备一般都在内部设置了PWM电源，而这种电源的特点就是 直接将输入市电整流滤波如前所述，这些设备对市电(或UPS输出)构成了非线性负 载，功率因数F=0.6〜0.7为了使UPS和计算机匹配，UPS最好也具有功率 因数0.6〜0.7的值，如美国的APC、瑞士的IMEL和IM061等都具有这样 的输出功率因数功率因数是大了好还是小了好呢？为说明这个问题，可以看一下图2的逆变器输出特性与功率因数的关系，也就是UPS输出与功率因数的关系1) 当功率因数F=1时UPS只能输出额定容量的8 0%，而且这是有功功率，这时的无功功率为0,对计 算机这样的非线性负载而言，显然无法应用众所周知，一个电源输出最大功率的条件是电源内阻和负载电阻值相等比如从理想 和极端的情况看，lkVA UPS的负载电阻是R=U 2/P=2202/1000= 4 8.4 Q 那么电源内阻也是4 8.4 0,而且是纯电阻，莫说带脉冲负载，就是电 流稍有变化，也会造成输出电压U的大幅度变化。

比如电流增加1A，则输出电压就会下 降：U=4 8.4 X 1 =4 8.4 (V)因此像图1中电流I波形更无法适应因为计算机向 UPS索取的脉冲电流幅度为其平均电流的3倍以上在这样的脉冲负载下，电源将无法 正常供电当然，这只是一个极端的例子，实际中情况要好得多故功率因数F=1的情 况下，如果这个因数只仅仅是1而无变化余地，那麽就只能带线性电阻负载，且过载能力 较差总之，F=1的UPS, —般说来，对输入功率因数尚未校正过的计算机负载而言， 没有什么实际使用价值比如计算机功率因数取平均值0 .65，设10 kVA的UPS 在F=1时仅能输出功率为8 0 0 0 W(VA)，如果带40台功率为2 0 0 W的计算机, 乍看起来正好满载，其实不然，还有无功功率未计入，若计入后，视在功率 S = P/F = 8000/0.65 = 12308 (VA)=1.23 kVA 所以，上述情况已过载 2 3%了而且F为1时，UPS也并不能将10 0%的VA值变成W如果简单地认为 功率因数多大就能给出多大的所谓“有用的”有功功率，而无功功率是“无用的”，那么就误会了!(2) F=0.8及0.8以下时以往的UPS都把功率因数作成0.8,其根据何在呢？由图2的曲线可以看出，在 输出功率因数为0.8时，正好可以输出10 0%的额定功率VA值。

由图2上也可以看 出，当F=0 .7时，可以输出114%的VA功率值，即负载功率因数越小，输出的V A功率值就越大换句话说，对付非线性负载的能力也越强，而计算机恰恰是典型的非线 性负载，而且功率因数在0.6〜0.7之间，所以只有UPS的输出功率因数作成与其 相应，才构成最佳配合所谓最佳配合，是指在这种情况下，当有功功率用满了，同时无 功功率也用满了时才能充分发挥设备的潜力3) 功率因数0 .8VFV 1.0时由图2也可以看出，当功率因数F= 0.9时, UPS只能输出整个视在功率的8 9%从使用角度看，应用于此范围的设备似乎不多， 而且UPS的输出也打了折扣，因此意义不大这里讨论的主要是滞后功率因数，原因是绝大部分电子电路负载都是感性的所以一 般UPS不能带大容性负载，只有那些在说明书上特别标明有超前功率因数这一项的方可 带容性负载实际上，UPS输出功率因数的真正含义是适应负载的能力，即能适应多大功率的负 载比如，在一定功率范围内，如果是线性负载，UPS的输出功率因数就是1；如果是 计算机之类的非线性负载，UPS的输出功率因数就是0.6〜0.7也就是说，UP S的输出功率数F是随负载而变的。

但需说明的是：如果UPS说明书上标明F=0. 6〜 0.9或1 ,UPS就可适应上述0.6〜1的负载但若只标了一个0.9或1,就不 一定能带满负荷的计算机负载如果UPS的功率因数是超前0.0或滞后0.0,那么 它就可以带全范围任何性质的负载德国EGB公司的100和300系列5〜200 k VA及BENNING公司的5〜120 kVA的UPS就具有这样的功率因数因此 UPS功率因数的技术含量在小而不在大，一般用户关心的功率因数就应当是 0.8以下而不是以上不然，在作电源容量设计时就会出错 甚至会造成不易挽回的损 失比如有5 0套包括监视器在内的功率为180 W的电脑 总功率是180WX50 = 9 0 0 0 W选择UPS的功率应当是：P= 9 0 0 0 WF 0.6 = 1 5 0 0 0 VA 为了留有余量取F=0.6而不是 0.65 根据上式应选15kVA的UPS—台 但若按着错误的算法 就会选一台功 率因数大于0.9的10 kVA UPS 该UPS比正确值小了5 0% 肯定带不动上 述电脑 只好再买一台来增容容量小 事情好办 若是把150 kVA错买成10 0 kVA，把3 0 0 kVA错买成 2 0 0 kVA呢 至于实现高功率因数难还是实现低功率因数难的问题，举个例子：F = ±0.0的 含义是可带纯电抗负载 即负载上的电压和电流相位差是9 0°。

也就是说 电压过零时 电流最大 或者相反 这就不是一般UPS可做到的尤其是F=1的UPS因为这要 增加专门的电路和环节功率因数为0.6时 电压和电流的相位差虽不是90° 也有 5 7°之多同样存在增加电路环节的问题因为上述负载意味着电压电流不同时过零 那么逆变器在哪一个零点截止呢 不增加电路环节肯定不行反之 在F=1的负载上电流电压同时达到最大值 同时过零 因无相位差 对逆变器而言就容易多了可以这样 说：小功率因数包含有大功率因数的特点而大功率因数的UPS就办不了小功率因数的 事当然 有时F= 0.8的UPS也可以带计算机 那是在“大马拉小车”的情况下， 当接近额定功率时就显出它的弊病了4输入功率因数的补偿与效果不论是输入功率因数还是输出功率因数都可用一定的手段提高问题是有无这个必要 因为功率因数的补偿必然伴随着器材的消耗和功耗比如IMV、Fenton等多数U PS,在通常情况下均采用6脉冲输入可控硅整流器，因此功率因数平均值只能作到0. 8 左右提高功率因数的方法一是采用12脉冲整流器 如Sitepro Fenton 等UPS作为选件的12脉冲整流器采用后，再加上无源滤波，由于极大地抑制了电流谐 波分量 由原来的近30%的谐波电流分量削减到10%以下 因此功率因数都可提高 到0 .95以上°APC的SILCON DP 3 0 0 E系列UPS的出现就非常容易地解 决了这个问题。

一般说，输入功率因数的提高对输入电网有利，因为它减小了对电网的干扰对UP S来说，好处不明显因为UPS需要多少功率仍是按照自已的方式和要求吸取，大概这 也是一般UPS不急于解决这个问题的另一个原因另一方面，UPS的输出功率因数尽管上限做到“1”，但电脑类负载中的PWM电 源由于其输入功率因数未进行校正，故仍按照本身的需要向UPS索取能量比如吸收 0.6的有功功率（W）和0.8的无功功率（VAR）只要UPS能适应这个负载， 那么对F=1的线性负载就更没问题5 结语（1） UPS的输出功率因数是表示适应不同性质负载的能力，而不单是提供有功功 率的百分比°UPS输出功率因数为0.8的含义是：当负载功率因数为0.8时，就可 以获得10 0%的UPS额定功率；当负载功率因数为0.6时，上述UPS的输出功率 就会大打折扣2） 输出功率因数F=1时只能给出80%额定输出的有功功率；F =0.8时才 可输出10 0%的额定功率 而且功率因数F越小，输出的视在功率的VA值就越大，F = 0.0时最大3） 小功率因数包含着大功率因数的功能，而不是相反4） 计算机功率的计算一般应是：S =LPi / 0.65 i= 1〜n 式中，S是n台电脑的总视在功率VA值； Pi是1台电脑的有功功率W值；0.65是电脑功率因数为0.6〜0.7时的平均值。

如果电脑资料上标的就是视在功率VA值 那么就去掉分母中的0 .65直接相加即可5）UPS的输出功率因数大小随负载性质而变，并不是UPS要给负载输出什么 性质的功率，而是负载需要什么性质的功率°UPS应该适应负载，而不是负载去适应UPS摘自《电信技术》王其英。