北京邮电大学     黄济青
　　
　　摘要主观意识、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、电路方案的共性上,应逐步深入理解到与设计、应用相关的“个性”问题,如:标准中所指的“非线性负载”与“感性负载”的区别、参数的“优化”和“协调”、通信用UPS对“输出有功功率”的明确规定和检测等。
　　
　　在《UPS应用》期刊2013年第3期中刊出由我撰写的“也谈各类UPS所适应的负载性质”一文中,有针对性地叙述了常用的UPS、负载性质、参数、分析方法、结论;要关注其“异”、“同”,要有更深的认识。
　　
　　1 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:
　　
　　1.1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。
　　
　　1.2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)。
　　
　　1.3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。
　　
　　2 通信用UPS标准和UPS国家标准所包容的负载性质
　　
　　2.1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。
　　
　　2.2UPS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。
　　
　　3 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。
　　
　　3.1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:<4°),基波的功率因数很高(cos4°=0.9975≈1),基波的无功功率(容性或感性)相对很小(sin4°=0.07),通常小于额定容量的7%;所以,要强调的是“阻性负载”(不能以可忽略的因素“感性或容性”来取代电路的主要特征)。
　　
　　按标准中“规范性”非线性负载的电路(无寄生电感)要求的相对参数计算,基波电流“导前”于电压相位差仅约1.1°,远小于上述4°,所以基波为“阻性负载”的误差更加可以忽略。
　　
　　(2)谐波电流相对很大
　　
　　其整流管电流的导通角较小,例如:约60°;而峰值电流和有效值之比很大,约2.5～3;所以具有大量的谐波(非基次,主要是3～39次范围内的“奇次”),当功率因数为0.7时,谐波电流的总有效值大到与基波电流有效值基本相等(比基波还大2%),所以要强调是非线性负载。
　　
　　将以上两个特点合在一起,即称为“非线性阻性负载”,能够更明确显示该类负载的主要特性,便于正确选择分析方法,正确灵活地应用分析结论。
　　
　　3.2􀁬线性负载􀁺分类中的􀁬感性负载􀁺
　　
　　(1)UPS国家标准将“感性负载”归入“线性负载”范围
　　
　　在UPS国家标准的“线性负载的分类”中,具有“基准感性-阻性负载”一类负载性质,是电感与电阻的串联或并联;我们通常称之为“感性负载”。
　　
　　(2)正弦波形和相位滞后是理想特征
　　
　　①理想情况下,电压和电流都是正弦波;因此可用矢量图分析法。
　　
　　②“感性负载”主要强调的是“相位差:等效电路采用电感和电阻并联时,电感电流滞后于电阻中电流90°。
　　
　　感性功率因数为0.8时,等效的电感电流占总电流的60%,负载电流滞后于电压的角度很大,为36.7°(远远大于非线性负载的<4°,故有原则性差别)。
　　
　　电动机等“感性负载”,虽有相应的谐波电流,在书本、资料中常用矢量图分析,都是忽略谐波(忽略这不大的非线性)的分析,因为谐波的频率与市电电压频率不同,不可能画在同一张矢量图上。
　　
　　(3)近似“线性”的误差不大
　　
　　使UPS的功率管发热损坏的因素是总电流有效值,计算方法是:它等于基波电流有效值的“平方”,与谐波电流总有效值的“平方”相加,再“开方”。在这个计算方法下,谐波电流虽很明显(但不过大)时,增大总电流有效值的影响很小。
　　
　　以谐波电流有效值为基波电流有效值的20%为例:以基波电流为参考,取相对值1;谐波电流取相对值0.2。用上述计算方法算得,总电流有效值的相对值为1.02。比较一下:1.02只比1大了0.02,也就是只大了2%。
　　
　　如果当作“线性负载”,不计算谐波,其误差也就是这2%,往往是允许的。
　　
　　【红尘有你】