談UPS“輸出功率因數(shù)”之誤稱(chēng).doc

一、“輸出功率因數(shù)”稱(chēng)呼的來(lái)源1.聯(lián)想對(duì)UPS而言，在其說(shuō)明書(shū)上有兩個(gè)功率因數(shù)值，一個(gè)是在“輸入”欄目中，一個(gè)在“輸出”欄目中。對(duì)應(yīng)“輸入”欄目的稱(chēng)作輸入功率因數(shù)，比如6脈沖輸入的UPS的輸入功率因數(shù)是0.8，12脈沖輸入的UPS的輸入功率因數(shù)是0.9等。那么UPS的另外一個(gè)對(duì)應(yīng)“輸出”欄目的功率因數(shù)有的人就當(dāng)然稱(chēng)為“輸出功率因數(shù)”。2.復(fù)制有些人并沒(méi)有想這些問(wèn)題，人云亦云，按照人家的叫法叫就是了。這樣一來(lái)，“輸出功率因數(shù)”這個(gè)詞就叫開(kāi)了。不但用戶(hù)這么稱(chēng)呼、廠(chǎng)家這么稱(chēng)呼，甚至連參加制定標(biāo)準(zhǔn)的起草者也這么稱(chēng)呼。于是這個(gè)稱(chēng)呼又進(jìn)一步成為官稱(chēng)。實(shí)際上我國(guó)在二十年以前電子部標(biāo)準(zhǔn)化所關(guān)于電源中的詞匯就出過(guò)一本中英文對(duì)照的標(biāo)準(zhǔn)小冊(cè)子。在電源輸出端所標(biāo)注的功率因數(shù)定義為“負(fù)載功率因數(shù)”，英文對(duì)照詞是“LoadPowerFactor”，這個(gè)詞是從國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)上接受過(guò)來(lái)的。就目前國(guó)際上也沒(méi)有“輸出功率因數(shù)”（OutputPower Factor）這個(gè)詞?？磥?lái)“輸出功率因數(shù)”一詞純屬?lài)?guó)產(chǎn)。二、“輸出功率因數(shù)”稱(chēng)呼的誤區(qū)功率因數(shù)從來(lái)就是表示負(fù)載性質(zhì)程度的一個(gè)詞。一般用F或PF表示，其數(shù)值是從0到1。比如功率因數(shù)是1，就表示這個(gè)負(fù)載是純線(xiàn)性的；如果功率因數(shù)是0，就表示這個(gè)負(fù)載是純非線(xiàn)性的；如果功率因數(shù)是0?F?1，就表示這個(gè)負(fù)載是非線(xiàn)性的，負(fù)載內(nèi)既有線(xiàn)性成分又有非線(xiàn)性成分。功率因數(shù)既然表示的是負(fù)載性質(zhì)，那嘛就是輸入端的數(shù)值。因?yàn)閺妮斎攵丝催M(jìn)去負(fù)載的性質(zhì)是唯一的，決不會(huì)出來(lái)兩個(gè)值。UPS的性質(zhì)也是唯一的，表征它性質(zhì)的那就是輸入功率因數(shù)。比如對(duì)高頻機(jī)型UPS9395來(lái)說(shuō)，它的輸入功率因數(shù)是0.99，它的負(fù)載功率因數(shù)是0.9，不能說(shuō)9395的功率因數(shù)既是0.99又是0.9。對(duì)人來(lái)說(shuō)也是一樣，男孩就是男孩，女孩就是女孩。不能說(shuō)又是男孩又是老頭。比如UPS的輸入功率因數(shù)是0.99，顧名思義，這個(gè)功率因數(shù)是屬于UPS，從理論上說(shuō)在任何情況下在輸入端測(cè)量都是0.99，這就是它的唯一性。那么說(shuō)UPS的“輸出功率因數(shù)”是0.9，顧名思義，這個(gè)值當(dāng)然也是屬于UPS的，也應(yīng)該在任何情況下在輸出端測(cè)量都是0.9。然而，又有誰(shuí)能做得到呢。后面接上電阻負(fù)載時(shí)功率因數(shù)就是1，接上單相整流濾波負(fù)載時(shí)功率因數(shù)就是0.7，只有接上輸入功率因數(shù)為0.9的負(fù)載時(shí)才會(huì)出現(xiàn)0.9的讀數(shù)。這是為什么呢？原因很簡(jiǎn)單，原來(lái)測(cè)得的都是負(fù)載的功率因數(shù)。難道輸出功率因數(shù)就真地側(cè)不出來(lái)嗎？如果非要測(cè)，可以測(cè)得出來(lái)，那必須空載測(cè)。因?yàn)橐粠лd，測(cè)出的就是負(fù)載的功率因數(shù)。功率因數(shù)的公式為：這是一個(gè)毫無(wú)疑義的數(shù)據(jù)，這更從側(cè)面證明了所謂“輸出功率因數(shù)”不存在的事實(shí)。那么UPS逆變器后面的這個(gè)功率因數(shù)又是做什么的呢？為什么會(huì)出現(xiàn)這樣一個(gè)數(shù)值呢？這不得不從社會(huì)發(fā)展說(shuō)起，在早些年的裁縫都是為顧客量體裁衣，一件一件地做。以為那時(shí)花錢(qián)讓人做衣服的人少，但到了現(xiàn)代，人口增多，需求量大增，個(gè)人裁縫已不適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展需要，所以做衣服也必須走工業(yè)化和批量化的道路。這就提出一個(gè)問(wèn)題：需要的人群有男有女有胖有瘦，按照什么尺寸做呢？于是就根據(jù)一般人群的衣服尺寸分成男裝和女裝，每一類(lèi)又分成幾個(gè)號(hào)碼。對(duì)UPS而言這個(gè)男女就是功率因數(shù)，性質(zhì)定下來(lái)了。尺寸號(hào)碼就是規(guī)格。因?yàn)楸姸嗟碾娮赢a(chǎn)品性質(zhì)是不同的，一臺(tái)UPS不能滿(mǎn)足所有產(chǎn)品性質(zhì)和規(guī)格的要求，于是就根據(jù)一般電子產(chǎn)品的性質(zhì)（輸入功率因數(shù)）規(guī)定一些生產(chǎn)的產(chǎn)品類(lèi)型與規(guī)格。換言之，UPS的這個(gè)功率因數(shù)是根據(jù)一般負(fù)載的普遍性質(zhì)而定的一個(gè)大概的范圍，這個(gè)功率因數(shù)是不是和實(shí)際負(fù)載的輸入功率因數(shù)一樣（匹配），誰(shuí)也說(shuō)不定。但以匹配為最佳，只有UPS的負(fù)載功率因數(shù)與實(shí)際負(fù)載的輸入功率因數(shù)匹配時(shí)才能發(fā)揮它最好的性能。比如負(fù)載功率因數(shù)為0.8的10kVA容量的UPS只有帶輸入功率因數(shù)為0.8的負(fù)載時(shí)，才能給出8kW的有功功率和6kvar的無(wú)功功率。如圖1所示，就是負(fù)載與“源”的關(guān)系。電源是市電的負(fù)載，IT又是電源的負(fù)載。三、“輸出功率因數(shù)”誤稱(chēng)的危害有的人就不理解，不就是個(gè)名詞嘛，能有什么危害！其實(shí)不然，問(wèn)題并不如此簡(jiǎn)單，并已經(jīng)產(chǎn)生了不良后果，危害了別人的利益。原因是，如果按照正確的叫法：負(fù)載功率因數(shù)，人們決不會(huì)想到電源上去，很自然地會(huì)想到負(fù)載的需要。換言之，既然是負(fù)載功率因數(shù)，UPS的輸出功率自然是按照負(fù)載的需要輸出的。但如果按照輸出功率因數(shù)這個(gè)錯(cuò)誤的叫法，那么就自然會(huì)認(rèn)為UPS的輸出有功功率不論在任何負(fù)載情況下都是固定不變的。于是誤解產(chǎn)生了，比如就有人肯定地說(shuō)：輸出功率因數(shù)（一個(gè)不存在的系數(shù)）為0.8的400kVA UPS，在任何負(fù)載性質(zhì)下都可以向負(fù)載輸出320kW的有功功率。這種情況如果發(fā)生在用戶(hù)，用戶(hù)在用純線(xiàn)性假負(fù)載驗(yàn)機(jī)時(shí)，一旦發(fā)現(xiàn)該UPS給不出320kW，就認(rèn)為這臺(tái)UPS不合格，供需雙方就會(huì)出現(xiàn)不必要的爭(zhēng)執(zhí)。這種情況如果發(fā)生在對(duì)生產(chǎn)廠(chǎng)產(chǎn)品的認(rèn)證檢測(cè)，在用純線(xiàn)性假負(fù)載驗(yàn)機(jī)時(shí)，一旦發(fā)現(xiàn)該UPS給不出320kW，檢測(cè)者就不給認(rèn)證，必須修改至達(dá)到“要求”時(shí)才給與認(rèn)證。這個(gè)錯(cuò)誤概念給廠(chǎng)家增加了負(fù)擔(dān)。究竟負(fù)載功率因數(shù)為0.8的400kVA UPS在純線(xiàn)性假負(fù)載時(shí)能不能輸出320kW？在此做一個(gè)分析。首先搞清楚一個(gè)基本概念，那就是UPS可以帶什么負(fù)載不可以帶什么負(fù)載。長(zhǎng)期以來(lái)用戶(hù)受某方面的誤導(dǎo)，認(rèn)為UPS可以帶容性負(fù)載不可以帶感性負(fù)載，甚至認(rèn)為UPS帶感性負(fù)載是他的特點(diǎn)。豈不知一般UPS就是為感性負(fù)載設(shè)計(jì)的。眾所周知，元器件有三種類(lèi)型：電阻、電容和電感。電阻是消耗能量的，電感和電容是儲(chǔ)存能量的。并且感抗和容抗是互補(bǔ)的，即二者的符號(hào)相反，是互相抵消的?？匆幌聢D3的UPS電路原理方框圖（a），任何UPS的輸出端都有一個(gè)并聯(lián)電容器C。這個(gè)電容的作用有兩個(gè)：向負(fù)載提供無(wú)功功率和濾除逆變器輸出PWM的高次諧波，將50Hz的正弦波解調(diào)出來(lái)。正因?yàn)樨?fù)載是感性的才有電容的補(bǔ)償作用，沒(méi)有說(shuō)用電容去補(bǔ)償電容的。這是因?yàn)閁PS的負(fù)載幾乎都是感性負(fù)載，有人認(rèn)為整流濾波器中有電容就是容性的，這是誤解。如果電容器前面沒(méi)有二極管整流器，它無(wú)疑就是容性的，加了整流器后就變成感性的了。只有感性負(fù)載才可使輸入電壓波形失真。因此，UPS的一般設(shè)計(jì)是，逆變器根據(jù)有功功率設(shè)計(jì)，電容器C根據(jù)無(wú)功功率加濾波功能來(lái)設(shè)計(jì)。當(dāng)UPS的負(fù)載功率因數(shù)與負(fù)載的輸入功率因數(shù)相等時(shí)，就達(dá)到了匹配效果。UPS提供的容性無(wú)功功率和負(fù)載的感性無(wú)功功率相等，形成并聯(lián)諧振，相當(dāng)于開(kāi)路，換言之就好像只有線(xiàn)性負(fù)載存在。這時(shí)無(wú)功功率等于零，無(wú)功電流只在C和L中流動(dòng)，如圖3（a）所示。當(dāng)UPS輸出所帶負(fù)載時(shí)純線(xiàn)性負(fù)載時(shí)，如圖3（b）所示，負(fù)載的電感分量沒(méi)有了，電容的補(bǔ)償沒(méi)有了對(duì)象。但是由于電容器C的存在，逆變器的輸出有功功率不能直接到達(dá)負(fù)載，因?yàn)樗仨氃诤筮呺娙萜魅菘股辖⑵鸨热?20V電壓后，才能向后傳輸。電容器C的容抗XC是：當(dāng)然這是一個(gè)理論值，因?yàn)閷?shí)際中逆變器IGBT管的標(biāo)稱(chēng)值和計(jì)算值是不一樣的，比如計(jì)算出來(lái)的IGBT電流是851A，但I(xiàn)GBT沒(méi)有這一檔規(guī)格，相鄰的規(guī)格是800A和1000A，那只有選標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，電容器也同樣選標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，而標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格還有誤差，所以實(shí)際輸出就有差異?？偟姆较蚴沁@樣。這就帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題，比如產(chǎn)品認(rèn)證檢測(cè)人員就認(rèn)準(zhǔn)了“輸出功率因數(shù)”這個(gè)概念，在上述情況下，如果廠(chǎng)家的產(chǎn)品給不出320kW就不給認(rèn)證，加之廠(chǎng)家對(duì)此概念也不清楚，就只好乖乖地照辦。這時(shí)逆變器的容量就只好加大至400kW。增加了80 kW，增加了成本。但這樣一來(lái)，如果電容器C不改變，負(fù)載功率因數(shù)就不是0.8了。是多少呢？根據(jù)公式（1），可計(jì)算出：所以這是按倒葫蘆起了瓢，越搞越亂！再如何調(diào)整！一般就到此為止，只要輸出有功功率達(dá)到要求，其他一概不管了。于是“輸出功率因數(shù)”這個(gè)指標(biāo)也就不了了之。本來(lái)這個(gè)值就測(cè)不出來(lái)嘛。四、功率因數(shù)不是百分?jǐn)?shù)這又是一個(gè)基本概念問(wèn)題。有的人將功率因數(shù)0.8說(shuō)成是80%，這就不對(duì)了，這就是不清楚視在功率、有功功