《详解线性和非线性负载及UPS选型》由会员分享，可在线阅读，更多相关《详解线性和非线性负载及UPS选型（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、线性负载和非线性负载是电路中两种基本负载，在UPS设备和电路中常遇到这两种负 载，特别是非线性负载。因此，对这两种负载的特征和区别应有清晰明确的认识。1、线性负载的定义和特征在我国UPS的国标GB/T7260-3中对线性负载有明确的定义“3.2.6线性负载linear load 当施加可变正弦电压时，其负载阻抗（Z）恒定为常数的那种负载。在交流电路中，负载元件有电阻R、电感L和电容C三种，它们在电路中所造成的结 果是不相同的。在纯电阻电路中，正弦电压U施加在一个电阻R上，则产生电流I也是正弦性的，电 流 I 与电压 U 相位是相同的：电压U=U sinw t,则I=I sinw t,电流的有效
2、值I=U/ZR（Zr=R，称为电阻）。电流通maxmaxR R过电阻发热，电能转换为热能，即P=UI=I2Zr=I2R, Q=0。R在纯电感电路中，正弦电压施加在一个电感线圈上，因电流是交变的，造成在线圈中产 生感应电势，使得电流虽然仍然是正弦的，但相位上却滞后电压90 （电角度为n /2）：电压 U=U sinw t,则 I=I sin（3 t-n /2），电流的有效值 I=U/Z （Z =X =w L=2n fL，maxmaxL L L称为感抗， L 为线圈的自感系数）。电流在电路中流动，在线圈中将电源的电能转换为磁能 然后又把磁能转换为电能返回电源，即P=0，Q=UI=I2Xl。在纯电容
3、电路中，正弦电压施加在一个电容器上，因电流携带电荷积累在电容的极板上 产生电容电压，使得电流虽然仍然是正弦的，但相位上却超前电压90 （电角度为n /2）：电压 U=U sinw t,则 I=I sin（w t+n /2），电流有效值 I=U/Z （Z =X =-1/w C=-1/2nmaxmaxC C CfC,称为容抗，C为电容器的电容值）。电流在电路中流动，将电源的电能带到电容器中， 转换为电场能量，然后又把电场能量转换为电能返回电源。即P=0, Q=UI=I2XC。在 RLC 线性负载电路上，施加正弦性电压，则电流仍然是正弦性的，但是电流与电压 之间的相位关系，既不是同相也不是相差90，
4、而是相差一个Q角：电压 U=U sinw t,则 I=I sin（W tQ ），电流有效值 I=U/Z（Z2=R2+X2，称为阻抗，maxmax其中X= XL + XC,称为电抗，阻抗、电抗和电阻构成阻抗三角形）。相位差Q角是由负载中 的R、L、C参数决定的，感性时Q为正，容性时Q为负，阻性时Q为零，tan =X/R。在RLC线性负载电路中，S=UI, P=UIcos , Q=UIsin , S2=P2+Q2，三者构成功率三 角形。综合来讲，在线性负载中，有纯阻性（功率因数为 1）和感性（功率因数小于 1）、容性（功 率因数小于 1），以及纯感性和纯容性（功率因数均为 0）。2、非线性负载的定
5、义和特征在我国 UPS 的国标 GB/T7260-3 中对非线性负载也有明确的定义： “3.2.7 非线性负载 non-linear load负载阻抗（Z）不总为恒定常数，随诸如电压或时间等其它参数而变化的那 种负载。”非线性负载的种类繁多，在UPS供电的负载中多是整流滤波型，UPS的输入也是整流 滤波型。因此，IEC标准中便制定了一个基准非线性负载(Reference non-linear load)，做为 标准的附录列入标准中。用这个基准非线性负载检验UPS带非线性负载的能力。在UPS国 标GB/T7260-3中，也在附录E中给出了这个基准非线性负载电路，如图1所示：这个电路之所以是非线性
6、负载，就是因为在输入端施加正弦电压U时，当电压瞬时值 大于电容上的直流电压，则电源给负载R1供电，并向电容充电。当电压瞬时值小于电容上 直流电压时，因二极管的阻断作用，电源不再供电，而由电容放电使负载保持电流的连续性。 所以这个负载对于电源呈现的阻抗是随电压瞬时值的大小而改变的。非线性负载的一个重要特点就是当对负载施加正弦形电压时，电流并不是正弦形的。图1 的负载电路交流电流是间断的、尖峰的。而图 2是这种非线性负载的电压和电流的波形图 由此可以看出，电流是一个尖峰形的。分析和计算非线性电路中的电流和功率，使用的方法是用傅立叶函数分析的方法，用等 效的正弦量代替非正弦量。在这个具体电路中：电源
7、输入电压u=u1+u3+u5+u7+，此处U1是基波电压分量，因为交流输入电源可以 认为是正弦形的，所以没有高次谐波分量，则u=U。此处交流电流i=i1+i3+i5+i7+i9+i11， 每一次谐波电流都是正弦形的，它们都有自己的幅值、有效值、I3、I5)以及电流与同 频率电压之间的相位差(Q 、0 3、0 5)。以等效的正弦形电流替代非正弦电流，其有效值的平方等于各谐波分量有效值的平方 和，即：I2=I12+I32+I52+I72+。在这个电路中，瞬时功率值 p =UI= U(I1+I3+I5+I7+I9+I11)，P= UICOS0 =UICOS0 1，S=UI， P、Q、S三个功率之间的
8、关系仍为S2=P2+Q2。功率因数：PF=P/S= UI1cos0 1/UI=I1cos0 1/I=A cos0 。系数入=I/I1。功率因数比基波的相位差的功率因数 CoS0 1 还要小一些。谐波中高次谐波占的比例越大， 则入越小，功率因数也就越小。这样就可以把一个非线性的负载化为线性负载进行计算和分析。在诸多负载中，非线性负载很复杂，电流波形种类很多。有尖峰的、有双峰的等等，仅 仅用其电流大小来说明还是不够的。为了说明非线性与线性电流差别的程度，用一个参数来 表示，这就是峰值因数。在GB/T7260-3标准中是这样说的：“3.3.29峰值因数peak factor周 期量的峰值对方均根值之
9、比。”注：术语“尖峰因数” crest factor）与此同义。其中方均根值就是平常所说的有效值。一般最大峰值因数的负载是个人计算机，峰值因数约为2.7。一个计算机系统的电流峰值因 数约为2.3左右。正弦电流的峰值因数则是1.4。所以一般UPS都把能带非线性负载的峰值 因数定为3,完全能满足负载的需要。特别是大型UPS的峰值因数为3,就更没有问题。结束语将以上所述，线性负载和非线性负载分别做了说明，从二者表现出来的区别就是：“二者都 施加正弦电压时，线性负载的电流是正弦的，非线性负载的电流是非正弦的。”但是在现实 中，常常可以看到混淆电工基本概念的地方。主要是把功率因数的概念混在里面，认为只有 纯电阻负载是线性负载，而非纯阻性负载则统统是非线性。
