線性負(fù)載與非線性負(fù)載的定義及特征

線性度意味著隨著電壓的增加，電流也會(huì)增加。當(dāng)電壓除以電流時(shí)，電阻變得恒定，并且常用的電阻是線性負(fù)載。

非線性是指電流不會(huì)隨著電壓的增加而按比例增加，并且電感是非線性負(fù)載。

如果負(fù)載的電壓和電流是非線性的，則它是非線性負(fù)載。感性和電容性負(fù)載均為非線性負(fù)載，線性負(fù)載為電阻性負(fù)載。感性負(fù)載是指負(fù)載的總電感。它不是指純電感。例如，電感和電阻串聯(lián)連接。這是一個(gè)感性負(fù)載。相同的容性負(fù)載意味著該負(fù)載總體上表現(xiàn)出電容特性，而不是純電容。

線性和非線性負(fù)載是電路的兩個(gè)基本負(fù)載。這兩個(gè)負(fù)載在UPS設(shè)備和電路中很常見，尤其是非線性負(fù)載。因此，有必要清楚地了解這兩個(gè)負(fù)載之間的特性和差異。

1、線性負(fù)載的定義和特性

我國(guó)的UPS國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB / T7260-3對(duì)線性負(fù)載有明確的定義。“ 3.2.6線性負(fù)載線性負(fù)載當(dāng)施加可變正弦電壓時(shí)，可變負(fù)載阻抗參數(shù)(z)始終恒定?！?/p>

交流電路具有三個(gè)負(fù)載分量：電阻r，電感l(wèi)和電容c。這些對(duì)電路的影響是不同的。

在純電阻器電路中，當(dāng)向電阻器r施加正弦電壓u時(shí)，所得電流i也是正弦曲線，并且電流i和電壓u同相。

當(dāng)電壓u =umsinωt時(shí)，i =imsinωt;電流的有效值i = u / r。電流通過電阻產(chǎn)生熱量，電能被轉(zhuǎn)換為熱能。也就是說，p = ui = i2r。

在純感應(yīng)電路中，將正弦電壓施加到感應(yīng)線圈1。由于交流電的作用，線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，電流仍為正弦波，但相位滯后于電壓90°(電角為π/ 2)。

當(dāng)電壓u =umsinωt時(shí)，i = imsin(ωt-π/ 2)。電流的有效值i = u /(2πfl)= u / xl; xl =2πfl稱為感應(yīng)電抗。電流流過電路，電能被帶到線圈，轉(zhuǎn)換為磁能，然后磁能被轉(zhuǎn)換為電能，并返回電源。因此，該電路沒有功耗，平均功率為零。無功功率q = ui = i2xl。

在純電容電路中，將正弦電壓施加到電容c。電流仍為正弦波，但相位提前90°，因?yàn)殡娏鲿?huì)攜帶電荷并積聚在電容器的極板上以產(chǎn)生容性電壓。電壓(電角為π/ 2)。

當(dāng)電壓u =umsinωt時(shí)，i = imsin(ωt+π/ 2);當(dāng)前有效值i =2πfcu= u/xc; xc = 1 /(2πfc)。這稱為電容電抗。電流流經(jīng)電路，將電源的電能傳輸?shù)诫娙萜?，將其轉(zhuǎn)換為電場(chǎng)能，然后將電場(chǎng)能轉(zhuǎn)換為電場(chǎng)能，然后將其返回電源。因此，該電路沒有功耗，平均功率為零。無功功率q = ui = i2xc。通常，電感性電抗和電容性電抗統(tǒng)稱為電抗。

通常，對(duì)于具有電阻r，電感l(wèi)和電容c的線性負(fù)載，當(dāng)施加正弦電壓時(shí)，電流保持為正弦，但電流-電壓相位關(guān)系即使在相位上也不相差90°。但是φ的角度不同。

當(dāng)電壓u =umsinωt時(shí)，i = imsin(ωt±φ)。 i的當(dāng)前有效值= u/z。 Z是阻抗，電阻和電抗之間的關(guān)系為z2 = r2 + x2。電抗是電感電抗xl和電容電抗xc的組合。相位差φ角由負(fù)載r，l和c參數(shù)確定。電感性時(shí)，Φ為正;電容性時(shí)，Φ為負(fù)。 tgφ= x / r。阻抗z，電抗x和電阻r形成一個(gè)阻抗直角三角形。負(fù)載的視在功率s = ui，有功功率p =uicosφ，無功功率q =uisinφ，s2=p2+q2，三個(gè)組成了功率三角形。

這里要解釋的要點(diǎn)之一是，決定負(fù)載特性的不僅是負(fù)載阻抗的大小，還包括功率因數(shù)的大小。通常，線性負(fù)載具有純電阻性(功率因數(shù)1)和電感性(功率因數(shù)小于1)，容性(功率因數(shù)小于1)以及純感性和純?nèi)菪?功率因數(shù)1)。以上所有負(fù)載均為線性負(fù)載，只有功率因數(shù)為1的純電阻負(fù)載為線性負(fù)載，其他負(fù)載為po功率因數(shù)1不認(rèn)為是非線性的。本文特別強(qiáng)調(diào)了這一點(diǎn)。

2、非線性負(fù)載的定義和特征

我國(guó)的UPS國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)gb / t7260-3也對(duì)非線性負(fù)載有明確的定義?！?3.2.7非線性負(fù)載非線性負(fù)載非線性負(fù)載負(fù)載阻抗參數(shù)(z)并不總是恒定的，并且會(huì)隨著電壓和時(shí)間等其他因素而波動(dòng)。其參數(shù)改變的負(fù)載類型。”

非線性負(fù)載的類型很多，UPS提供的大多數(shù)負(fù)載都是整流濾波器類型的，而UPS的輸入也是整流濾波器類型的。因此，IEC標(biāo)準(zhǔn)中開發(fā)了參考非線性負(fù)載(參考非線性負(fù)載)，并將其作為標(biāo)準(zhǔn)的附錄包含在該標(biāo)準(zhǔn)中。使用此參考非線性負(fù)載來測(cè)試帶有非線性負(fù)載的UPS的功能。在ups國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)gb/t7260-3中，該參考非線性負(fù)載電路也在附錄e中進(jìn)行了描述。

該電路是非線性負(fù)載的原因是，當(dāng)將正弦電壓u施加到輸入時(shí)，如果電壓的瞬時(shí)值大于電容器的DC電壓，則電源將為負(fù)載r1供電。給電容器充電。如果電壓的瞬時(shí)值小于電容器的直流電壓，則阻塞效應(yīng)將導(dǎo)致不供電，電容器將使負(fù)載放電并保持電流連續(xù)性。因此，該負(fù)載對(duì)電源的阻抗根據(jù)電壓的瞬時(shí)值而變化。

非線性負(fù)載的一個(gè)重要特征是當(dāng)向負(fù)載施加正弦電壓時(shí)電流不是正弦的。圖1中的負(fù)載電路中的交流電流是間歇性的并且是尖峰的。另外，圖2示出了這種非線性負(fù)載的電壓和電流波形，并且可以看出電流是尖峰形的。

用于分析和計(jì)算非線性電路電流和功率的方法是使用傅立葉函數(shù)分析，用等量的正弦波代替非正弦波。在此特定電路中：

電源輸入電壓u = u1 + u3 + u5 + u7 + ...，其中u1是基波電壓分量。這是u = u1，因?yàn)闆]有諧波分量，因?yàn)榻涣鬏斎牍β士梢砸暈檎也ā?/p>

在此，交流電流i = i1 + i3 + i5 + i7 + i9 + i11……。

每個(gè)諧波電流都是一個(gè)正弦波，具有自己的振幅，有效值(i1，i3，i5 ...)，并且在與電流相同的頻率電壓之間(φ1，φ3，φ5，φ7...)。有相位差。

用等效正弦波電流替代非正弦波電流。其有效值的平方等于每個(gè)諧波分量的有效值的平方和。也就是說，i2 = i12 + i32 + i52 + i72 +……。

在此電路中，瞬時(shí)功率值p = ui = u1(i1 + i3 + i5 + i7 + i9 + i11 ...)。

平均功率p =u1i1cosφ1=ui1cosφ1，也稱為有功功率。

與線性電路一樣，令電路的視在功率為s，s = ui。

類似地，無功功率為q，三個(gè)功率之間的關(guān)系仍然為s2 = p2 + q2。

有功功率與視在功率之比是電路的功率因數(shù)：pf = p/s =ui1cosφ1/ui=i1cosφ1/i=λcosφ1。系數(shù)λ= i1/i<1。

功率因數(shù)pf的值小于基波的相位差的功率因數(shù)cosφ1。高次諧波與高次諧波之比越高，λ越小，功率因數(shù)越小。這樣，可以將非線性負(fù)載轉(zhuǎn)換為線性負(fù)載以進(jìn)行計(jì)算和分析。

在許多負(fù)載中，非線性負(fù)載非常復(fù)雜，并且電流波形的類型很多。有尖峰，雙峰等。用當(dāng)前的大小來解釋是不夠的。它被表達(dá)為一個(gè)參數(shù)，即波峰因數(shù)，用以解釋非線性電流和線性電流之間的差異程度。gb/t7260-3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“ 3.3.29峰值因子期內(nèi)峰值因子與均方根之比”。

注意：術(shù)語“波峰因數(shù)”(crest factor)與此同義。

其中，均方根值為正常有效值。

通常，具有最大波峰因數(shù)的負(fù)載是一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)，其波峰因數(shù)約為2.7。當(dāng)前計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的波峰因數(shù)約為2.3。正弦電流的波峰因數(shù)為1.4。因此，UPS通常將非線性負(fù)載波峰因數(shù)設(shè)置為3。這使您可以完全滿足您的負(fù)載需求。特別是如果大型UPS的波峰因數(shù)為3，則沒有問題。
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