正弦波交流输出电压的“通信用”UPS标准针对的是“非线性负载”和“阻性负载”;为避免误解,参考资料1及2中注明为“非线性的等效阻性负载”和“线性的阻性负载”。
1 阻性与感性的本质区别及影响
(1)阻性
电阻性质的器件不仅是指电阻器、电位器、白炽灯、电炉,半导体器件如二极管、三极管、稳压管等在线性工作区都属于阻性。
阻性的特性以欧姆定律为基础,电阻只取决于电压、电流,两者快速响应,电流与电压瞬时值同时出现。电流与电压为正弦波时,二者同相位;为非正弦波时,基波同相位。阻性器件的特性可在电压U和电流I两坐标的平面上,用直线或曲线来表示。注意:感性、容性则不能只用U、I坐标,必须是时间t的函数。
“通信用”交流UPS所要求的负载的输入特性,无论是“线性”的还是“非线性”的,都应属于“阻性”的。非线性的有大量谐波,功率因数仅约0.7，但谐波因频率相对较高，容易滤除;剩下的都属阻性了，误差极小，如:略带容性的阻性。
所以“通信用”交流UPS能做到这两种负载都以相同大小的“额定输出有功功率”,才能使此类专业化的产品“量身定做”,起到经济、实用的特定效果。
但是,“通信用”UPS的容量仍以伏安表示,所以只能以非线性负载的额定容量和0.7额定容量的“额定输出有功功率”(注:如果此UPS设计时没有故意加大余量),线性的阻性负载同样也只能限制在0.7额定容量。必须注意的是,不是感性负载也能工作在0.7额定容量,而是“通信用”UPS不考虑感性负载,若使用感性负载出现了严重故障,其责任自负。
(2)感性
电感的特性完全不同,电压与电流的变化率di/dt相关,所以要在u、i与t坐标相关的平面上绘出u、i各自的波形,相互对照。当施加交流正弦波电压时,线性电感的电流迟后于电压90°。
应注意到:纯电感的电压瞬时值“最大”的时候,电流变化率确实是最大,但电流的瞬时值却刚巧过“零”。又应注意到,电压瞬时值为“零”的时候,电流变化率确实是为零,但电流的瞬时值却刚巧是“最大”。这与“阻性”是完全不同的。
从电感的磁场储能或回馈的状态来看,稳态情况下,例如:电压为正的最大值时,正电压使电流从“零”开始增大,电压瞬时值渐减小,电流上升率相应减小;当电压减小到0时,电流不再上升,已达最大值,磁场的能量也达最大,这就是“储能”过程。
特别强调:接着,波形的瞬时电压从“零”开始变负,电流从最大值逐渐减小,电流所对应的磁场能量也从最大值逐渐减小,磁场“释放”的能量转换成电能“回馈”到电源和/或其他(阻性、容性)电路;电压瞬时值愈负,电流减小率愈大,磁场“释放”能量的速率愈大;当电流减小到0时,磁场能量“释放”过程完成。
这里存在一个特别需要注意的问题,那就是UPS能否承受“回馈”的相应能量,需要相应措施来解决。
(3)非线性器件
非线性器件常遇到的有非线性电阻和非线性电感。
①非线性电阻性类型的器件
在整流电路中普遍应用的整流二极管属功率半导体器件,其正向通态时的电阻非常小,反向阻断时的电阻极大,两部分绝然不同的性能,使电路的效率提高。为使分析简化,计算简便,近似分析时可忽略正向压降和反向电流,相当于正向电阻趋近于0、反向电阻趋近于∝,理想化到“触点”开关的程度。
二极管在电路中起“自然”开关的作用，开通后的电流，取决于电路中的其他器件和参数及其变化。
②非线性电感
电感出现非线性的原因是在于磁路中采用了铁磁材料,其磁化曲线是非线性的,随着磁通密度的增大，逐渐趋向饱和，电流相应增大。一个成品电感直接施加交流电压时，电流波形取决于磁化曲线和外加电压。可见，变化因素与二极管电路不同。
电感两端不能直接施加直流电压,例如:若将直流UPS输出的电压直接加在电感两端,电流将迅速增大,趋向于无穷大,迅速出现短路故障(而整流电路原理上是交、直流两用的)。