什么是线性负载和非线性负载.docx

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1、什么是线性负载和非线性负载线性的意思就是当电压变大的时候电流也变大，电压除以 电流就是阻值是不变的，常用的电阻就是线性负载；非线性的意思是 当电压变大的时候 电流不会成比例 变大，电容和电感是非线性负载。负载的电压和电流不是线性关系的就是非线性负载，感 性负载和容性负载都是非线性负载，线性负载就是电阻性负 载。感性负载指的是负载整体表现出电感的特性，不是指纯 电感，比方电感和电阻串联，它就是感性负载。同样容性负 载就是负载整体表现出电容的特性，也不是指纯电容。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

2、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，其负载阻抗参数(Z)恒定为常数的那种负载J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一样的。在纯电阻电路中，正弦电压U施加在一个电阻R上，那么产 生电流I也是正弦性的，电流I与电压U相位是一样的。如电压u=Umsin/t,那么i=Imsin co t；电流的有效值I=U/R。 电流通过电阻发热，电能转换为热能，即P=UI=I2RO在纯电感电路中，正弦电压施加在一个电感线圈L上，因 电

3、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 （电角度为兀/2）。如电压u=Umsinst,那么i=Imsin（co t-兀/2）。电流的有 效值U/（2 n f L） =U/XL；XL=2icf L称之为感抗。电流在电 路中流动，将电源的电能带到线圈中，转换为磁能，然后又把 磁能转换为电能返回电源。所以在电路中没有功率消耗，平 均功率为零。无功功率Q=UFI2XL。在纯电容电路中，正弦电压施加在一个电容量为C的电 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 角度为兀/2） o如电压

4、u=Umsin w t,贝U i=Imsin（ co t+兀/2）；电流有效值 1=2 Ji fCU=U/XC；XC=1/（2 n fC） o称之为容抗。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。所以在电路中没有功率消 耗，平均功率为零。无功功率Q=UI=I2XC。一般将感抗和容抗 统称为电抗。在一般具有电阻R和电感L、电容C的线性负载上，施加 正弦性电压，那么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 ,而是相差一个6 角。如电压u=Umsin 31,那么i=Imsin （31 土 一）。电流有效值

5、I=U/Z。Z即为阻抗，它与电阻、电抗的关系是:Z2=R2+X2。电 抗为感抗XL和容抗XC的综合值。相位差6角是由负载中的R、L、C参数决定的。在呈现为感性时6为正，容性时巾为负。 tgd）=X/Ro阻抗Z、电抗X和电阻R三者构成阻抗直角三角 形。负载上的视在功率S=UI,有功功率P二UIcos6,无功功率 Q二Ulsin，S2=P2+Q2,三者构成功率三角形。在这里要说明一点，决定负载特征的不仅是负载阻抗的 大小，还有功率因数的大小。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）。上述这 些负载都属

6、于线性负载，不能认为只有功率因数为1的纯阻 性负载是线性的，功率因数不为1的其他负载就不是线性的。 这是本文所要特别强调的。2非线性负载的定义和特征在我国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 参数不总为恒定常数，随诸如电压或时间等其它参数而 变化的那种负载J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

7、 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。这个电路之所以是非线性负载，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，那么电源 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

8、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：电源输入电压u=ul+u3+u5+u7+，此处ul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，那么u=ulo此处交流电流i=il+i3+i5+i7+i9+ill。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（II、13、15）以及电流与同频率电压之间的相位 差（61、6 3、65、67）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：12=112+132+152+172+。在这个电路

9、中，瞬时功率值 p=ui=ul（il+i3+i5+i7+i9+ill）。平均功率P=UH1C0S61=UHcosel,亦称之为有功功率。与线性电路一样，令电路中的视在功率为S,S=UIO同样无功功率为Q,三个功率之间的关系仍为S2=P2+Q2O有功功率与视在功率的比值为电路中的功率因 数：PF=P/S=UIlcos 4)l/UI=Ilcos 4)1/1= X cos 4)lo 系数入 =I1/Ilo功率因数PF值比基波的相位差的功率因数cos 1还要 小一些。谐波中高次谐波占的比例越大，那么人越小，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

10、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异的程度，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:峰值因数peak factor周期量的峰值对方均根值 之比J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. 7O 一个计算机系统的电流峰值因数约为2.3左右。正弦 电流的峰值因数那么是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。