什么是線性負載和非線性負載

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯什么是線性負載和非線性負載 線性的意思就是 當電壓變大的時候 電流也變大，電壓除以電流 就是阻值是不變的，常用的電阻就是線性負載；非線性的意思是 當電壓變大的時候 電流不會成比例變大，電容和電感是非線性負載。負載的電壓和電流不是線性關系的就是非線性負載，感性負載和容性負載都是非線性負載，線性負載就是電阻性負載。感性負載指的是負載整體表現(xiàn)出電感的特性，不是指純電感，比如電感和電阻串聯(lián)，它就是感性負載。同樣容性負載就是負載整體表現(xiàn)出電容的特性，也不是指純電容。線性負載和非線性負載是電路中兩種基本負載,在UPS設備和電路中常遇到這兩種負載,特殊是非線性負載。因此,

2、對這兩種負載的特征和區(qū)分應有清楚明確的熟悉。1 線性負載的定義和特征 在我國UPS的國標GB/T7260-3中對線性負載有明確的定義:“3.2.6 線性負載 linear load 當施加可變正弦電壓時,其負載阻抗參數(shù)(Z)恒定為常數(shù)的那種負載?！?在溝通電路中,負載元件有電阻R、電感L和電容C三種,它們在電路中所造成的結果是不相同的。 在純電阻電路中,正弦電壓U施加在一個電阻R上,則產生電流I也是正弦性的,電流I與電壓U相位是相同的。 如電壓u=Umsint,則i=Imsint;電流的有效值I=U/R。電流通過電阻發(fā)熱,電能轉換為熱能,即P=UI=I2R。 在純電感電路中,正弦電壓施加在一個

3、電感線圈L上,因電流是交變的,造成在線圈中產生感應電勢,使得電流雖然仍舊是正弦的,但相位上卻滯后電壓90°(電角度為/2)。 如電壓u=Umsint,則i=Imsin(t-/2)。電流的有效值I=U/(2f L)=U/XL;XL=2f L稱之為感抗。電流在電路中流淌,將電源的電能帶到線圈中,轉換為磁能,然后又把磁能轉換為電能返回電源。所以在電路中沒有功率消耗,平均功率為零。無功功率Q=UI=I2XL。 在純電容電路中,正弦電壓施加在一個電容量為C的電容器上,因電流攜帶電荷積累在電容的極板上產生電容電壓,使得電流雖然仍舊是正弦的,但相位上卻超前電壓90°(電角度為/2)。 如

4、電壓u=Umsint,則i=Imsin(t+/2);電流有效值I=2fCU=U/XC;XC=1/(2fC)。稱之為容抗。電流在電路中流淌,將電源的電能帶到電容器中,轉換為電場能量,然后又把電場能量轉換為電能返回電源。所以在電路中沒有功率消耗,平均功率為零。無功功率Q=UI=I2XC。一般將感抗和容抗統(tǒng)稱為電抗。 在一般具有電阻R和電感L、電容C的線性負載上,施加正弦性電壓,則電流仍舊是正弦性的,但是電流與電壓之間的相位關系,既不是同相也不是相差90°,而是相差一個角。 如電壓u=Umsint,則i=Imsin(t±)。電流有效值I=U/Z。Z即為阻抗,它與電阻、電抗的關系是

5、:Z2=R2+X2。電抗為感抗XL和容抗XC的綜合值。相位差角是由負載中的R、L、C參數(shù)打算的。在呈現(xiàn)為感性時為正,容性時為負。tg=X/R。阻抗Z、電抗X和電阻R三者構成阻抗直角三角形。負載上的視在功率S=UI,有功功率P=UIcos,無功功率Q=UIsin,S2=P2+Q2,三者構勝利率三角形。 在這里要說明一點,打算負載特征的不僅是負載阻抗的大小,還有功率因數(shù)的大小。綜合來講,在線性負載中,有純阻性(功率因數(shù)為1)和感性(功率因數(shù)小于1)、容性(功率因數(shù)小于1),以及純感性和純容性(功率因數(shù)均為0)。上述這些負載都屬于線性負載,不能認為只有功率因數(shù)為1的純阻性負載是線性的,功率因數(shù)不為1

6、的其他負載就不是線性的。這是本文所要特殊強調的。 2 非線性負載的定義和特征 在我國UPS的國標GB/T7260-3中對非線性負載也有明確的定義:“3.2.7 非線性負載 non-linear load 負載阻抗參數(shù)(Z)不總為恒定常數(shù),隨諸如電壓或時間等其它參數(shù)而變化的那種負載。” 非線性負載的種類繁多,在UPS供電的負載中多是整流濾波型,UPS的輸入也是整流濾波型。因此,IEC標準中便制定了一個基準非線性負載(Reference non-linear load),做為標準的附錄列入標準中。用這個基準非線性負載檢驗UPS帶非線性負載的力量。在UPS國標GB/T7260-3中,也在附錄E中給出

7、了這個基準非線性負載電路。 這個電路之所以是非線性負載,就是由于在輸入端施加正弦電壓u時,當電壓瞬時值大于電容上的直流電壓,則電源給負載R1供電,并向電容充電。當電壓瞬時值小于電容上直流電壓時,因二極管的阻斷作用,電源不再供電,而由電容放電使負載保持電流的連續(xù)性。所以這個負載對于電源呈現(xiàn)的阻抗是隨電壓瞬時值的大小而轉變的。 非線性負載的一個重要特點就是當對負載施加正弦形電壓時,電流并不是正弦形的。圖1的負載電路溝通電流是間斷的、尖峰的。而圖2是這種非線性負載的電壓和電流的波形圖,由此可以看出,電流是一個尖峰形的。 分析和計算非線性電路中的電流和功率,使用的方法是用傅立葉函數(shù)分析的方法,用等效的

8、正弦量代替非正弦量。在這個詳細電路中: 電源輸入電壓u=u1+u3+u5+u7+,此處u1是基波電壓重量,由于溝通輸入電源可以認為是正弦形的,所以沒有高次諧波重量,則u=u1。此處溝通電流i=i1+i3+i5+i7+i9+i11。 每一次諧波電流都是正弦形的,它們都有自己的幅值、有效值(I1、I3、I5)以及電流與同頻率電壓之間的相位差(1、3、5、7)。 以等效的正弦形電流替代非正弦電流,其有效值的平方等于各諧波重量有效值的平方和,即:I2=I12+I32+I52+I72+。 在這個電路中,瞬時功率值p=ui=u1(i1+i3+i5+i7+i9+i11)。 平均功率P=U1I1cos1=UI

9、1cos1,亦稱之為有功功率。 與線性電路相同,令電路中的視在功率為S,S=UI。 同樣無功功率為Q,三個功率之間的關系仍為S2=P2+Q2。 有功功率與視在功率的比值為電路中的功率因數(shù) :PF=P/S=UI1cos1/UI=I1cos1/I=cos1。 系數(shù)=I1/I1。 功率因數(shù)PF值比基波的相位差的功率因數(shù)cos1還要小一些。諧波中高次諧波占的比例越大,則越小,功率因數(shù)也就越小。這樣就可以把一個非線性的負載化為線性負載進行計算和分析。 在諸多負載中,非線性負載很簡單,電流波形種類許多。有尖峰的、有雙峰的等等,僅僅用其電流大小來說明還是不夠的。為了說明非線性與線性電流差別的程度,用一個參數(shù)來表示,這就是峰值因數(shù)。在GB/T7260-3標準中是這樣說的:“3.3.29 峰值因數(shù)peak factor周期量的峰值對方均根值之比?！?注:術語“尖峰因數(shù)”(crest factor)與此同義。 其中方均根值就