科士达UPS电源 智能自诊断及保护功能

为了提高科士达UPS电源运行的可靠性，科士达UPS电源对输入电压电流、输出电压电流、机箱内及主要部件的温度、电池状态和各功能电路环节应设置以下智能监测和保护功能。

1、科士达UPS电源对输入电压电流幅值的监测和管理

输入电压变化范围超过设计极限值(士15)时，科士达UPS电源会进入恶劣的工作状态，甚至失去调节功能，此时科士达UPS电源会转入电池逆变工作方式。

输入电压变动范围过大(例如士10)，但并没有达到设计极限值(士15)时,科士达UPS电源会拒绝再执行转旁路功能操作，因为输入电压和逆变器输出电压的差值过大时，如果仍保留转旁路功能，在转旁路时有两个不利的影响:一是使负载承受超范围的输入电压，给负载的安全运行造成危险;二是在转旁路时，会因输入电压与逆变器输出电压的差值过大而形成过大的瞬间环流，有可能烧毁逆变器。

对输入电流的检测，可反应科士达UPS电源系统的工作状态(市电逆变、电池逆变和旁路供电、输入电流平衡状态等)，当科士达UPS电源设备局部电路有故障隐患时，有时也会从输入电流的变化中反应出来。

2、科士达UPS电源对输入输出电压频率的监测和管理

科士达UPS电源逆变器的工作频率和相位总是严格地跟踪输入电压频率和相位的。当输入电压频率偏差过大时(例如超过士8)，科士达UPS电源逆变器将同样频率的电压送至负载，会影响负载的工作状态。科士达UPS电源逆变器的频率跟踪和锁相功能也会受到设计极限的限制，在此情况下必然影响频率跟踪和锁相的效果。这时，科士达UPS电源将转电池逆变工作方式。由于输入电压频率与逆变器输出电压频率不再同步，虽然输入市电仍然存在且幅值正常，但科士达UPS电源失去转旁路功能。

3、科士达UPS电源对输出电压和电流的监测和管理

科士达UPS电源输出电压状态直接地反映科士达UPS电源的工作状态，对输出电压进行监测是科士达UPS电源监控功能中最重要的而且是必不可少的功能之科士达UPS电源输出电压是稳定不变的，因此输出电流的大小和变化情况就反映了科士达UPS电源的工作状态、输出容量和功率强度的变化。科士达UPS电源控制电路会将监测到的电流幅值信号送到主机内的风扇控制电路，自动改变通风强度。

当输出电流超出设计最大值时，科士达UPS电源就转旁路工作方式，在转换工作方式之前，科士达UPS电源将根据电流过载的比例确定延时转换的具体延迟时间，例如，150%过载时延时1min，200%过载时延时10S等。

4、机内工作温度的监测与管理

科士达UPS电源机内工作温度可间接地反映设备的工作稳定性，因此科士达UPS电源对机内主要功率器件和环境都设置了温度传感装置，控制电路将根据传感器送来的温度值信号自动改变机内通风强度，发出报警信号，紧急状态时可做关机处理。

5、对电池的监测与管理

电池是科士达UPS电源设备最重要的部件，电池的状态直接决定科士达UPS电源是否有不停电供电功能，所以大部分科士达UPS电源都具备了对电池的监测和管理功能，一是可自动监测科士达UPS电源的电池容量和充电情况，二是可预先设置自动对电池进行充放电管理。当环境温度变化时，还可对浮充电压做温度补偿，以延长电池的工作寿命。

6、对机内风扇的控制与管理

科士达UPS电源可根据机内环境温度、主要功率器件温度、科士达UPS电源输出容量和工作方式等各种因素，因此，科士达UPS电源的模块化、可冗余、可热插拔设计，是科士达UPS电源系统可用性可维护性的重要的心技术标志之一。

一、市电停电时输出电压的切换时间

当市电停电时，科士达UPS电源由市电逆变供电转换为电池逆变供电，在转换过程中，科士达UPS电源的输出可能出现短时间的断电，称为输出电压的切换时间。

对于照明系统、加热系统、电动机等惯性系统，几十或上百毫秒的短时间断电是没有问题的，但是，计算机类的精密设备，对断电时间长短却是有要求的。由于计算机类设备的机内电源的输入端是整流(或可控整流)滤波电路，输出为直流电压，并且由放电时间常数很长的储能电容维持，在交流50Hz的每半周中，只在交流输入电压的瞬时值高于直流输出电压时，它才从输入端吸收电流，吸收电流的时间随着滤波电容的减小和输出电流的增加而增大。为了使整流后的直流残存的纹波电压不至于过大，此时间一般设置为3~4m阴而当输入电压瞬时值低于直流输出电压时，整流管因电压反向而阻断。也就是说，在50Hz的每半周中至少有6-7ms的输入电压是被二极管阻断的，每15内就有100次6-7ms的输入停电。在停电时间内，负载直流电压由滤波电容储能维持。通常情况下，直流滤波电容是足够大的，即便市电停电l0ms、20ms或50ms，直流电压仍能维持负载工作。我们用电源故障模拟仪反复测试结果表明，连续65ms不给IBMPSPS/2和COMPAQ计算机供电，即使在读写硬盘时，它们仍能正常工作。《PCMagazine》和《PCWeek》实验室也发表过类似的试验结果报吉。所以，对科士达UPS电源的这项指标提出过分要求实在是没有必要的。

关于计算机机内整流滤波直流电源在电网电压停电后的变化情况，从图中曲线可以看出，在电网电压停电后的l8ms时间内，机内直流电压基本上没有变化，而直流电压下降到影响后级IT设备工作的时间就更长。

市电停电时输出电压的切换时间视科士达UPS电源的电路结构不同而有差别，后备式≥l0ms，线交互式≤4ms，在线式(包括传统双变换式、单变换式、Delta变换式)的切换时间都可以达到零。

二、科士达UPS电源输出电压的动态响应特性

由于科士达UPS电源对输出电压的稳定调控过程是个有差环节，而输出端总是有内阻存在的，所以当输入电压突然升高或负载突然减小时都会引起科士达UPS电源输出电压升高;反之，当输入电压突然降低或负载突然增加时都会引起科士达UPS电源输出电压突然降低。由于这种变化是突然的，而科士达UPS电源电路的调整过程(反馈、控制、驱动)是需要一定时间的，所以输出电压的变化大大超过输出电压稳定精度所规定的范围，形成一个变化幅度较大，有一个过渡时间的动态响应过程，这个过程称为输出电压的动态响应特性，并以动态响应幅度和动态响应时间表述。

动态响应幅度:用输出电压动态变化的最大幅值与额定输出电压额定值的百分比表示，当此值<10%时，就不会影响计算机类负载的工作。

动态响应时间：指从响应时间开始(即输出电压变化后科士达UPS电源电路开始调整的时刻)到输出电压恢复到静态输出稳压精度下限范围之内的时间。在动态响应幅度不超过规定范围的情况下，动态响应时间就不那么重要了。当前双转换(在线)式科士达UPS电源的动态响应特性一般可达到幅度变化<5%，过渡时间20~40ms，所以对计算机负载而言是一点问题也没有的。

对于后备式和线交互式科士达UPS电源而言，由于电网和科士达UPS电源调压环节的内阻都比较小，当负载突然变化时，输出电压的幅度变化并不大，甚至可控制在科士达UPS电源的静态稳定精度范围内(5%~10%)，所以通常不把动态响应特性列为后备式和线交互式科士达UPS电源的常规指标。

严格地讲，科士达UPS电源输出电压的动态响应特性还应该包括科士达UPS电源在市电逆变与电池逆变相互转换和市电逆变输出与旁路直接输出转换这两种情况下的输出电压变化过程。对于双转换(在线)式科士达UPS电源，当发生市电逆变和电池逆变相互转换时，因为电池是并联在逆变器直流母线上的，所以转换发生时对逆变器输出电压的影响很小。由市电逆变和市电旁路直接供电相互转换时则不然，由于可能存在市电和逆变电压的幅值差和频率相位差问题，以及静态开关中单向可控硅的控制问题，当输出过载和逆变器故障而必须进行旁路转换时，科士达UPS电源输出电压可能伴有几毫秒的电压中断。

三、双向抗干扰能力

是指抗电压高频千扰的能力，干扰的频率在儿十干赫兹至几十兆赫兹，既要使电网中的高频干扰电压不传到输出端，保证科士达UPS电源向负载提供纯净的电源;也要使负载中的高次谐波电流产生的高频干扰电压不传到输入端，使科士达UPS电源不对电网造成污染。由于高频干扰主要是通过电路中的寄生参数(电感和电容)和地线系统传导的，所以一般科士达UPS电源功能电路本身的抑制能力是有限的，只能用专门的高频滤波电路来解决。

电感L和电容C都是高频元件，该滤波器对差模干扰和共模干扰都有很好的抑制作用，一般的科士达UPS电源不管是什么结构形式的，也不管是什么型号的，在其输入端和输出端都加了这个环节，国内外有关标准对这一指标都做过具体而明确的规定。

在抗高频干扰方面，有一种值得注意的错误观点认为:传统双转换式科士达UPS电源的第一个变换器是整流滤波电路，因为把交流变成了直流，所以自然有抗千扰的能力。产生这种认识的原因，一是不了解整流滤波电路的功能和工作原理，二是不清楚干扰的特性和传输途径。

AC/DC整流滤波电路是对基波(50Hz)设计的，如图2-5所示，由于它有数值很大的电感和直流储能电容，所以它对输入端电压的低频变化，例如输入电压的波形畸变，电压幅值的瞬变等具有非常良好的稳定和平滑的作用，但是，对于频率在几十KHz至几十MHz的高频干扰，它是无能为力的，这是因为：

(1)此时的低频整流管的结电容显现出来，对高频失去整流作用;

(2)串联的电感的匝间电容显现出来，对高频形成低阻抗通路;

(3)直流电容的卷绕极板之司显现电感特性，对高频形成高阻抗，便直流电容失去滤波作用。

总之，AC/DC整流滤波电路对于高频千扰是直通的，用AC/DC整流滤波电路去抗高频干扰是不可能的。

在抗干扰方面，另一种值得注意的错误观念认为：带普通隔离变压器的科士达UPS电源具有很强的抗干扰能力。产生这种认识的原因，一是不了解隔离变压器的功能和工作原理，二是不清楚干扰的特性和传输途径。隔离变压器本身并不具备抗高频千扰的作用，只有做成带屏蔽层的隔离变压器，才能抗共模千扰。在变压器初级线圈与铁芯之间、铁芯和铁芯之间、次级线圈与铁芯之间分别增加三个屏蔽层，并将屏蔽层接地，便线圈与铁芯之间的藕合电容不起作用。超隔离变压器对高频共模和差模干扰都有较好的抑制作用。当然，这种变压器的成本也是相当高的，与同等容量的科士达UPS电源成本不相上下。

一、提高电池性能，加强对电池的管理


二、科士达UPS电源主机要对电网环境有较强的适应能力

安装一台科士达UPS电源，首先要考虑它对复杂的电网环境适应的能力，包括由柴油机拖动的适应能力。要考查的性能指标有输入电压允许变化范围，输入功率因数和科士达UPS电源双向抗干扰的能力。输入电压允许变化范围小时，会使科士达UPS电源频繁进入电池供电状态；输入功率因数低时，意味着输入存在较大的非线性电流成分，这不仅会破坏环境，还会导致供电设备及传输的容量配置的扩充,浪费电能；抗干扰性能包括能抑制电网中存在的各种干扰和反向对电网形成的干扰。

三、科士达UPS电源对各种负载的适应能力

这里指的不是诸如电压稳定度、波形失真度、频率稳定度、动态响应时间、后备转换时间等常规指标，而要注意的是在一些特殊负载配置下，科士达UPS电源是否能正常运行。诸如强容性负载、冲击性负载、整流滤波输入负载、带有同功率线性变压器输入的负载.要考查的性能指标有带非线性负载的能力（输出功率因数）、带周期性冲击负载的能力（波峰系断）\带随机性冲击负载的能力（瞬间过载或短路的耐力和保护能力）、三相不平衡负载的能力等。

四、科士达UPS电源智能化和网络保护能力

科士达UPS电源的智能化和网络保护是一个新的技术，对于使用者来说有个逐渐认识和不断扩大使用范围的过程，选用时要注意以下三个问题。第一，软件的功能，通常应包括安全关闭系统，状态测试记录系统，科士达UPS电源自身管理系统，甚至还包括环境监测系统。第二，软件可支持的操作系统的种类（兼容性）和可操作性。第三，所提供的软件最好得到有关的操作系统厂商的检测和认证。

五、系统配置的灵活性和冗余功能

当一台科士达UPS电源容量不满足需求时，可用多台并联，为了提高可靠性,可以采用多台冗余配置，这件在科士达UPS电源系统配置就出现了模块化技术、多台并联技术、串并联冗余技术，旁路维修技术等,这些对提高供电系统的灵活性、可扩容性、可维护性和提高可靠性都是有明显作用的。

六、对科士达UPS电源硬件系统的考察

硬件系统是决定科士达UPS电源主机运行是否可靠的关键性因素，要考察的内容包括生产厂商的技术水平和成熟程度，生产能力和工艺水平；所选用的元件的品种和质量；电路的先进性和成熟程度等。讲到电路形式和先进水平，在目前各种型号的科士达UPS电源都能满足使用要求的情况下，确切的结论水平高低和性能优劣是很难的，也是无益的，但是电路结构的不断改进必然给科士达UPS电源带来新的性能，尽管各家的电路形式仍有差别，电路成熟程度不一，但是它们有一个共同点，他们都使用了交流调压电路中的功率补偿原理，这对提高效率降低逆变器工作强度，从而提高整机运行的可靠性是绝对有好处的。

线交互的含义是逆变器一直在工作，但线交互式科士达UPS电源在主交流市电正常情况下是不向负载输出功率的，处于热备份状态，这是它与后备式科士达UPS电源的根本区别。逆变器可双向传输功率，因此逆变器可同时兼顾对蓄电池充电，增大了科士达UPS电源在市电正常时的充电功率容量，并且减少了市电停电时的转换时间。在电路结构形式上，它属于并联功率调整方式，输出功率多在5kVA以下。

一、功能部件

科士达UPS电源输入开关

市电正常时，开关导通;市电停电时，开关自动断开，防止逆变器向电网反向馈电。

科士达UPS电源自动稳压

有市电供电时，可粗略稳压并吸收部分电网干扰。其稳压方式与后备式大致相同，多采用继电器改变变压器抽头方式，输入电压高时变压器降压，输入电压低时变压器升压，输出稳压精度在5%~10%。

科士达UPS电源逆变器

此逆变器具有双向变换功能，有市电供电时为AC/DC整流器，给蓄电池充电;市电停电时转为DC/AC逆变器，由电池供电，UOS继续向负载供电。输出电压波形亦可为准正弦波，但由于输出功率大，负载可能存在要求输入电压为正弦波的设备，所以线交互式UPS的逆变输出电压多为正弦波。

输入及输出高频滤波器

抗电网电压高频(差模和共模)干扰。

二、科士达UPS电源性能特点

电正常时，工作效率极高，可达98以上。

输入功率因数和输入电流谐波成分取决于负载性质，它本身不对电网附加谐波千扰。

市电正常时输出能力强，适应各种阻抗性质的负载，对负载电流波峰系数、浪涌系数、输出功率因数和过载能力等没有严格的限制。

科士达UPS电源输出电压精度和稳定度均差，但能满足一般负载的供电要求。

逆变器直接接在UPS输出端，并处于热备份状态，对输入电压尖峰波动有一定的抑制作用。

电路简单、成本低、可靠性高。

变换器同时具有充电功能，且其充电能力较后备式强。
When installing a kestar UPS power supply, we should first consider its adaptability to the complex power grid environment, including the adaptability to be dragged by a diesel engine. The performance indexes to be examined include the allowable variation range of input voltage, input power factor and bi-directional anti-interference ability of kestar UPS power supply. When the allowable range of input voltage is small, the UPS power supply of Costa will frequently enter the battery power supply state; when the input power factor is low, it means that there is a large non-linear current component in the input, which will not only damage the environment, but also lead to the expansion of power supply equipment and transmission capacity configuration, and waste power; the anti-interference performance includes the ability to suppress various interferences and reverse pairs in the power grid Interference caused by power grid.



III. adaptability of kestar ups to various loads



This does not refer to conventional indicators such as voltage stability, waveform distortion, frequency stability, dynamic response time, backup conversion time, etc., but it should be noted that under some special load configurations, whether the Kosta UPS can operate normally. Such as strong capacitive load, impulsive load, rectifier filter input load, load with input of linear transformer of the same power. The performance indexes to be examined include the ability with nonlinear load (output power factor), the ability with periodic impact load (wave peak system break) / the ability with random impact load (transient overload or short circuit endurance and protection ability), three-phase uneven The ability to balance the load, etc.



IV. intelligent and network protection capability of kostar UPS power supply



The intellectualization and network protection of kostar UPS power supply is a new technology. For users, there is a process of gradually understanding and expanding the scope of use. The following three problems should be paid attention to when selecting. First, the functions of the software usually include the safety shutdown system, the state test recording system, the self-management system of the UPS power supply of Costa, and even the environmental monitoring system. Second, the type (compatibility) and operability of the operating system that the software can support. Third, the software provided is best tested and certified by the relevant operating system manufacturer.



V. flexibility and redundancy of system configuration



When the capacity of a kestar UPS power supply does not meet the demand, multiple parallel connection can be used. In order to improve the reliability, multiple redundant configurations can be used. Modular technology, multiple parallel connection technology, series parallel redundancy technology, bypass maintenance technology, etc. appear in the configuration of the UPS power supply system of kestar, which can improve the flexibility, expandability, maintainability and maintainability of the power supply system Sex has an obvious effect.



Vi. investigation on the ups hardware system of Costa



The hardware system is the key factor to decide whether KSTAR UPS power supply is reliable. The contents of the inspection include the technical level and maturity of the manufacturer, the production capacity and technological level, the variety and quality of the selected components, the sophistication and maturity of the circuit and so on. When it comes to the circuit form and advanced level, under the condition that all kinds of kestar UPS power supply can meet the use requirements at present, it is difficult and useless to make a definite conclusion about the level and performance. However, the continuous improvement of the circuit structure will inevitably bring new performance to kestar UPS power supply. Although the circuit forms and maturity of each family are still different, but They have one thing in common. They all use the power compensation principle in the AC voltage regulating circuit, which is absolutely beneficial to improve the efficiency, reduce the working intensity of the inverter, and improve the reliability of the whole machine.



The meaning of line interaction is that the inverter is working all the time, but the line interactive kostar UPS power supply does not output power to the load under the normal condition of the main AC power supply, which is in the hot backup state, which is the fundamental difference between it and the backup kostar UPS power supply. The inverter can transmit power in two directions, so the inverter can charge the battery at the same time, which increases the charging power capacity of Kosta UPS power supply when the power supply is normal, and reduces the switching time when the power supply is cut off. In the circuit structure, it belongs to the parallel power adjustment mode, and the output power is mostly below 5KVA.



I. functional components



Kostar UPS power input switch



When the mains supply is normal, the switch is on; when the mains supply is cut off, the switch is automatically disconnected to prevent the inverter from feeding the grid in the reverse direction.

因为输入开关存在断开时间，所以科士达UPS电源输出仍有转换时间但比后备式的要短，一般为4~6ms。如果在输入开关与自动稳压器之间串接一个电感，当市电停电时，逆变器可立即向负载供电，可避免输入开关末断开时，逆变器反馈到电网而出现短路的危险(逆变器倒送保护功能)，同时可使线交互式的转换时间缩短到零，并且增加了抗干扰能力，但这样会降低叨冶的输入功率因数。

后备式和线交互式科士达UPS电源都不存在单独设置静态旁路开关的问题。对于双转换(在线)式科士达UPS电源而言，因为逆变器输出能力受局限，当负载电流过载或者逆变器故障时，科士达UPS电源由市电逆变状态转静态旁路由市电直接对负载供电，而后备式和线交互式科士达UPS电源在市电正常时逆变器不工作或者空载工作，不会在市电正常时损坏逆变器，而这两种科士达UPS电源的稳压环节简单可靠，比双转换(在线)式科士达UPS电源的静态旁路可靠性高，耐过载和冲击的能力很强，这相当于一种在线式旁路结构。

科士达UPS电源实现功率调节，它的主要目的是在各地提供市电中断或直到能量（如发电机）的替代来源的电能，以维持业务的连续性源启动。功率调节的不间断电源及相关设备，因此，是一个过程，它监视来电总管，洁净，并显着降低，如突出了这些问题的影响。一些起伏，有特殊过滤装置，可减少谐波的影响。所有科士达UPS电源保持在规定的频率，从而纠正频率波动范围。最终，这意味着保护的负载上游，获得清洁能源和电力稳压电源。

功率调节衰减尖峰，电压瞬变和电噪声低的水平。它们可以固态电子或变压器为基础的。凡这类问题占主导地位，而敏感的设备受到保护，这就是功率调节器将被使用，通常在工业环境中。有些功率调节器也可以提供在宽输入电压的稳定电压窗口（通常零下20加15％）和输出电压调整（通常正负5％）。这种类型的模型可以被称为恒压变压器（无级变速器）或ferroresonant类型的设计。这种类型的变压器比固态电子设计，并提供可靠的电隔离（一种防止从两个不同的单位，旅游意外的电流方式）。它在20世纪80年代，从不间断电源，它与一家在线互动式科士达UPS电源的无级变速器电源设计，实现了历史休息'无间断的输出。虽然可靠和强大的，这种不间断电源类型只能用于单相装置的实际，不能在成本竞争，噪音变压器科士达UPS电源的设计，也开始出现，物理尺寸和重量。

自动（AVS）的电压稳定：AVS标准提供从凹陷，灰暗的灯光和浪涌保护。它们可以机电或固态电子设备，常常被称为自动电压调节器（AVR）。AVS标准通常具有宽输入电压窗口（零下40加20％），以使他们能够做好自己的工作。当与高或低电压电源供电提出，控制电路选择一个变压器抽头设置降压（步降）或提高（加强）的电压至可接受的水平。输出电压跟踪输入电压窗口为有，通常情况下，没有电压调节。

一些自动电压Stablisers纳入一个过滤器，同时提供负载和从尖峰，瞬态和电气噪声保护AVS的。AVS标准的一个主要应用是在骤降，浪涌和电压不足保护是共同的，如冰箱，冰柜和国内电器设备的偏远地区。

带过滤器和过滤器：过滤器提供从尖峰，瞬态和电气噪声保护。而不是像功率调节衰减问题，过滤器的峰值电压钳位到预定义的水平，防止从过客到连接的负载损坏电气噪声。有多少可用的过滤器和性能上的差异很大范围。过滤器（浪涌）带，例如，常用的信息和通信技术在配电环境。在更高端，更专业的过滤器可以被收购专科的环境，如科学实验室。过滤器性能，夹紧水平和反应速度，是对他们的电路设计和它面临的干扰大小而定。

瞬态电压浪涌抑制器（TVSS的）：TVSS的瞬态电压，提供从高能量峰值，特别是那些在一幢建筑物的电力供应引起的局部雷击，保护。他们是在额定电流（A）或焦耳（J）条而言，他们消失。他们通常坐在平行反应的负载时，只有一个暂时的或高能量激增主办。

当建筑物内安装一个'划方式'建议，这使配电盘前高额定设备。阿TVSS的上游可安装在一个科士达UPS电源或旁路面板，配电盘的AMF面板或从附近的发电机提供雷击保护TVSS的设计往往是围绕金属氧化物压敏电阻（MOVs），而不是气体放电管（GDTs）通常浪涌抑制器发现为基础。一些制造商结合起来，硅雪崩二极管（SAD）的前端设计的检验手段，以加快它们的响应时间。

１、发电机组和科士达UPS电源之间的配合问题

不间断电源系统的制造商和用户很早就已经注意到发电机组和科士达UPS电源之间的配合问题，特别是由整流器产生的电流谐波对供电系统如发电机组的电压调节器、科士达UPS电源的同步电路产生的不良影响非常明显。因此，科士达UPS电源系统工程师们设计了输入滤波器并把其应用到科士达UPS电源中，成功地在科士达UPS电源应用中控制了电流谐波。这些滤波器对科士达UPS电源与发电机组的兼容性起到了关键作用。

为了尽可能提高科士达UPS电源系统的效率，近期科士达UPS电源工程师在输入滤波器的功耗方面做了改进。滤波器效率的提高，从很大程度上取决于将IGBT（绝缘门级晶体管）技术应用到科士达UPS电源设计中。IGBT逆变器的高效率导致了对科士达UPS电源的重新设计。输入滤波器可以吸收某些电流谐波，同时吸收很小一部分有功功率。总之，滤波器中感性因素对容性因素的比率降低了，科士达UPS电源的体积变小了，效率提高了。在科士达UPS电源领域的事情好像得以解决了，然而新问题是科士达UPS电源与发电机的兼容性又出现了，替代了老问题。

２、功率因数的问题

通常，人们把注意力放在科士达UPS电源满载或接近满载情况下的工作状态。绝大多数工程师都能表述满载情况下的科士达UPS电源工作特性，特别是输入滤波器的特性，然而很少有人对滤波器在空载或接近空载时的状况感兴趣。毕竟科士达UPS电源及其电气系统在轻载状态下的电流谐波影响很小。然而，科士达UPS电源空载时的工作参数，特别是输入功率因数对于科士达UPS电源与发电机的兼容性相当重要。

最新设计的输入滤波器，在减少电流谐波及提高满载情况下的功率因数方面有了较好的效果。但是在空载或很小负载情况下却衍生出一个电容性超前的极低的功率因数，特别是那些为了满足5％最大电流失真度的滤波器。一般情况下，当负载低于25％时大多数科士达UPS电源系统的输入滤波器会导致明显的功率因数降低。尽管如此，输入功率因数却很少会低于30％，有些新的系统甚至已达到空载功率因数低于2％，接近于理想的容性负载。

这种情况不影响科士达UPS电源输出和关键负载，市电变压器和输配电系统也不受影响。但发电机就不同了，有经验的发电机工程师知道：发电机带大容性负载时工作会不正常，当接入较低功率因数负载，典型的低于15％～20％容性时，由于系统失调，可能导致发电机停机。在市电停电后出现这种停机应急发电机系统带动科士达UPS电源系统负载将造成灾难性事故。由于下述两种原因停机给关键负载带来危险：第一，发电机需要手动重启，并且必须在科士达UPS电源电池放电结束前；第二，在停机前发电机可能引起系统的"过压"，它可能损坏电话设备、火警系统、监控网络甚至科士达UPS电源模块。更糟糕的是，在事故发生后，很难区分责任，找出问题所在并予以纠正。科士达UPS电源系统测试完好，并指出其它地方相同的设备没有发生类似问题。发电机厂商说是负载的问题，无法调整发电机来解决问题。同时，用户工程师则说明他的规格要求，希望两个厂商相互兼容。要了解为何会发生事故及如何避免（或如何在关键应用中找出解决方案），首先需要了解发电机与负载的工作关系。

（1）发电机与负载

发电机依靠电压调节器控制输出电压。电压调节器检测三相输出电压，以其平均值与要求的电压值相比较。调节器从发电机内部的辅助电源取得能量，通常是与主发电机同轴的小发电机，传送ＤC电源给发电机转子的磁场激励线圈。线圈电流上升或下降，控制发电机定子线圈的旋转磁场或称为电动势EＭＦ的大小。定子线圈的磁通量决定发电机的输出电压。

发电机定子线圈的内阻以Z表示，包括感性和阻性部分；由转子励磁线圈控制的发电机电动势用交流电压源以E表示。假设负载是纯感性的，在向量图中电流I滞后电压U正好90°电相位角。如果负载是纯阻性的，U和I的矢量将重合或同相。实际上多数负载介于纯阻性和纯感性之间。电流通过定子线圈引起的电压降用电压矢量I×Z表示。它实际上是两个较小的电压矢量之和，与I同相的电阻压降和超前90°的电感压降。在本例中，它恰好与U同相。因为电动势必须等于发电机内阻的电压降和输出电压之和，即矢量E＝U和I×Z的矢量和。电压调节器改变E可以有效地控制电压U。

现在考虑用纯容性负载代替纯感性负载时，发电机的内部情况会发生什么变化。这时的电流和感性负载时正好相反。电流I现在超前电压矢量U，内阻电压降矢量I×Z，也正好反相。则U和I×Z的矢量和小于U。

由于和感性负载时相同的电动势E在容性负载时产生了较高的发电机输出电压Ｕ，所以电压调节器必须明显地减小旋转磁场。实际上，电压调节器可能没有足够的范围来完全调节输出电压。所有发电机的转子在一个方向连续励磁含有永久磁场，即使电压调节器全关，转子仍有足够的磁场对电容负载充电并产生电压，这种现象称为"自激"。自激的结果是过压或者是电压调节器关机，发电机的监控系统则认为是电压调节器故障（即"失励"）。这任一种情况都会引起发电机停机。发电机输出端所接的负载，可能是独立的，也可能是并联的，决定于自动切换柜工作的定时和设置。在某些应用中，停电时科士达UPS电源系统是发电机接入的第一个负载。在其它情况下，科士达UPS电源和机械负载同时接入。机械负载通常有启动接触器，停电后重新闭合需要一定时间，补偿科士达UPS电源输入滤波电容器的感性电动机负载要有延时。科士达UPS电源本身有一段时间称为"软启动"周期，将负载从电池转向发电机，使其输入功率因数提高。然而，科士达UPS电源的输入滤波器并不参与软启动过程，他们连接在科士达UPS电源的输入端是UPS的一部分，因此，在某些情况下，停电时首先接到发电机输出端的主要负载是科士达UPS电源的输入滤波器，它们是高容性的（有时是纯容性的）。

解决这一问题的方法很明显要用功率因数校正。这有多种方法可以实现，大致如下：

安装自动切换柜，使电动机负载先于科士达UPS电源接入。某些切换柜可能不能实现这种方法。另外，在维护时，工厂工程师可能需要单独调试科士达UPS电源和发电机。

增加一个永久性反应电抗来补偿容性负载，通常使用并联缠绕电抗器，接在E-G或发电机输出并联板上。这是很容易实现的，而且成本较低。但是无论在高负载还是在低负载的情况下，电抗器总是在吸收电流并影响负载功率因数。而且不论科士达UPS电源的数量多少，电抗器的数量总是固定的。

在每一台科士达UPS电源中加装感性电抗器，正好补偿科士达UPS电源的容抗。在低负载情况下由接触器（选件）控制电抗器的投入。此方法电抗器较精确，但数量较大且安装和控制的成本高。

在滤波电容前安装接触器，在低负载时断开。由于接触器的时间必须精确，控制比较复杂，只能在工厂安装。

哪一种方法是最佳的，要根据现场的情况和设备的性能来确定。

（2）共振问题

电容自激问题可能被其他电气状态所加重或掩盖，如串联共振。当发电机的感抗的欧姆值和输入滤波器容抗的欧姆值相互拉近，并且系统的电阻值较小时将产生振荡，电压可能超出电力系统的额定值。新近设计的科士达UPS电源系统实质上为100％的电容性输入阻抗。一台500kVA的UPS可能有150kvar的电容和接近于0的功率因数。并联电感、串联扼流圈和输入隔离变压器是科士达UPS电源的常规部件，这些部件都是感性的。事实上他们和滤波器的电容一起使科士达UPS电源总体表现为容性，可能在科士达UPS电源内部已经存在一些振荡。加上连到科士达UPS电源的输电线的电容特性，整个系统的复杂性大为提高，超出了一般工程师所能分析的范围。