線性負載

在交流電路中，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=Umsinωt,則i=Imsinωt;電流的有效值I=U/R。電流通過電阻發熱，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，使得電流雖然仍然是正弦的，但相位上卻滯后電壓90°(電角度為π/2)。

如電壓u=Umsinωt,則i=Imsin(ωt-π/2)。電流的有效值I=U/(2πf L)=U/XL;XL=2πf L稱之為感抗。電流在電路中流動，將電源的電能帶到線圈中，轉換為磁能，然後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，使得電流雖然仍然是正弦的，但相位上卻超前電壓90°(電角度為π/2)。

如電壓u=Umsinωt,則i=Imsin(ωt+π/2);電流有效值I=2πfCU=U/XC;XC=1/(2πfC)。稱之為容抗。電流在電路中流動，將電源的電能帶到電容器中，轉換為電場能量，然後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稱為電抗。

在這裡要說明一點，決定負載特徵的不僅是負載阻抗的大小，還有功率因數的大小。綜合來講，在線性負載中，有純阻性(功率因數為1)和感性(功率因數小於1)、容性(功率因數小於1),以及純感性和純容性(功率因數均為0)。上述這些負載都屬於線性負載，不能認為只有功率因數為1的純阻性負載是線性的，功率因數不為1的其他負載就不是線性的。

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，特別是非線性負載。因此，對這兩種負載的特徵和區別應有清晰明確的認識。

二者表現出來的區別就是：“二者都施加正弦電壓時，線性負載的電流是正弦的，非線性負載的電流是非正弦的。”但是在現實中，常常可以看到混淆電工基本概念的地方。主要是把功率因數的概念混在裡面，認為只有純電阻負載是線性負載，而非純阻性負載則統統是非線性。

線性負載和非線性負載是電路中兩種根柢負載，在UPS設備和電路中常遇到這兩種負載，分外對錯線性負載。因而，對這兩種負載的特徵和差異應有了解了解的知道。

1 線性負載的界說和特徵

在中國UPS的國標GB/T7260-3中對線性負載有了解的界說:“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(Z)安穩為常數的那種負載。”

在溝通電路中，負載元件有電阻R、電感L和電容C三種，它們在電路中所構成的效果是紛歧樣的。

在純電阻電路中，正弦電壓U施加在一個電阻R上，則發作電流I也是正弦性的，電流I與電壓U相位是一樣的。

如電壓u=Umsinωt,則i=Imsinωt;電流的有用值I=U/R。電流經過電阻發熱，電能改換為熱能，即P=UI=I2R。

在純電感電路中，正弦電壓施加在一個電感線圈L上，因電流是交變的，構成在線圈中發作感應電勢，使得電流儘管仍然是正弦的，但相位上卻滯后電壓90°(電視點為π/2)。

如電壓u=Umsinωt,則i=Imsin(ωt-π/2)。電流的有用值I=U/(2πf L)=U/XL;XL=2πf L稱之為感抗。電流在電路中活動，將電源的電能帶到線圈中，改換為磁能，然後又把磁能改換為電能回來電源。所以在電路中沒有功率耗費，均勻功率為零。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，因電流帶著電荷堆集在電容的極板上發作電容電壓，使得電流儘管仍然是正弦的，但相位上卻超前電壓90°(電視點為π/2)。

如電壓u=Umsinωt,則i=Imsin(ωt+π/2);電流有用值I=2πfCU=U/XC;XC=1/(2πfC)。稱之為容抗。電流在電路中活動，將電源的電能帶到電容器中，改換為電場能量，然後又把電場能量改換為電能回來電源。所以在電路中沒有功率耗費，均勻功率為零。無功功率Q=UI=I2XC。通常將感抗和容抗總稱為電抗。

在通常具有電阻R和電感L、電容C的線性負載上，施加正弦性電壓，則電流仍然是正弦性的，可是電流與電壓之間的相位聯絡，既不是同相也不是相差90°,而是相差一個φ角。

如電壓u=Umsinωt,則i=Imsin(ωt±φ)。電流有用值I=U/Z。Z即為阻抗，它與電阻、電抗的聯絡是:Z2=R2+X2。電抗為感抗XL和容抗XC的歸納值。相位差φ角是由負載中的R、L、C參數抉擇的。在呈現為理性時φ為正，容性時φ為負。tgφ=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=UIcosφ,無功功率Q=UIsinφ,S2=P2+Q2,三者構成功率三角形。

在這兒要闡明一點，抉擇負載特徵的不只僅負載阻抗的巨細，還有功率因數的巨細。歸納來講，在線性負載中，有純阻性(功率因數為1)和理性(功率因數小於1)、容性(功率因數小於1),以及純理性和純容性(功率因數均為0)。上述這些負載都歸於線性負載，不能以為只需功率因數為1的純阻性負載是線性的，功率因數不為1的別的負載就不是線性的。這是這篇文章所要分外偏重的。

2 非線性負載的界說和特徵

在中國UPS的國標GB/T7260-3中對非線性負載也有了解的界說:“3.2.7 非線性負載 non-linear load 負載阻抗參數(Z)不總為安穩常數，隨比方電壓或時刻等其它參數而改動的那種負載。”

非線性負載的品種繁複，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。因而,IEC規範中便擬定了一個基準非線性負載(Reference non-linear load),做為規範的附錄列入規範中。用這個基準非線性負載查驗UPS帶非線性負載的才華。在UPS國標GB/T7260-3中，也在附錄E中給出了這個基準非線性負載電路。

這個電路之所所以非線性負載，便是由於在輸入端施加正弦電壓u時，當電壓瞬時值大於電容上的直流電壓，則電源給負載R1供電，並向電容充電。當電壓瞬時值小於電容上直流電壓時，因二極體的阻斷效果，電源不再供電，而由電容放電使負載堅持電流的接連性。所以這個負載關於電源呈現的阻抗是隨電壓瞬時值的巨細而改動的。

非線性負載的一個首要特徵便是當對負載施加正弦形電壓時，電流並不是正弦形的。圖1的負載電路溝通電流是接連的、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。

剖析和核算非線性電路中的電流和功率，運用的辦法是用傅立葉函數剖析的辦法，用等效的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，由於溝通輸入電源可以以為是正弦形的，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，它們都有自個的幅值、有用值(I1、I3、I5……)以及電流與同頻率電壓之間的相位差(φ1、φ3、φ5、φ7……)。

以等效的正弦形電流代替非正弦電流，其有用值的平方等於各諧波重量有用值的平方和，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…)。

均勻功率P=U1I1cosφ1=UI1cosφ1,亦稱之為有功功率。

與線性電路一樣，令電路中的視在功率為S,S=UI。

一樣無功功率為Q,三個功率之間的聯絡仍為S2=P2+Q2。

有功功率與視在功率的比值為電路中的功率因數 :PF=P/S=UI1cosφ1/UI=I1cosφ1/I=λcosφ1。係數λ=I1/I<1。

功率因數PF值比基波的相位差的功率因數cosφ1還要小一些。諧波中高次諧波占的份額越大，則λ越小，功率因數也就越小。這麼就可以把一個非線性的負載化為線性負載進行核算和剖析。

在許多負載中，非線性負載很凌亂，電流波形品種許多。有尖峰的、有雙峰的等等，僅僅用其電流巨細來闡明仍是不行的。為了闡明非線性與線性電流紛歧樣的程度，用一個參數來標明，這便是峰值因數。在GB/T7260-3規範中是這麼說的:“3.3.29 峰值因數peak factor周期量的峰值對方均根值之比。”