線性負載和非線性負載.doc

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1、線性負載和非線性負載是電路中兩種基本負載，在UPS設(shè)備和電路中常遇到這兩種負載，特別是非線性負載。因此，對這兩種負載的特征和區(qū)別應(yīng)有清晰明確的認識。本文對線性負載和非線性負載分別做了說明，從二者表現(xiàn)出來的區(qū)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?！钡窃诂F(xiàn)實中，常?？梢钥吹交煜姽せ靖拍畹牡胤健Ｖ饕前压β室驍?shù)的概念混在里面，認為只有純電阻負載是線性負載，而非純阻性負載則統(tǒng)統(tǒng)是非線性。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linea

2、rload當施加可變正弦電壓時，其負載阻抗（Z）恒定為常數(shù)的那種負載?！痹诮涣麟娐分?，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(jié)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(chǎn)生電流I也是正弦性的，電流I與電壓U相位是相同的：電壓U=Umaxsinωt，則I=Imaxsinωt，電流的有效值I=U/ZR（ZR=R，稱為電阻）。電流通過電阻發(fā)熱，電能轉(zhuǎn)換為熱能，即P=UI=I2ZR=I2R，Q=0。在純電感電路中，正弦電壓施加在一個電感線圈上，因電流是交變的，造成在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，使得電流雖然仍然是正弦的，但

3、相位上卻滯后電壓90°(電角度為π/2)：電壓U=Umaxsinωt，則I=Imaxsin(ωt-π/2)，電流的有效值I=U/ZL（ZL=XL=ωL=2πfL，稱為感抗，L為線圈的自感系數(shù)）。電流在電路中流動，在線圈中將電源的電能轉(zhuǎn)換為磁能，然后又把磁能轉(zhuǎn)換為電能返回電源，即P=0，Q=UI=I2XL。在純電容電路中，正弦電壓施加在一個電容器上，因電流攜帶電荷積累在電容的極板上產(chǎn)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)：電壓U=Umaxsinωt，則I=Imaxsin(ωt+π/2)，電流有效值I=U/

4、ZC（ZC=XC=-1/ωC=-1/2πfC，稱為容抗，C為電容器的電容值）。電流在電路中流動，將電源的電能帶到電容器中，轉(zhuǎn)換為電場能量，然后又把電場能量轉(zhuǎn)換為電能返回電源。即P=0，Q=UI=I2XC。在RLC線性負載電路上，施加正弦性電壓，則電流仍然是正弦性的，但是電流與電壓之間的相位關(guān)系，既不是同相也不是相差90°，而是相差一個φ角：電壓U=Umaxsinωt，則I=Imaxsin(ωt±φ)，電流有效值I=U/Z（Z2=R2+X2，稱為阻抗，其中X=XL+XC，稱為電抗，阻抗、電抗和電阻構(gòu)成阻抗三角形）。相位差φ角是由負載中的R、L、C

5、參數(shù)決定的，感性時φ為正，容性時φ為負，阻性時φ為零，tanφ=X/R。在RLC線性負載電路中，S=UI，P=UIcosφ，Q=UIsinφ，S2=P2+Q2，三者構(gòu)成功率三角形。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?nèi)菪?功率因數(shù)均為0)。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-linearload負載阻抗（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?！狈蔷€性負載的種

6、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（Referencenon-linearload），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帶非線性負載的能力。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，如圖1所示：圖1這個電路之所以是非線性負載，就是因為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

7、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改變的。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的負載電路交流電流是間斷的、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。圖2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，用等效的正弦量代替非正弦量。在這個具體電路中：電源輸入電壓U=U1+U3+U5+U7+…，此處U1是基波電壓分量，因為交流輸入電源可以認為是正弦形的，所以沒有高次諧波分量，則U=U1。此處交流電流I

8、=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