线性负载与非线性负载的定义及特征

线性度意味着随着电压的增加，电流也会增加。当电压除以电流时，电阻变得恒定，并且常用的电阻是线性负载。

非线性是指电流不会随着电压的增加而按比例增加，并且电感是非线性负载。

如果负载的电压和电流是非线性的，则它是非线性负载。感性和电容性负载均为非线性负载，线性负载为电阻性负载。感性负载是指负载的总电感。它不是指纯电感。例如，电感和电阻串联连接。这是一个感性负载。相同的容性负载意味着该负载总体上表现出电容特性，而不是纯电容。

线性和非线性负载是电路的两个基本负载。这两个负载在UPS设备和电路中很常见，尤其是非线性负载。因此，有必要清楚地了解这两个负载之间的特性和差异。

1、线性负载的定义和特性

我国的UPS国家标准GB / T7260-3对线性负载有明确的定义。“ 3.2.6线性负载线性负载当施加可变正弦电压时，可变负载阻抗参数(z)始终恒定。”

交流电路具有三个负载分量：电阻r，电感l和电容c。这些对电路的影响是不同的。

在纯电阻器电路中，当向电阻器r施加正弦电压u时，所得电流i也是正弦曲线，并且电流i和电压u同相。

当电压u =umsinωt时，i =imsinωt;电流的有效值i = u / r。电流通过电阻产生热量，电能被转换为热能。也就是说，p = ui = i2r。

在纯感应电路中，将正弦电压施加到感应线圈1。由于交流电的作用，线圈中会产生感应电势，电流仍为正弦波，但相位滞后于电压90°(电角为π/ 2)。

当电压u =umsinωt时，i = imsin(ωt-π/ 2)。电流的有效值i = u /(2πfl)= u / xl; xl =2πfl称为感应电抗。电流流过电路，电能被带到线圈，转换为磁能，然后磁能被转换为电能，并返回电源。因此，该电路没有功耗，平均功率为零。无功功率q = ui = i2xl。

在纯电容电路中，将正弦电压施加到电容c。电流仍为正弦波，但相位提前90°，因为电流会携带电荷并积聚在电容器的极板上以产生容性电压。电压(电角为π/ 2)。

当电压u =umsinωt时，i = imsin(ωt+π/ 2);当前有效值i =2πfcu= u/xc; xc = 1 /(2πfc)。这称为电容电抗。电流流经电路，将电源的电能传输到电容器，将其转换为电场能，然后将电场能转换为电场能，然后将其返回电源。因此，该电路没有功耗，平均功率为零。无功功率q = ui = i2xc。通常，电感性电抗和电容性电抗统称为电抗。

通常，对于具有电阻r，电感l和电容c的线性负载，当施加正弦电压时，电流保持为正弦，但电流-电压相位关系即使在相位上也不相差90°。但是φ的角度不同。

当电压u =umsinωt时，i = imsin(ωt±φ)。 i的当前有效值= u/z。 Z是阻抗，电阻和电抗之间的关系为z2 = r2 + x2。电抗是电感电抗xl和电容电抗xc的组合。相位差φ角由负载r，l和c参数确定。电感性时，Φ为正;电容性时，Φ为负。 tgφ= x / r。阻抗z，电抗x和电阻r形成一个阻抗直角三角形。负载的视在功率s = ui，有功功率p =uicosφ，无功功率q =uisinφ，s2=p2+q2，三个组成了功率三角形。

这里要解释的要点之一是，决定负载特性的不仅是负载阻抗的大小，还包括功率因数的大小。通常，线性负载具有纯电阻性(功率因数1)和电感性(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1)。以上所有负载均为线性负载，只有功率因数为1的纯电阻负载为线性负载，其他负载为po功率因数1不认为是非线性的。本文特别强调了这一点。

2、非线性负载的定义和特征

我国的UPS国家标准gb / t7260-3也对非线性负载有明确的定义。“ 3.2.7非线性负载非线性负载非线性负载负载阻抗参数(z)并不总是恒定的，并且会随着电压和时间等其他因素而波动。其参数改变的负载类型。”

非线性负载的类型很多，UPS提供的大多数负载都是整流滤波器类型的，而UPS的输入也是整流滤波器类型的。因此，IEC标准中开发了参考非线性负载(参考非线性负载)，并将其作为标准的附录包含在该标准中。使用此参考非线性负载来测试带有非线性负载的UPS的功能。在ups国家标准gb/t7260-3中，该参考非线性负载电路也在附录e中进行了描述。

该电路是非线性负载的原因是，当将正弦电压u施加到输入时，如果电压的瞬时值大于电容器的DC电压，则电源将为负载r1供电。给电容器充电。如果电压的瞬时值小于电容器的直流电压，则阻塞效应将导致不供电，电容器将使负载放电并保持电流连续性。因此，该负载对电源的阻抗根据电压的瞬时值而变化。

非线性负载的一个重要特征是当向负载施加正弦电压时电流不是正弦的。图1中的负载电路中的交流电流是间歇性的并且是尖峰的。另外，图2示出了这种非线性负载的电压和电流波形，并且可以看出电流是尖峰形的。

用于分析和计算非线性电路电流和功率的方法是使用傅立叶函数分析，用等量的正弦波代替非正弦波。在此特定电路中：

电源输入电压u = u1 + u3 + u5 + u7 + ...，其中u1是基波电压分量。这是u = u1，因为没有谐波分量，因为交流输入功率可以视为正弦波。

在此，交流电流i = i1 + i3 + i5 + i7 + i9 + i11……。

每个谐波电流都是一个正弦波，具有自己的振幅，有效值(i1，i3，i5 ...)，并且在与电流相同的频率电压之间(φ1，φ3，φ5，φ7...)。有相位差。

用等效正弦波电流替代非正弦波电流。其有效值的平方等于每个谐波分量的有效值的平方和。也就是说，i2 = i12 + i32 + i52 + i72 +……。

在此电路中，瞬时功率值p = ui = u1(i1 + i3 + i5 + i7 + i9 + i11 ...)。

平均功率p =u1i1cosφ1=ui1cosφ1，也称为有功功率。

与线性电路一样，令电路的视在功率为s，s = ui。

类似地，无功功率为q，三个功率之间的关系仍然为s2 = p2 + q2。

有功功率与视在功率之比是电路的功率因数：pf = p/s =ui1cosφ1/ui=i1cosφ1/i=λcosφ1。系数λ= i1/i<1。

功率因数pf的值小于基波的相位差的功率因数cosφ1。高次谐波与高次谐波之比越高，λ越小，功率因数越小。这样，可以将非线性负载转换为线性负载以进行计算和分析。

在许多负载中，非线性负载非常复杂，并且电流波形的类型很多。有尖峰，双峰等。用当前的大小来解释是不够的。它被表达为一个参数，即波峰因数，用以解释非线性电流和线性电流之间的差异程度。gb/t7260-3标准规定“ 3.3.29峰值因子期内峰值因子与均方根之比”。

注意：术语“波峰因数”(crest factor)与此同义。

其中，均方根值为正常有效值。

通常，具有最大波峰因数的负载是一台个人计算机，其波峰因数约为2.7。当前计算机系统的波峰因数约为2.3。正弦电流的波峰因数为1.4。因此，UPS通常将非线性负载波峰因数设置为3。这使您可以完全满足您的负载需求。特别是如果大型UPS的波峰因数为3，则没有问题。
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