功率因数的概念:
在交流电路中,电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数,用符号cosΦ表示,在数值上,功率因数是有功功率和视在功率的比值,即cosΦ=P/S。
功率因数低的根本原因是电感性负载的存在。例如,生产中最常见的交流异步电动机在额定负载时的功率因数一般为07--09,如果在轻载时其功率因数就更低。
合理选用异步电动机即可提高功率因素。
异步电动机在额定负载(功率)时的功率因数为085~09,而在空载时的功率因数仅为02~03。空载或轻载时的效率肯定也要降低。因此,应根据负荷特牲和运行工况,合理选择异步电动机的容量,使其在高效率、高功率因数范围内工作。
提高功率因数的补偿方法:
采用供应无功功率的设备来补偿用电设备所需的无功功率,以提高其功率因数的措施,称为提高功率因数的补偿方法。采用补偿法来提高功率因数,必须增加新设备、增加有色与黑色金属的需用量。 此外,补偿设备本身也有功率损失,所以从整体来看,应首先采用提高用电设备自然功率因数的方法。
但当功率因数还达不到《电力设计技术规范》所要求的数值时,则需采用专门的补偿设备来提高功率因数。应用人工补偿无功功率的方法通常有应用移相电容器(即静电电容器) 、采用同步电动机和采用同步调相机三种方法。
以上内容参考 百度百科-功率因数
功率因数(Power Factor)的大小与电路的负荷性质有关, 如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1,一般具有电感性负载的电路功率因数都小于1。功率因数是电力系统的一个重要的技术数据。功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低,说明电路用于交变磁场转换的无功功率大, 从而降低了设备的利用率,增加了线路供电损失。
在交流电路中,电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数,用符号cosΦ表示,在数值上,功率因数是有功功率和视在功率的比值,即cosΦ=P/S
基本介绍 中文名 :功率因数 别称 :功率相位差因数 表达式 :cosΦ=P/S 套用学科 :物理学 适用领域范围 :电学 适用领域范围 :热学 计算,要求,最基本分析,基本分析,高级分析,非线性负载,非弦波成份,畸变功率因子,开关电源,改善,内容,好处,改善电能,如何提高,功率因素,功率因数,视在功率,无功功率,家电, 计算 功率因数低的根本原因是电感性负载的存在。例如,生产中最常见的交流异步电动机在额定负载时的功率因数一般为07--09,如果在轻载时其功率因数就更低。其它设备如工频炉、电焊变压器以及日光灯等,负载的功率因数也都是较低的。从功率三角形及其相互关系式中不难看出,在视在功率不变的情况下,功率因数越低( 角越大),有功功率就越小,同时无功功率却越大。这种使供电设备的容量不能得到充分利用,例如容量为1000kVA的变压器,如果cos =1,即能送出1000kW的有功功率;而在cos =07时,则只能送出700kW的有功功率。功率因数低不但降低了供电设备的有效输出,而且加大了供电设备及线路中的损耗,因此,必须采取并联电容器等补偿无功功率的措施,以提高功率因数。 功率因数既然表示了总功率中有功功率所占的比例,显然在任何情况下功率因数都不可能大于1。由功率三角形可见,当 =0°即交流电路中电压与电流同相位时,有功功率等于视在功率。这时cos 的值最大,即cos =1,当电路中只有纯阻性负载,或电路中感抗与容抗相等时,才会出现这种情况。 感性电路中电流的相位总是滞后于电压,此时0°< <90°,此时称电路中有“滞后” 的cos ;而容性电路中电流的相位总是超前于电压,这时-90°< <0°,称电路中有“超前”的cos 。 功率因数的计算方式很多,主要有直接计算法和查表法。常用的计算公式为: 功率因数计算公式 要求 最基本分析 拿设备作举例。例如:设备功率为100个单位,也就是说,有100个单位的功率输送到设备中。然而,因大部分电器系统存在固有的无功损耗,只能使用70个单位的功率。很不幸,虽然仅仅使用70个单位,却要付100个单位的费用。(使用了70个单位的有功功率,你付的就是70个单位的消耗)在这个例子中,功率因数是07 (如果大部分设备的功率因数小于09时,将被罚款),这种无功损耗主要存在于电机设备中(如鼓风机、抽水机、压缩机等),又叫感性负载。功率因数是马达效能的计量标准。 基本分析 每种电机系统均消耗两大功率,分别是真正的有功(单位:瓦)及电抗性的无功(单位:乏)。功率因数是有用功与总功率间的比值。功率因数越高,有用功与总功率间的比值就越大,系统运行则更有效率。 高级分析 在感性负载电路中,电流波形峰值在电压波形峰值之后发生。两种波形峰值的分隔可用功率因数表示。功率因数越低,两个波形峰值则分隔越大。 非线性负载 电力系统上常见的非线性负载包括整流器(用在电源供应器中),或是像萤光灯、电焊机或电弧炉电弧放电的设备。由于这些系统的电流会因为元件的切换而中断,电流会含有谐波成份,其频率为电源系统的整数倍数。畸变功率因子(Distortion Power Factor)可用来量度电流的谐波畸变对其平均功率的影响。 电脑电源供应器的弦波电压及非弦波电流,其畸变功率因子为075。 非弦波成份 非线性负载将电流波形由正弦波扭曲成其他波形。非线性负载的输入电流中除了原来电源的频率(基频)外,其中也会有许多高频的谐波电流成份。由电容器及电感器等线性元件组成的滤波器可以降低谐波电流由负载端进入电源系统中。 线性元件组成的电路若电压为一正弦波,其电流也是相同频率的弦波。其功率因子只是因为电压和电流之间的相位差,也可以称为位移功率因子(Displacement Power Factor)。若电流或电压非弦波,视在功率包括所有谐波成份时,功率因子中不但有电压和电流之间的相位差导致的位移功率因子,也会有对应谐波成份的畸变功率因子。 一般的三用电表无法量测非线性负载的输入电流。三用电表会量测整流后波形的平均值。若使用量测均方根(RMS)值的电表,可以量测实际电流及电压的均方根值,因此也可以计算视在功率。若要量测有功功率或无功功率,需使用针对非正弦波电流设计的瓦特表。 畸变功率因子 畸变功率因子(Distortion Power Factor)量度电流的谐波畸变对其平均功率的影响。 为负载电流的总谐波畸变。上述定义假设电压仍维持正弦波,没有畸变,此假设接近一般实际套用的情形。为电流的基频成份,而为总电流,二者都以均方根值表示。 若将畸变功率因子乘以位移功率因子(Displacement Power Factor,简称DPF),即可得到总功率因子,也可称为真功率因子,或直接简称为功率因子。 开关电源 开关电源是一种常见的非线性负载,世界上至少有数百万台个人电脑中有开关电源,功率输出从数瓦到一千瓦。早期廉价的开关电源中有一个全波整流器,整流器只有在电源端电压超过内部电容器的电压时才会导通,因此其峰值因子很高,畸变功率因子很低,而且在三相的电流系统中,其中线性电流不会为零,可能会有中性线负载过大的问题[6]。 典型的开关电源首先会用整流二极体产生直流电压,再由直流电压产生输出电压。由于整流器为非线性元件,其输入电流会有许多的高次谐波成份。此情形会造成电力公司的困扰,因为无法靠加入电容器及电感器的方式补偿高频的谐波成份。因此一些地区已开始立法要求所有功率大于一定值的电源供应器需要有功率因子修正机能。 欧盟为了提升功率因子,有设定谐波的标准。若要符合现行欧盟标准EN61000-3-2,所有输出功率大于75W的开关电源至少需要有被动功率因子修正(passive PFC)机能。而80 PLUS开关电源认证要求功率因子至少需到达09的水平[7]。 改善 电网中的电力负荷如电动机、变压器、日光灯及电弧炉等,大多属于电感性负荷,这些电感性的设备在运行过程中不仅需要向电力系统吸收有功功率,还同时吸收无功功率。因此在电网中安装并联电容器无功补偿设备后,将可以提供补偿感性负荷所消耗的无功功率,减少了电网电源侧向感性负荷提供及由线路输送的无功功率。由于减少了无功功率在电网中的流动,因此可以降低输配电线路中变压器及母线因输送无功功率造成的电能损耗,这就是无功补偿的效益。 无功补偿的主要目的就是提升补偿系统的功率因数。因为供电局发出来的电是以kVA或者MVA来计算的,但是收费却是以kW,也就是实际所做的有用功来收费,两者之间有一个无效功率的差值,一般而言就是以kvar为单位的无功功率。大部分的无效功都是电感性,也就是一般所谓的电动机、变压器、日光灯……,几乎所有的无效功都是电感性,电容性的非常少见,例如:变频器就是容性的,在变频器电源端加入电抗器可提高功率因数。 内容 由于感性、容性或非线性负荷的存在,导致系统存在无功功率,从而导致有功功率不等于视在功率,三者之间关系如下: S^2=P^2+Q^2;S为视在功率,P为有功功率,Q为无功功率。三者的单位分别为VA(或kVA),W(或kW),var(或kvar)。 一种有源功率因数校正电路 简单来讲,在上面的公式中,如果今天的kvar的值为零的话,kVA就会与kW相等,那么供电局发出来的1kVA的电就等于用户1kW的消耗,此时成本效益最高,所以功率因数是供电局非常在意的一个系数。用户如果没有达到理想的功率因数,相对地就是在消耗供电局的资源,所以这也是为什么功率因数是一个法规的限制。就国内而言功率因数规定是必须介于电感性的09~1之间,低于09时需要接受处罚。 好处 供电部门为了提高成本效益要求用户提高功率因数,那提高功率因数对用户端有什么好处呢? ① 通过改善功率因数,减少了线路中总电流和供电系统中的电气元件,如变压器、电器设备、导线等的容量,因此不但减少了投资费用,而且降低了本身电能的损耗。 ② 良好的功因数值的确保,从而减少供电系统中的电压损失,可以使负载电压更稳定,改善电能的质量。 ③ 可以增加系统的裕度,挖掘出了发供电设备的潜力。如果系统的功率因数低,那么在既有设备容量不变的情况下,装设电容器后,可以提高功率因数,增加负载的容量。 举例而言,将1000kVA变压器之功率因数从08提高到098时: 补偿前:1000×08=800kW 补偿后:1000×098=980kW 同样一台1000kVA的变压器,功率因数改变后,它就可以多承担180kW的负载。 ④ 减少了用户的电费支出;透过上述各元件损失的减少及功率因数提高的电费优惠。 此外,有些电力电子设备如整流器、变频器、开关电源等;可饱和设备如变压器、电动机、发电机等;电弧设备及电光源设备如电弧炉、日光灯等,这些设备均是主要的谐波源,运行时将产生大量的谐波。谐波对发动机、变压器、电动机、电容器等所有连线于电网的电器设备都有大小不等的危害,主要表现为产生谐波附加损耗,使得设备过载过热以及谐波过电压加速设备的绝缘老化等。 并联到线路上进行无功补偿的电容器对谐波会有放大作用,使得系统电压及电流的畸变更加严重。另外,谐波电流叠加在电容器的基波电流上,会使电容器的电流有效值增加,造成温度升高,减少电容器的使用寿命。 谐波电流使变压器的铜损耗增加,引起局部过热、振动、噪音增大、绕组附加发热等。 谐波污染也会增加电缆等输电线路的损耗。而且谐波污染对通讯质量有影响。当电流谐波分量较高时,可能会引起继电保护的过电压保护、过电流保护的误动作。 因此,如果系统量测出谐波含量过高时,除了电容器端需要串联适宜的调谐(detuned)电抗外,并需针对负载特性专案研讨加装谐波改善装置。 改善电能 为什么说提高用户的功率因数可以改善电压质量? 电力系统向用户供电的电压,是随着线路所输送的有功功率和无功功率变化而变化的。当线路输送一定数量的有功功率时,如输送的无功功率越多,线路的电压损失越大。即送至用户端的电压就越低。如果110kV以下的线路,其电压损失可近似为:△U=(PR+QX)/Ue 其中:△U-线路的电压损失,kV Ue--线路的额定电压,kV P--线路输送的有功功率,kW Q--线路输送的无功功率,kvar R—线路电阻,欧姆 X--线路电抗,欧姆 由上式可见,当用户功率因数提高以后,它向电力系统吸取的无功功率就要减少,因此电压损失也要减少,从而改善了用户的电压质量。 在直流电路里,电压乘电流就是有功功率。但在交流电路里,电压乘电流是视在功率,而能起到作功的一部分功率(即有功功率)将小于视在功率。有功功率与视在功率之比叫做功率因数,以COSΦ表示,其实最简单的测量方式就是测量电压与电流之间的相位差,得出的结果就是功率因数。 如何提高 (1)提高自然功率因数。自然功率因数是在没有任何补偿情况下,用电设备的功率因数。提高自然功率因数的方法:合理选择异步电机;避免变压器空载运行;合理安排和调整工艺流程,改善机电设备的运行状况;在生产工艺允许条件下,采用同步电动机代替异步电动机。 (2)采用人工补偿无功功率。装用无功功率补偿设备进行人工补偿,电力用户常用的无功功率补偿设备是电力电容器。 提高功率因数的方法 提高功率因数的途径主要在于如何减少电力系统中各个部分所需的无功功率,特别是减少负荷取用的 无功功率,使电力系统在输送一定的有功功率时,可降低其中通过的无功电流 提高功率因数的方法很多,但总的来说可以归结为两大类: 提高自然功率因数的方法 采用降低各用电设备所需的无功功率以改善其功率因数的措施,称为提高自然功率因数的方法 主要有: 1、正确选用异步电动机的型号与容量。据有关资料介绍,我国中小型异步电动机的用电负荷约占电网总负荷的80 %以上,几个主要电网中,电动机所耗能占整个工业用电量的60 %~ 68 %左右1 因此做好电动机的降损节能具有十分重要的经济意义 正确选用异步电动机,使其额定容量与所带负载相配合,对于改善功率因数是十分重要的 在选型方面,要注意选用节能型,淘汰高能耗的电动机,并依据电机机械工作对启动力矩、启动次数、调速等方面的具体要求,选用不同的型号。 电动机的效率η与功率因数cosφ是反映电动机经济运行水平的主要指标,都与负载率β有密切关系1 GB/ T 12497 - 90 对三相异步电机三个运行区域规定如下: 当负载率β在70 %~ 100 %之间时,为经济运行区; 当40 % ≤β ≤70 %时,为一般运行区; 当β < 40 % 时,为非经济运行区; 2、根据负荷选用相匹配的变压器。电力变压器一次侧功率因数不但与负荷的功率因数有关,而且与负荷率有关若变压器满载运行,一次侧功率因数仅比二次侧降低约3 ~ 5 %;若变压器轻载运行,当负荷小于0 6 时,一次侧功率因数就显著下降,下降达11 ~ 18 %,所以电力变压器的负荷率在0 6 以上运行时才较经济,一般应在60 %~ 70 %比较合适为了充分利用设备和提高功率因数,电力变压器一般不宜作轻载运行。当电力变压器负荷率小于30 %时,应当更换成容量较小的变压器 (3、合理安排和调整工艺流程。合理安排和调整工艺流程, 改善电机设备的运行状态, 限制电焊机和工具机电动机的空载运行1 例如可采用空载自动延时断电装置流程等 4、异步电动机同步化运行。对于负荷率不大于0 7 及最大负荷不大于90 % 额定功率的绕线式异步电动机,必要时可使其同步化,即当绕线式异步电动机在起动完毕以后,向转子三相绕组中送入直流励磁,即产生转矩把异步电动机牵入同步运行,其运转状态与同步电动机相似在过励磁的情况下,电动机可向电网送出无功功率,从而达到改善功率因数的目的。 提高功率因数的补偿方法 采用供应无功功率的设备来补偿用电设备所需的无功功率,以提高其功率因数的措施,称为提高功率因数的补偿方法。采用补偿法来提高功率因数,必须增加新设备、增加有色与黑色金属的需用量。 此外,补偿设备本身也有功率损失,所以从整体来看,应首先采用提高用电设备自然功率因数的方法。 但当功率因数还达不到《电力设计技术规范》所要求的数值时,则需采用专门的补偿设备来提高功率因数。套用人工补偿无功功率的方法通常有套用移相电容器(即静电电容器) 、采用同步电动机和采用同步调相机三种方法。 同步电动机在过励磁方式运行(0 8 ~ 0 9 超前) 时,就向电力系统输送无功功率,提高了工业企业的功率因数 一般在满足工艺条件下,采用或不采用同步电动机来提高企业的功率因数,应进行技术经济比较。通常对低速、恒速且长期连续工作的容量较大的电动机,宜采用同步电动机组,如轧钢的电动机组、球磨机、空压机、鼓风机、水泵等设备 这些设备采用同步电动机为原动机时,其容量一般在250 kW 以上,环境与启动条件均能满足同步电动机的要求,而且停歇时间较少,因此对改善功率因数能起很大作用 但是同步电动机结构复杂,并且附有一套启动控制设备,维护工作量大,价格较异步电动机贵,而且高压移相电容器价格普遍降低,这就相应地提高了“异步电动机加移相电容器的补偿方案”的优越性 移相电容器由于具有功率损耗小、运行维修很方便、短路电流小等优点而在工业企业中被广泛用作人工补偿装置。 综上所述,提高功率因数必然对国家的能源利用、企业的经济效益起到促进作用, 是保证电力系统电能质量、电压质量、降低网路损耗以及安全运行所不可缺少的条件 应根据不同情况采取相应措施来提高功率因数,降低无功损耗,从而提高经济效益。 功率因素 1、 柴油发电机振荡失步的特征 1)定子电流超出正常值,电流表指针将激烈地撞挡。 2)定子电压表的指针将快速摆动。 3)有功功率表指针在表盘整个刻度盘上摆动。 4)转子电流表指针在正常值附近快速摆动。 5)发电机发出鸣叫声,且叫声的变化与仪表指针的摆动频率相对应。 6)其他并列运行的发电机的仪表也有相应的摆动 2、发电机振荡失步的时处理方法 发电机振荡失去同步时应注意以下几条: 1)要通过增加励磁电流来产生恢复同步的条件; 2)要适当地调整该机的负荷,以帮助恢复同步; 3)当整个电厂与系统失去同步时,该电厂的所有发电机都将发生振荡,除设法增加每台发电机的励磁电流外,在无法恢复同步的 情况下,为使发电机免遭持续电流的损害,应按规程规定,在2分钟后将电厂与系统解列。 功率因数 功率因子表征著灯具输出有功功率的能力。功率是能量的传输率的度量,在直流电路中它是电压V和电流A的乘积。在交流系统里则要复杂些:即有部分交流电流在负载里循环不传输电能,它称为电抗电流或谐波电流,它使视在功率( 电压Volt乘电流Amps)大于实际功率。视在功率和实际功率的不等引出了功率因数,功率因数等于实际功率与视在功率的比值。所以交流系统里实际功率等于视在功率乘以功率因数。 即:功率因数=实际功率/视在功率。只有电加热器和灯泡等线性负载的功率因素为1,许多设备的实际功率与视在功率的差值素很小,可以忽略不计,而像容性设备如灯具的这种差值则很大、很重要。美国PC Magazine 杂志的一项研究表明灯具的典型功率因数为065,即视在功率(VA)比实际功率(Watts)大50%! 视在功率 视在功率:即交流电压和交流电流的乘积。用公式表示为:S=UI。式中,S是额定输出功率,单位是VA(伏安);U是额定输出电压,单位是V, 如220V、380V等;I是额定输出电流,单位是A。视在功率包括两部分:有功功率(P)和无功功率(Q)。有功功率是指直接做功的部分。比如使灯发亮、使电机转动、使电子电路工作等。因为这个功率做功后都变成了热量,可以直接被人们感觉到,所以有些人就产生一个错觉,即把有功功率当成了视在功率,孰不知有功功率只是视在功率的一部分,用式表示:P=Scosθ=UIcosθ=UIF。式中,P是有功功率,单位是W(瓦);F=cosθ被称为功率因子,而θ是在非线性负载时电压电流不同相时的相位差。无功功率是储藏在电路中但不直接做功的那部分功率,用式表示:Q=Ssinθ=UIsinθ。式中,Q为无功功率,单位是var(乏)。 无功功率 对于灯具和其它一切靠直流电压工作的电子电路,离开无功功率是根本无法工作的。一般用户都认为灯具之类的设备只需要有功功率,而不需要无功功率。既然无功功率不做功,要它何用!于是他们当然就认为功率因子为1的灯具最好。因为它能给出最大输出功率。然而,实际情况并非如此。 假如有一灯具,当交流市电输入后进行整流,就得到脉动直流电压,若不将脉动电压进行任何加工,就直接提供给灯具,毫无疑问,电路根本无法正常工作。虽然这时灯具的功率因子接近于1,可这又有何用呢。为了让灯具电路能正常工作,必须向其提供平滑了的直流电压。这个“平滑”工作必须由接在灯具整流器后面的滤波电容器来完成。这个滤波器就像一个水库,电容器里面必须储存足够数量的电荷,在整流半波之间的空白时,使电路上的工作电压仍不间断,能保持正常电平。换句话说,即使在两个脉动半波之间无输入电能时,Uc的电压电平也无显著的变化,这个功能是靠电容器内的储能来实现的,储存在电容器内的这部分能量就是无功功率。所以说,灯具是靠无功功率的支持,才能保证电路正确运用有功功率实现正常使用的。因此可以说,灯具不但需要有功功率,也需要无功功率,两者缺一不可。 家电 常见家电功率因数 有人测试了各种家用电器的功耗和功率因数,其结果如下: 序号 名称 设备容量(W) 功率因数 无功功率(var) 视在功率(VA) 1 照明 200 090 9686 22222 2 空调 3000 080 225000 375000 3 电冰柜 150 060 20000 25000 4 微波炉 1000 090 48432 111111 5 电热水器 2000 100 000 200000 6 电饭煲 1000 100 000 100000 7 计算机 300 080 22500 37500 测量计算机的功率因数 8 印表机 250 080 18750 31250 9 电视机 200 080 15000 25000 10 洗衣机 200 060 26667 33333 11 抽油烟机 50 0 80 3750 6250 12 音响 300 060 40000 50000 13 饮水机 600 100 000 60000 饮水机的功率因数 14 卫生设备 1000 100 000 100000 15 保健设备 600 080 45000 75000 16 录像机 200 090 9686 22222 17 DVD\VCD 100 090 4843 11111 这些数据当然仅供参考而已。 说明 1 凡是电热电器功率因数都是等于1,因为它们都是电阻负载。 2 凡是带马达的家用电器(大多数白色家电)都是感性负载。 3 凡是带变压器的家用电器(电视机、音响)也都是感性负载。 4 24小时连续工作的电冰柜是一个耗电很大、功率因数很低的感性负载。 5 其中的照明灯具因为主要是白炽灯,所以功率因数才会接近1。名思义,服务器电源就是指使用在服务器上的电源(POWER),它和PC(个人电脑)电源一样,都是一种开关电源。
服务器电源按照标准可以分为ATX电源和SSI电源两种。ATX标准使用较为普遍,主要用于台式机、工作站和低端服务器;而SSI标准是随着服务器技术的发展而产生的,适用于各种档次的服务器。
ATX标准
ATX标准是Intel在1997年推出的一个规范,输出功率一般在125瓦~350瓦之间。ATX电源通常采用20Pin(20针)的双排长方形插座给主板供电。随着Intel推出Pentium4处理器,电源规范也由ATX修改为ATX12V,和ATX电源相比,ATX12V电源主要增加了一个4Pin的12V电源输出端,以便更好地满足Pentium4的供电要求(2GHz主频的P4功耗达到524瓦)。
SSI标准
SSI(Server System Infrastructure)规范是Intel联合一些主要的IA架构服务器生产商推出的新型服务器电源规范,SSI规范的推出是为了规范服务器电源技术,降低开发成本,延长服务器的使用寿命而制定的,主要包括服务器电源规格、背板系统规格、服务器机箱系统规格和散热系统规格。
根据使用的环境和规模的不同,SSI规范又可以分为TPS、EPS、MPS、DPS四种子规范。
EPS规范(Entry Power Supply Specification):主要为单电源供电的中低端服务器设计,设计中秉承了ATX电源的基本规格,但在电性能指标上存在一些差异。它适用于额定功率在300瓦~400瓦的电源,独立使用,不用于冗余方式。后来该规范发展到EPS12V(Version20),适用的额定功率达到450瓦~650瓦,它和ATX12V电源最直观的区别在于提供了24Pin的主板电源接口和8Pin的CPU电源接口。联想万全2200C/2400C就采用了EPS标准的电源,输出功率为300W,该电源输入电压宽范围为90~264V,功率因数大于095,由于选用了高规格的元器件,它的平均无故障时间(MTBF)大于150000小时。
TPS规范(Thin Power Supply Specification):适用于180瓦~275瓦的系统,具有PFC(功率因数校正)、自动负载电流分配功能。电源系统最多可以实现4组电源并联冗余工作,由系统提供风扇散热。TPS电源对热插拔和电流均衡分配要求较高,它可用于N+1冗余工作,有冗余保护功能。
MPS规范(Midrange Power Supply Specification):这种电源被定义为针对4路以上CPU的高端服务器系统。MPS电源适用于额定功率在375瓦~450瓦的电源,可单独使用,也可冗余使用。它具有PFC、自动负载电流分配等功能。采用这种电源元件电压、电流规格设计和半导体、电容、电感等器件工作温度的设计裕量超过15%。在环境温度25度以上、最大负载、冗余工作方式下MTBF可到150000小时。
DPS规范(Distributed Power Supply Specification):电源是单48V直流电压输出的供电系统,提供的最小功率为800瓦,输出为+48V和+12VSB。DPS电源采用二次供电方式,输入交流电经过AC-DC转换电路后输出48V直流电,48VDC再经过DC-DC转换电路输出负载需要的+5V、+12V、+33V直流电。制定这一规范主要是为简化电信用户的供电方式,便于机房供电,使IA服务器电源与电信所采用的电源系统接轨。
虽然目前服务器电源存在ATX和SSI两种标准,但是随着SSI标准的更加规范化,SSI规范更能适合服务器的发展,以后的服务器电源也必将采用SSI规范。SSI规范有利于推动IA服务器的发展,将来可支持的CPU主频会越来越高,功耗将越来越大,硬盘容量和转速等也越来越大,可外挂高速设备越来越多。为了减少发热和节能,未来SSI服务器电源将朝着低压化、大功率化、高密度、高效率、分布式化等方向发展。服务器采用的配件相当多,支持的CPU可以达到4路甚至更多,挂载的硬盘能够达到4~10块不等,内存容量也可以扩展到10GB之多,这些配件都是消耗能量的大户,比如中高端工业标准服务器采用的是Xeon(至强)处理器,其功耗已经达到80多瓦特(W),而每块SCSI硬盘消耗的功率也在10瓦特(W)以上,所以服务器系统所需要的功率远远高于PC,一般PC只要200瓦电源就足够了,而服务器则需要300瓦以上直至上千瓦的大功率电源。在实际选择中,不同的应用对服务器电源的要求不同,像电信、证券和金融这样的行业,强调数据的安全性和系统的稳定性,因而服务器电源要具有很高的可靠性。目前高端服务器多采用冗余电源技术,它具有均流、故障切换等功能,可以有效避免电源故障对系统的影响,实现24×7的不停顿运行。冗余电源较为常见的是N+1冗余,可以保证一个电源发生故障的情况下系统不会瘫痪(同时出现两个以上电源故障的概率非常小)。冗余电源通常和热插拔技术配合,即热插拔冗余电源,它可以在系统运行时拔下出现故障的电源并换上一个完好的电源,从而大大提高了服务器系统的稳定性和可靠性。
在购买服务器时要注意一下本机电源,起码应该关注如下两点:
1电源的品质,包括输出功率、效率、纹波噪音、时序、保护电路等指标是否达标或者满足需要;
2注意电源生产厂家的信誉、规模和支持力度,信誉比较好、规模较大、支持及时的厂家,比如台达、全汉、新巨等等,一般质量较可靠,在性价比方面也会好很多。选购时具体可参考以下指标:
功率的选择:市场上常见的是300W和400W两种,对于个人用户来说选用300W的已经够用,而对于服务器来说,因为要面临升级以及不断增加的磁盘阵列,就需要更大的功率支持它,为此使用400W电源应该是比较合适的。
安规认证:只有严格地考虑到产品品质、消费者的安全、健康等因素,对产品按不同的标准进行严格的检测,才能通过国际合格认证,安规认证是我们选购电源的重要指标,这应该是我们选择电源时最重要的一点。因为它关系着我们的安全和健康。不好的电源噪声很大,对人的身体有影响。在这方面省下几百块钱是得不偿失的。现在的电源都要求通过3C认证。(3C认证是"中国国家强制性产品认证(China Compulsory Cerlification)"的简称。实际上是将CCEE(中国电子电工产品安全认证)、CCIB(中国进口电子产品安全认证)、EMC(电磁兼容性认证)三证合一,在2003年5月1日后强制执行3C认证。)
电压保持时间:对于这个参数主要是考虑UPS的问题,一般的电源都能满足需要,但是如果UPS质量不可靠的话,最好选一个电压保持时间长的电源。
冗余电源选择:这主要针对对系统稳定性要求比较高的服务器,冗余一般有二重冗余和三重冗余。
对主板的支持:这个因素看起来不重要,在家用PC也很少见,但在服务器中却存在这种现象,因此在选购时也要注意。相比x86,IBM的Power架构和Sun的SPARC架构都曾有着很明显的性能优势。但时至今日,已经接近40岁的x86架构占据了超过90%的服务器市场。根源来看,是由于封闭系统和企业属性不符,盲目的追求生态会让推第三方到竞争对手的怀抱。这也是更开放的x86架构如今枝繁叶茂的原因。
Power高处不胜寒
1980年,IBM创新的推出了全球第一台基于RISC(精简指令集)架构的原型机,RISC对于CISC(复杂指令集)在高性能领域优势明显。而1994年,IBM基于此推出PowerPC604处理器,其强大的性能在当时处于全球领先地位。
在高端领域,Power架构具备大规模SMP系统性能,其可以保障内存在访问任意一枚CPU时速度是一致的。而x86则是采用了NUMA结构,CPU和内存分区,这就意味着在访问自己部分的内存速度飞快,而其他部分内存速度要慢不少。也正是因此,4路以上的x86服务器相对较少。
硬件方面,Power系统在可靠性、可用性和可维护性的方面的出色表现使得 IBM从芯片到系统所设计的整机方案有着独有的优势。Power架构的处理器在超算、大型企业的UNIX服务器等多个方面应用也十分成功。
IBM的Power架构 强大却不亲民
在软件方面,其专用的AIX系统在稳定性、软件方案集成度和厂商技术支持能力方面都要更强。由于用户选一平台主要看软件需求,一般对数据保护和724小时不宕机等有所要求,power架构的稳定性和运维等方面相对更优。
但是,Power系列的问题也十分明显,那就是价格太不亲民,技术也赶不上环境的变化。
在云计算兴起后,随着分布式系统逐渐成熟,系统对小型机的依赖开始降低,改为依靠集群提供,性能也可实现分布式处理。而更为关键的是,IBM的全套服务尽管稳定性优秀,但却影响了Power架构对其他商家的吸引力。
Sparc:流水无情恋落花
除了Power外另一个在Unix系统中表现极为活跃的架构就是SPARC(Scalable Processor ARChitecture,可扩展处理器架构)。同样在是上世纪80年代,Sun公司首先提出了RISC处理器体系架构SPARC。并且在1989年,Sun将采用了该架构的SPARC处理器应用于高性能工作站及服务器上。该架构的开放性和risc体系的特点很快让其成为了国际流行的架构。
SPARC有意 市场无情
为了扩大SPARC的影响力并作出进一步优化,1989年“SPARC International”组织成立,帮助进行SPARC架构标准管理,而该组织的会员包括了很多全球知名的公司和机构,比如如欧空局、欧比特、摩托罗拉、东芝、富士通、Aeroflex Gaisler等,以及2009年收购了Sun的Oracle。
SPARC架构的成功和Sun旗下的Solaris系统有着分不开的关系。当计算机系统庞大、用户数量巨大增加时,基于Unix *** 作系统打造的 Solaris能更好地利用计算机资源,是所有商业版中最可靠最完善的版本。而依赖SPARC架构和Solaris系统的性能和可靠性,其占领了服务器高端市场。Sun的另一个更为知名的产品是Java,虽然在上世纪90年代为智能家电开发的Java并没有为其带来相应的回报,但已成为今天移动时代最重要的开发语言。
如此强大的实力本应统领服务器市场,但遗憾的是,在微软和英特尔组成Wintel联盟之后,两者凭借自身在各自市场的规模效应,使得采用Wintel产品的服务器厂商可以通过低廉的价格大肆抢占中低端市场。而当Sun醒悟过来,通过开源等方式想要挽回败局时为时已晚。
Solaris系统已经被Oracle裁撤
最终,市值曾超2000亿美元的Sun以74亿美元卖给了Oracle。表面上看,Oracle的各种软件和SPARC架构的完美兼容大可以让这一架构起死回生。可是事实并不尽如人意,Oracle在2010年放弃了开源项目OpenSolaris;去年年底,Oracle宣布Solaris *** 作系统将被裁撤,SPARC架构最大的优势仅剩下和Oracle软件的兼容性。
而且Sun旗下产品线众多,SPARC架构仅仅依靠Oracle根本无法走远,而能够不计竞争关系合作研发的企业少之又少,SPARC架构如今的局面就变得十分尴尬。
x86依靠生态称霸市场
与Power和SPARC在高性能领域的风生水起不同,x86架构是天生的小屌丝。1978年他出生的那年,英特尔还只是一个普通的科技公司。可是x86架构随同其cisc指令集却开启了一个新的时代。
x86架构在服务器领域本无优势
尽管在最初的几年,x86并没有引发太大的震动,但是三年后,x86架构得到IBM PC的应用,并很快成为了全球个人计算机的标准平台,成为史上最成功的CPU架构,Intel如今的地位很大程度上是借助x86架构帮助。
很快,x86架构处理器从桌面到笔记本、服务器、超级计算机和编写设备等多种平台得到发展,苹果在这期间就放弃了PowerPC专为使用x86架构。但是,X86 CPU采用的cisc指令集却有着自己的问题。
CISC指令集的固有问题在于CPU执行大多数是在访问存储器中的数据,这拖慢了整个系统的速度。而RISC系统则往往具有很多个通用寄存器,采用重叠寄存器窗口和寄存器堆等技术让寄存器资源充分利用。X86架构计算机利用效率低,执行速度慢的缺点在高性能领域暴露无遗。
再者,CISC指令采用顺序串行执行,每条指令中的 *** 作也是按照顺序串行执行,其优点在于控制简单。问题在于如果遇到复杂的指令,那么整体运行速度较慢而且过程复杂。
CISC与RISC指令集对比
今天的x86 CPU中已融入了解码的功能,其将长度不定的x86指令转换为长度固定的类似于RISC指令,然后将其交给RISC内核进行处理。解码包括了硬件解码和微解码两种,简单的x86指令采用硬件解码速度较快,而复杂的指令则需要微解码,将其分成若干条简单指令后才进行执行。目前,x86架构的最大优势在于单条指令功能强大,指令数少速度较快;而由于指令数少,高频率运行时也不需要很大的宽带占用往CPU传输指令。
x86的成功是因为英特尔不做服务器
x86之所以可以赢得市场主要原因在于其是一个十分开放的架构。IBM和SUN当年都是从芯片到服务器到系统一手包办的公司。而英特尔则是一个十分纯粹的芯片厂商,其业务仅与AMD等少数芯片生产者存在竞争,这就使得服务器厂商不用忌惮与之发生竞争关系。
SOC不弱 只怪三星太强
就像今天的手机市场,尽管三星也有很强的芯片设计制造能力,但是除了魅族以外,没有一家手机商使用三星的SOC。英特尔与全球大多数的设备生产商的合作在保证了英特尔出货批量的同时,将良品率提升并降低成本从而进一步推高了x86架构在市场的占有率。
x86的成功是因为英特尔不做服务器
单从性能来看,无论Power还是SPARC架构都可以击溃x86,可是最终能够赢下来的却偏偏是"最弱"的x86架构。这并非劣币淘汰良币,而是市场竞争的选择,根源上讲,x86的成功在于英特尔根本不碰服务器。
IBM很强,这一点在英特尔还只是个普通小公司的时候就已经是事实了。可是强大的IBM大包大揽,无论大型机、小型机、芯片还是系统全都亲自上阵,这样做在安全和稳定性方面确实有自己的优势,而在金融领域也确实让大型机受益匪浅,可这么做无异于断了自己单个产品的生路。试问,小型机领域除了IBM有哪家服务器生产厂商愿意用Power架构芯片呢?那不就是相当于给竞争对手IBM的小型机送钱吗?
英特尔的成功在于知道什么不该碰
而研发了SPARC架构的Sun也是犯了这个错误,Sun在最辉煌的时候不仅有SPARC和java,服务器、工作站、个人计算机等多种设备至今依然占据部分市场。可是SPARC架构想要发展必须依托于设备生产商的认可,可谁会买竞争对手的账呢?
克己复礼,天下归仁
而英特尔的战术就非常的明确,专精于x86架构芯片,绝不碰设备生产。因此不论设备生产商、软件开发者或者系统开发者都可以与不存在利益竞争关系的英特尔合作。受益于此,x86架构的兼容性也越发强大,生态体系越发完善,这才成就了现如今市场占有率超过90%的一家独大局面,英特尔也借助x86架构一跃成为全球顶级的芯片提供商。
谷歌吃下了摩托罗拉 却赔的血本无归
其他领域,正面典型如高通,专注芯片研发甚至连生产厂都不建,依靠专利和技术就成为顶级科技企业;反面如一心想推安卓的谷歌,125亿美元收购摩托罗拉,三年后以29亿美元卖给联想;微软50亿美元收购诺基亚欲在移动端推广Windows系统,可如今无奈诺基亚改投安卓旗下。
克己复礼,天下归仁,孔子的话用在现如今的市场之中依然适用。Power和SPARC架构在战略上就已经决定了其必然会成为小众化的产物,而英特尔的x86架构战略则无比清晰,毕竟自己的产品永远不可能让竞争对手买单。提高功率因数的意义:可以充分利用供电设备和线路的容量,减小设备、线路中的损耗;
提高功率因数的方法:
1、提高用电设备的自然功率因数,尽量避免轻载、空载运行;
2、减少非线性元件设备;
3、加入无功补偿装置,如电容器,通常影响功率因数的原因都是感性负荷,可以有就地补偿、分散补偿、集中补偿;
4、工业上也有应用同步电动机工作在功率因数超前,呈容性负载状态,也具有补偿作用。
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