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技術(shù)文章
變頻器功率因數(shù)的改善
閱讀：1257 發(fā)布時間：2013-8-19
變頻器運行時其輸入側(cè)的功率因數(shù)一般較低，通常都要采取一些措施于以改善。
一、變頻器的無功功率與功率因數(shù)
變頻器輸入側(cè)功率因數(shù)偏低的原因，與工頻電動機(jī)的運行功率因數(shù)低有著重要的區(qū)別。由于電動機(jī)是感性負(fù)載，運行電流的相位滯后于電壓，功率因數(shù)的高低取決于電流與電壓之間的相位關(guān)系，如圖1所示。而變頻器功率因數(shù)低是由其電路結(jié)構(gòu)造成的。變頻器通常是“交一直一交”式結(jié)構(gòu)，即三相交流電源經(jīng)三相整流橋和濾波電容器變?yōu)橹绷?，再?jīng)控制電路和逆變管轉(zhuǎn)換為頻率可調(diào)的交流電。在整流過程中，如圖2所示，只有當(dāng)交流電源的瞬時值大于直流電壓UD時，整流二極管才會導(dǎo)通，整流橋中才有充電電流，顯然，充電電流總是出現(xiàn)在電源峰值附近的有*內(nèi)，呈不連續(xù)的脈沖波形。這種非正弦波具有很強(qiáng)的高次諧波成分。高次諧波的瞬時功率一部分為“+”，另一部分為“一”，屬于無功功率。這種無功功率使得變頻調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)較低，約為O．7～0．75。
二、提高功率因數(shù)的措施
由于變頻器輸入側(cè)功率因數(shù)較低的原因。不是電流波形滯后于電壓，而是高次諧波電流造成的，所以不能通過并聯(lián)補(bǔ)償電容器來提高功率因數(shù)．而應(yīng)設(shè)法減小高次諧波電流，具體措施就是接入電抗器，見圖3。圖中AL是交流電抗器，接在三相電源與整流橋之間。DL是直流電抗器，接在整流橋與濾波電容器之間。使用其中一種就有明顯效果，兩種共同使用可將功率因數(shù)提高到0．95以上。直流電抗器除了提高功率因數(shù)外。還能限制接通電源瞬間的充電涌流。另外，不允許在變頻器輸出端，即與電動機(jī)的連接端并接電容器。因為變頻器輸出的所謂正弦波，實際上是脈沖寬度和占空比的大小按正弦規(guī)律分布的脈寬調(diào)制波，這個脈沖序列是變頻器中逆變管不斷交替導(dǎo)通形成的，如果在輸出端接入電容器，則逆變管在
交替導(dǎo)通過程中，不但要向電動機(jī)提供電流，還會增加電容器的充電電流和
放電電流，會導(dǎo)致逆變管損壞。
三、電抗器的選用
電抗器對大部分變頻器來說不是標(biāo)準(zhǔn)配置，是選配件。應(yīng)根據(jù)需要選用。常用的直流電抗器規(guī)格見表1。交流電抗器規(guī)格見表2。
四、交流電抗器的相關(guān)應(yīng)用
有時為了降低設(shè)備投資的成本而不接交流電抗器，容忍變頻調(diào)速系統(tǒng)在低功率因數(shù)下運行。但在下列運行環(huán)境中連接交流電抗器則是必需的：
1．如與變頻器在同一供電系統(tǒng)中的電子設(shè)備較多，變頻器的高次諧波將影響電子設(shè)備正常工作，這時應(yīng)在變頻器輸入側(cè)連接交流電抗器，同時用1000V、100nF-220nF的電容器進(jìn)行濾波，盡量減小高次諧波的干擾，如圖4所示。
2．同一供電系統(tǒng)中有容量較大的可控硅設(shè)備，由于可控硅設(shè)備也會導(dǎo)致電壓波形的畸變，與變頻器相互產(chǎn)生影響，因此，兩種設(shè)備的輸入端都應(yīng)接入交流電抗器。
3．多臺變頻器運行于同一供電系統(tǒng)中，除了變頻器之間互相影響外，還會導(dǎo)致相鄰設(shè)備工作失常，這時每臺變頻器輸入端都應(yīng)接入交流電抗器。
一、變頻器的無功功率與功率因數(shù)
變頻器輸入側(cè)功率因數(shù)偏低的原因，與工頻電動機(jī)的運行功率因數(shù)低有著重要的區(qū)別。由于電動機(jī)是感性負(fù)載，運行電流的相位滯后于電壓，功率因數(shù)的高低取決于電流與電壓之間的相位關(guān)系，如圖1所示。而變頻器功率因數(shù)低是由其電路結(jié)構(gòu)造成的。變頻器通常是“交一直一交”式結(jié)構(gòu)，即三相交流電源經(jīng)三相整流橋和濾波電容器變?yōu)橹绷?，再?jīng)控制電路和逆變管轉(zhuǎn)換為頻率可調(diào)的交流電。在整流過程中，如圖2所示，只有當(dāng)交流電源的瞬時值大于直流電壓UD時，整流二極管才會導(dǎo)通，整流橋中才有充電電流，顯然，充電電流總是出現(xiàn)在電源峰值附近的有*內(nèi)，呈不連續(xù)的脈沖波形。這種非正弦波具有很強(qiáng)的高次諧波成分。高次諧波的瞬時功率一部分為“+”，另一部分為“一”，屬于無功功率。這種無功功率使得變頻調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)較低，約為O．7～0．75。
二、提高功率因數(shù)的措施
由于變頻器輸入側(cè)功率因數(shù)較低的原因。不是電流波形滯后于電壓，而是高次諧波電流造成的，所以不能通過并聯(lián)補(bǔ)償電容器來提高功率因數(shù)．而應(yīng)設(shè)法減小高次諧波電流，具體措施就是接入電抗器，見圖3。圖中AL是交流電抗器，接在三相電源與整流橋之間。DL是直流電抗器，接在整流橋與濾波電容器之間。使用其中一種就有明顯效果，兩種共同使用可將功率因數(shù)提高到0．95以上。直流電抗器除了提高功率因數(shù)外。還能限制接通電源瞬間的充電涌流。另外，不允許在變頻器輸出端，即與電動機(jī)的連接端并接電容器。因為變頻器輸出的所謂正弦波，實際上是脈沖寬度和占空比的大小按正弦規(guī)律分布的脈寬調(diào)制波，這個脈沖序列是變頻器中逆變管不斷交替導(dǎo)通形成的，如果在輸出端接入電容器，則逆變管在
交替導(dǎo)通過程中，不但要向電動機(jī)提供電流，還會增加電容器的充電電流和
放電電流，會導(dǎo)致逆變管損壞。
三、電抗器的選用
電抗器對大部分變頻器來說不是標(biāo)準(zhǔn)配置，是選配件。應(yīng)根據(jù)需要選用。常用的直流電抗器規(guī)格見表1。交流電抗器規(guī)格見表2。
四、交流電抗器的相關(guān)應(yīng)用
有時為了降低設(shè)備投資的成本而不接交流電抗器，容忍變頻調(diào)速系統(tǒng)在低功率因數(shù)下運行。但在下列運行環(huán)境中連接交流電抗器則是必需的：
1．如與變頻器在同一供電系統(tǒng)中的電子設(shè)備較多，變頻器的高次諧波將影響電子設(shè)備正常工作，這時應(yīng)在變頻器輸入側(cè)連接交流電抗器，同時用1000V、100nF-220nF的電容器進(jìn)行濾波，盡量減小高次諧波的干擾，如圖4所示。
2．同一供電系統(tǒng)中有容量較大的可控硅設(shè)備，由于可控硅設(shè)備也會導(dǎo)致電壓波形的畸變，與變頻器相互產(chǎn)生影響，因此，兩種設(shè)備的輸入端都應(yīng)接入交流電抗器。
3．多臺變頻器運行于同一供電系統(tǒng)中，除了變頻器之間互相影響外，還會導(dǎo)致相鄰設(shè)備工作失常，這時每臺變頻器輸入端都應(yīng)接入交流電抗器。