通用变频器的功率因数

1、通用变频器的功率因数通用变频器的功率因数变频器的输入电流变频器的输入电路是三相交流电源经全波整流后向滤波电容器Cd充电的电路，如图7. 11(a) 所示。PDF 文件使用"pdfFactory"试用版本创建 wAPDF 文件使用"pdfFactory"试用版本创建 wARoZS 2S ZS7. 11(b)变频器的输入电流波形PDF 文件使用"pdfFactory"试用版本创建 wA<a)输人电路Mb)输入电流波形显然，只有当电源的线电压 UL大于电容器两端的直流电压 Ud时，才进行充电；低于 Ud值时立即终止充电。输入电流总是出

2、现在电压的振幅值附近，呈不连续的冲击波形式，如图7. 11 (b)所示。它具有很大的高次谐波成分，有关资料表明，输入电流的频谱分析如图7. 12所示。由图可知，24其5次谐波和7次谐波分量是很大的，几乎比 基波分量小不了多 少PDF 文件使用"pdfFactory"试用版本创建 wA垃7次）变频器输入电路的功率因数P505次谐波电流的瞬时功率34241008070次） "1（13 次）高次谐波电流的 瞬时功率可以由下式计算Pi=u1i1式中下标i为7. 12输入电流的频谱分析PDF 文件使用"pdfFactory" 试用版本创建 （图中之阴影部

3、分）表50250 350 550 650 850 / 他）如图7. 13曲线所示，5次谐波电流如 曲线所示，两者的乘积PsU次）（5次-n（7 次）谐波次数。示该时间段内所做的功。现以5次谐波电流 为例进行观察。变频器的输入电压 为正弦波.X如曲线所示。户。曲线与时间轴之间的面积由图可知，在电源电压的 每半个周期内，有一部分是“ + ”功，是电 源电压在 做功；另一部分是“一”功，表示电源在 吸收能量。可以证 明，在电源电压的 每半个周期内，所有正功Ps和与所有负功Ps和是 相等的，做功的总和为0，故平均功率为 O可见，高次谐波电流 使电源与负载之间 不断地进行能量交换，并 不真正做功。这与贮

4、能元件（电感元件和电容元件）在交流电路 中和 电源之间进行能量交换其效果耋是完全相同的。变频器输入电路的 无功功率 是由高次谐波电流 产生，而高次谐波电流成分 较大。因此变频器输入电路的 功率因数较 低。改善变频器功率因数的方法如前所述，变频器功率因数较 低的原因是输入端高次谐波电流成分较大，而产生高次谐波电流的 原因是中间直流环节的大滤波电容。针对以上分析的情况，在变频器输入电路 中，改善功率因数 的根 本途径是削弱咼次谐波电流。为此，在电路中串入电抗器是比较行之 有效的方法。具体方法有两种，如图7. 14所示mri7. !4电抗的接入法(1) 直流电抗器Ld串于整流桥和滤波电容 之间。直流

5、电抗器的结构简单、体 积小，且滤波效果好，可使功率因数 提高到0. 95。(2) 交流电抗器LA串接于三相的输入电路 中。交流电抗器的滤波效果较差，只能将功率因数 提高到0. 50.85。但它除了滤波功能外，还具有以下功能： 抑制输入电路中的浪涌电流。 削弱电源电压不平衡的影响。接人电抗器后，各次谐波电流 与电感的关系如图7.15 所示。由图可知，随着电感量的增大，各次谐波电流 都将显 著减小。图7. 15表明，电感越大，改善功率因数的效果越好。但 电感太大, 也会增大基波电流的电压 降，减小变频器的输入 电压。所以，选用 电抗器时，电抗器上的电压降以不大于额定电压的3%为宜。由于电源变压器的

6、 内部阻抗也能起到电抗器的上述作 用。因此， 一般说来，当变压器容量大于 500k.V . A或变压器容量 超过变频器容 量的10倍以上时，应选配电抗器。应该注意的是，不要在变频器输 出端接电容器来吸收图7.15接入电抗器的效果高次谐波电流 或改善 电网功率因数。其理由如下：(1) 变频器输出是PWMfe压，含有很多高次谐波， 一旦接上电容 器，由于谐波作用，将增大变频器输出电流， 会损坏大功率开关器件 和连接的电容器。(2) 变频器输入 侧功率因数 取决于变频器的 AC-DC变换电路系 统，不取决于电机的功率因数，所以在变频器的输出端连 接电容器， 并不能改善输入功率因数。变频器的功率因数为

7、什么较低？功率因数 是对负载将电能转换为有用功的度量，在数值上等于有 功功率(以kW为单位)与视在功率(以kVA为单位)的比值，这个 比值最大为1,意味着有功功率等 于视在功率，是电气工程师追求的 目标。PDF 文件使用"pdfFactory"试用版本创建 wA电流和电压不国相壬敢的无功功率m电淙初电压不同炳致的无功功率,PDF 文件使用"pdfFactory"试用版本创建 wAPDF 文件使用"pdfFactory"试用版本创建 wA对于传统的线性负载（电阻、功率因数为1，其他负载（电感、因为电感导致电流滞后于电压，电容、电感），只

8、有电阻性负载的电容），功率因数均小于1，这是电容导致电流超前于电压。当电压和电流不同相的情况， 在一个周期中，会有负功率，这部分负功率与正 功率抵消使总和为零，这部分功率称为无功功率（如左图所示）。这种由于电流与电压之间存在相位差导致的无功功率称为相移无功功 率。对于变频器或其他整流器负载，电流的波 形与电压形状不同，不能再用上面的相移概念，而用谐波电流的概念分析功率因数。变频器 的工作电流中包含基频电流和 高次谐波（5、7、11、13等）电流， 基频电流与电压同频同相， 产生有功功率；而谐波电流与电压不同频， 其产生的都是无功功率（如 右图所示）。由于变频器的 谐波电流丰富，因此功率因数 很

9、低。例如，6脉整流器的相移功率因数接近为1，但是其总功率因数经常在0.65-0.7之间。改善非线性负载的功率的 主要方法是消除谐波电流。 随 着电力资源紧张以及 电力公司开始 对无功功率 实施罚款或者收费，提 高功率因数 已经成为电力公司和用户都关心 的问题。变频器在50HZ上运行功率因数有多少变频器的输入电流变频器的输入电流是三相交流电源经全波整流后向滤波电容器C充电的电路。显然，只有当电源的线电压 UL的瞬时值大于电容器两端的直流 电压UD时，才进行充电。所 以，输入电流总是出现在电压的振幅值 附近，呈不连续的冲击波形式。它具有很大的高次谐波成分。充电电流总是出现在电源 峰值附近的有 限时

10、间内，呈不连续的 脉 冲波形。高次谐波的 瞬时功率一部分为“ + ”，另一部分为“一”， 属于无功功率。这种无功功率使得变频调速系统的功率因数较低，约 为 0.7 0.75。由于变频器输入 侧功率因数较 低的原因。不是电流波形 滞后于电 压，而是高次谐波电流 造成的，所以不能通过并联补偿电容器来提高 功率因数.而应设法减小高次谐波电流，具 体措施就是接入电抗器， 接在三相电源 与整流桥之间。直流电抗器，接在整流桥与滤波电容 器之间。使用其中一种就有明显效果，两种共同使用可将功率因数 提 高到0.95以上。直流电抗器除了提高功率因数夕卜。还能限制接通电 源瞬间的充电涌流。另外，不允许在变频器输出端，即 与电动机的连 接端并接电容器。因为变频器输出的所 谓正弦波，实际上是