變頻器能改善功率因數(shù)嗎

1、變頻器能改善功率因數(shù)嗎 ？又是怎么改善的？一、先確定幾個(gè)概念：1、無(wú)功功率,是負(fù)載與電源之間交換能量的快慢；2、功率因數(shù),是指有功功率與視在功率的比值；2、電容的電流超前電壓 90度；二、變頻器產(chǎn)生高次諧波 ,又使功率因數(shù)下降.到底變頻器是提升還是降低功率因數(shù)？為什么？1、變頻器的輸入側(cè)是整流、電容濾波電路；2、由于整流二極管只是在正弦交流電壓的最大值處導(dǎo)通,主要是電容的充電脈沖電流；3、所以變頻器產(chǎn)生了高次諧波電流；4、 由于整流管導(dǎo)通時(shí),電流、電能只有輸入沒(méi)有輸出,是單方向的,所以電源功率是有功功率=視在功率,沒(méi)有交換能量的無(wú)功功率,功率因數(shù)是1 ;5、所以變頻器產(chǎn)生高次諧波,但功率因數(shù)沒(méi)

2、有下降,由于變頻器只吸收了能量；6、所以變頻器產(chǎn)生高次諧波,功率因數(shù)也沒(méi)有提升,由于變頻器只吸收了能量,沒(méi)有給電網(wǎng)提供無(wú)功功率三、有些資料說(shuō)變頻器有電容器能提升電網(wǎng)的功率因數(shù)：1、如果測(cè)量電壓與電流的相位角,確實(shí)是 容性角；2、 如果功率因數(shù)表是 根據(jù)此容性角計(jì)算功率因數(shù),那么功率因數(shù)低于1;3、 依此功率因數(shù)計(jì)算得出的容性無(wú)功功率 ,認(rèn)為是給電網(wǎng)提供的無(wú)功補(bǔ)償功率,并得出變頻器有電容器能提升 電網(wǎng)的功率因數(shù).4、這是測(cè)量原理上造成的錯(cuò)誤！5、如果實(shí)測(cè)有功功率和視在功率；6、變頻器與電源之間就不存在無(wú)功功率；7、也沒(méi)有電容為電源提供的容性無(wú)功功率；8、也不會(huì)出現(xiàn)變頻器提升電網(wǎng)功率因數(shù)的錯(cuò)誤說(shuō)法

3、；四、從變頻器輸入端看,能量實(shí)際傳遞的過(guò)程和方式：1當(dāng)交流電壓大于濾波電容的電壓時(shí),整流二極管導(dǎo)通,濾波電容充電;2當(dāng)交流電壓經(jīng)過(guò)最大值開(kāi)始減小,小于于濾波電容的電壓時(shí),整流二極管反向截至,濾波電容充電結(jié)束并向 負(fù)載測(cè)逆變電路供電；3這樣沒(méi)有電能不斷的由電源輸入到電容器,電容器不斷的將電能輸入到負(fù)載；4電流、電能是單方向流動(dòng)或傳輸,沒(méi)有逆向電源的無(wú)功功率；晶閘管整流裝置之所以得到廣泛應(yīng)用,是由于這種整流裝置簡(jiǎn)單、廉價(jià)、可靠,而且無(wú)需換相電路.由于它顯示 出的極大優(yōu)越性,使它成為弱電限制與強(qiáng)電輸出之間的得力橋梁.但是這種裝置不是完美無(wú)缺的.其缺點(diǎn)是當(dāng)它 輸出的電壓低于它的最大值.亦即在開(kāi)通角較大

4、時(shí),功率因數(shù)低.而低功率因數(shù)運(yùn)行,浪費(fèi)電能,這在大功率應(yīng) 用中是首先要考慮的問(wèn)題.變頻器運(yùn)行改善其輸入側(cè)的功率因數(shù)較低的問(wèn)題一、變頻器的無(wú)功功率與功率因數(shù)由于變頻器輸入側(cè)功率因數(shù)偏低的原因,與工頻電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行功率因數(shù)低有著重要的區(qū)別.由于電動(dòng)機(jī)是感 性負(fù)載,運(yùn)行電流的相位滯后于電壓,功率因數(shù)的上下取決于電流與電壓之間的相位關(guān)系.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?再經(jīng)限制電路和逆變管轉(zhuǎn)換為頻率可調(diào)的交流電.在整流過(guò)程中,只有當(dāng)交流電源的瞬時(shí)值大于直流電壓UD時(shí),整流二極管才會(huì)導(dǎo)通,整流橋中才有充電電流,顯然,充

5、電電流總是出現(xiàn)在電源峰值附近的有限時(shí)間內(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(shí)功率一局部為“ +,另一局部為 一,屬于無(wú)功功率.這種無(wú)功功率使得變頻調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)較低,約為O . 70 . 75.二、提升功率因數(shù)的舉措由于變頻器輸入側(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(guò)并聯(lián)補(bǔ)償電容器來(lái)提升功率因數(shù).而應(yīng)設(shè)法減小高次諧波電流接入電抗器.交流電抗器,接在三相電源與整流橋之間；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)提升到0 .95以上.直流電抗器除了提升功率因數(shù)

6、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(dòng)機(jī)的連接端并接電容器.由于變頻器輸出的所謂正弦波,實(shí)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(gè)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,那么逆變管在交替導(dǎo)通過(guò)程中,不但要向電動(dòng)機(jī)提供電流,還會(huì)增加電容器的充電電流和放電電流,會(huì) 導(dǎo)致逆變管損壞.三、電抗器的選用電抗器對(duì)大局部變頻器來(lái)說(shuō)不是標(biāo)準(zhǔn)配置,是選配件.可根據(jù)需要選用.四、交流電抗器的相關(guān)應(yīng)用有時(shí)為了降低設(shè)備投資的本錢(qián)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(yùn)行.但在以下運(yùn)行環(huán) 境中連接交流電抗器那么是必需的：1

7、 .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(shí)應(yīng)在變頻器輸入側(cè)連接交流電抗器,同時(shí)用1000V 、100nF-220nF 的電容器進(jìn)行濾波, 盡量減小高次諧波的干擾.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(huì)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(tái)變頻器運(yùn)行于同一供電系統(tǒng)中,除了變頻器之間互相影響外,還會(huì)導(dǎo)致相鄰設(shè)備工作失常,這時(shí)每臺(tái)變頻器輸入端都應(yīng)接入交流電抗器.利用晶閘管提升功率因數(shù)的例子；通常的晶閘管整流裝置,隨限制角的增大整流輸出電壓減小那么牛角增大,使得位移因數(shù)減小

8、.而交流側(cè)的電流波形為方波或梯形渡,所以電流畸變因數(shù)也不等于1.可見(jiàn)整流裝置對(duì)電網(wǎng)的不良影響是由電流畸變因數(shù)和位移因數(shù)造成的.所以改善功率因數(shù)也應(yīng)從改善這兩方面的特性入手.即一方面要盡量減小電流與電壓?jiǎn)柕南嘟遣?；另一方面?yīng)使電網(wǎng)側(cè)電流波形盡量接近正弦渡.從電路構(gòu)成的形式上看,可把整流裝置進(jìn)行適當(dāng)?shù)亟M合,使它們 成為一個(gè)系統(tǒng),通過(guò)這些裝置運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的相互配合.使其對(duì)電網(wǎng)側(cè)所呈現(xiàn)的功率因數(shù)得以提升；另一方面對(duì)整流 裝置的主回路進(jìn)行改革,使之在同樣的電壓調(diào)整范圍內(nèi),獲得功率較高的因數(shù).如下列圖：一JiJ-Od . 2采用三相四線制電路改進(jìn)的三相四線制整流電路如圖3所示.它與一般三相橋相比, 是在零線上

9、接入了輔助晶閘管、P|o P、人并非隨時(shí)都可以被觸發(fā)導(dǎo)通.假設(shè)把它們能夠被觸發(fā)導(dǎo)通的開(kāi)始時(shí)刻設(shè)為d O,那么輔助觸發(fā)角 d定義為線電壓與相電壓的交點(diǎn)向右的角度,如圖所標(biāo).39M 4這仲電躋的T作原座是當(dāng)主融發(fā)聞HWWm時(shí)扉助略用晉術(shù)弓/札不具備導(dǎo)消條件,KP ,、KP.不導(dǎo)通,裝置工作情況與一般三相橋式電路相同當(dāng) 在/6, 5 6間,在a時(shí)刻觸發(fā)KP-、KP.,那么KP.、KPs導(dǎo)通,輸出電壓為 U,導(dǎo)電途徑為負(fù)載一 P？ 6 0.在輔助觸發(fā)角d時(shí),觸發(fā)KPs ,那么KP.通,受反壓關(guān)斷,輸出電壓為.導(dǎo)電途徑為 一 P 一負(fù)載一 一 0.接著相應(yīng) 時(shí)刻,KP :被觸發(fā)導(dǎo)通,KPs被關(guān)斷,輸出電

10、壓.在相應(yīng)的d時(shí)刻,觸炭導(dǎo)通 KP,輸出電壓,KP-被關(guān)斷.其它管子的通斷情況依此類(lèi)推.其整流輸出電壓,靠輔助晶閘管 KPt、KPs交替導(dǎo)通,使主可控硅 KP-旎前關(guān)斷,以減小每相導(dǎo)電時(shí)間, 導(dǎo)致電流波形前移,使位移因數(shù)提升,從而使功率因數(shù)得到改善.幾乎所有的無(wú)效功都是電感性,電容性的非常少見(jiàn),例如：變頻器就是容性的,在變頻器電源端參加電抗器可提 高功率因數(shù).首先說(shuō)變頻器提升功率因數(shù)的問(wèn)題,由于有直流母線的存在,所以變頻器輸出的功率因數(shù)對(duì)變頻器輸入側(cè)影響就 大大降低了,而輸入側(cè)采用的是不可控的二極管整流,所以功率因數(shù)不會(huì)很低.這樣說(shuō),變頻器可以提升功率因 數(shù)的說(shuō)法是可以的.其次,說(shuō)電抗器的作用

11、,如果加電抗器輸入側(cè),他可以抑制諧波,而諧波的存在,會(huì)影響功率因數(shù)的下降.因此說(shuō),加了輸入電抗器,可以提升功率因數(shù),也是可以理解的.變頻器的結(jié)構(gòu)和電抗器的使用,是說(shuō)兩個(gè)不同的問(wèn)題,他們都與功率因數(shù)連在一起,這也許是一種技術(shù)與商業(yè)掛 鉤的一種炒作.反正電力電子電路的原理在那擺著,怎么有利怎么聯(lián)系唄.諧波的產(chǎn)生以及諧波對(duì)功率因數(shù)的影響,是多方面的,與具體體統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、技術(shù)路線、安裝等等都有關(guān)聯(lián),真要 是分析諧波和產(chǎn)生以及消除的問(wèn)題,一定要聯(lián)系現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際來(lái)談,才能有的放矢.當(dāng)然,大型系統(tǒng)不允許不加輸 入電抗器的.這點(diǎn)是肯定的.1、 補(bǔ)償電容器只能提供超前電流,以彌補(bǔ)感性負(fù)載的滯后電流,但不能削弱變頻器

12、輸入側(cè)的諧波電流,所以不起作用.補(bǔ)償電容量大了,容易和某一諧波電流發(fā)生諧振,因而容易損壞.2、 目前使用的變頻器,絕大多數(shù)是交-直交變頻器,在變頻器的輸入側(cè)和輸出側(cè)之間,隔著一個(gè)直流回路.因此,提升電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù),并不能提升變頻器輸入側(cè)的功率因數(shù).實(shí)際上,是不起任何作用的.3、 滯后電流的功率 因數(shù),那么cos然而,這并不是功率因數(shù)的全部.事實(shí)上,變頻器由于輸入電流中含有十分豐富 的諧波電流,其畸變因數(shù)較低,故總功率因數(shù)是不高的.通用變頻器一般是 AC-DC-AC型,逆變器多為 VSI ,整個(gè)變頻調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)主要取決于變頻器輸入電流.電壓與電流間的相位差是一種功率因數(shù)的典型定義,即功率

13、因數(shù)等于電壓與電流相角差的余弦函數(shù).功率因數(shù)可以反映有功、無(wú)功和視在功率的比例關(guān)系.只有阻性負(fù)載功率因數(shù)才是1,任何電抗,不管是電感或是電容,都會(huì)造成輸入電流相對(duì)于輸入電壓的相位改變.感性負(fù)載會(huì)造成功率因數(shù)降低,如異步電機(jī)直接接在電網(wǎng)上運(yùn)行.不控整流器的運(yùn)行特點(diǎn)是只在輸入交流電壓的峰值附近才有輸入電流,導(dǎo)致產(chǎn)生了很大的電流諧波含量,造成輸入電流的諧波失真,因此這樣一個(gè)非線性的負(fù)載將會(huì)導(dǎo)致功率因數(shù)比較低.1功率因數(shù)偏低的影響a對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響對(duì)于電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō),功率因數(shù)低,將會(huì)降低電動(dòng)機(jī)的效率.如圖3所示,功率因數(shù)低,意味著電流與電壓之間的相位差較大,故在有功電流 i1a相等的情況下,有：cos *

14、/ 由*IX折圖i功率因數(shù)與電流可見(jiàn),功率因數(shù)低的最終結(jié)果,是電動(dòng)機(jī)的銅損增加,故效率降低.電動(dòng)機(jī)效率的降低,雖然是用戶(hù)應(yīng)該考慮的問(wèn)題,但卻并不是供電系統(tǒng)考慮的主要問(wèn)題.b)對(duì)供電系統(tǒng)的影響供電系統(tǒng)在為用戶(hù)提供電源時(shí),要受到電流大小的制約.由于電流太大了,會(huì)使導(dǎo)線發(fā)熱嚴(yán)重,損壞絕緣.如果供電線路里無(wú)功電流太多了,那么有功電流必減小,影響了供電水平.對(duì)于供電系統(tǒng)來(lái)說(shuō),這是更為重要的問(wèn) 題.所以,供電系統(tǒng)總是通過(guò)進(jìn)線處的無(wú)功電度表來(lái)考察用戶(hù)的功率因數(shù)的.(2) 變頻器的功率因數(shù)問(wèn)題a)電動(dòng)機(jī)側(cè)的功率因數(shù)對(duì)于交-直-交變頻器而言,電動(dòng)機(jī)側(cè)的無(wú)功電流將被直流電路的儲(chǔ)能器件(電容器)吸收,反映不到變頻器

15、的輸交流入電路中.因此,電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)并不是供電系統(tǒng)考察的對(duì)象.交流芝變圖2交一直一交變頻器的框圖b)變頻器輸入電流的功率因數(shù)變頻器的輸入側(cè)是三相全波整流和濾波電路,如圖3(a)所示.顯然,只有當(dāng)電源線電壓的瞬時(shí)值ul大于電容器兩端的直流電壓 ud時(shí),整流橋中才有充電電流.因此,充電電流總是出現(xiàn)在電源電壓的振幅值附近,呈不連續(xù)的沖擊波狀態(tài),如圖 5(b)和(c)所示.顯然,變頻器的進(jìn)線電流是非正弦的,具有很大的高次諧波成份.有關(guān)資料說(shuō)明,輸入電流中,高次諧波的含有率高達(dá)88%左右,而5次諧波和7次諧波電流的峰值可達(dá)基波分量的80%和70%,如圖3(d)所示.如上述,所有高次諧波電流的功率都是

16、無(wú)功功率.因此,變頻器輸入側(cè)的功率因數(shù)是很低的.有關(guān)資料說(shuō)明,甚至可低至0.7以下.偵構(gòu)入電踹(h)嶇出波形 也沉波形諧波分析圖3輸入電流波形分析圖因此,變頻調(diào)速系統(tǒng)需要考察的是輸入電流的功率因數(shù).(3) 功率因數(shù)測(cè)量的誤區(qū)a) 輸入電流的位移因素由于變頻器輸入電流的基波分量總是與電源電壓同相位的,所以,其位移因數(shù)等于1.b) 功率因數(shù)表的測(cè)量結(jié)果功率因數(shù)表是根據(jù)電動(dòng)式偶衡表的原理制作的,其偏轉(zhuǎn)角與同頻率電壓和電流間的相位差有關(guān).但對(duì)于高次諧波 電流,那么由于它在一個(gè)周期內(nèi)所產(chǎn)生的電磁力將互相抵消,對(duì)指針的偏轉(zhuǎn)角不起作用.功率因數(shù)表的讀數(shù)將反映 不了畸變因數(shù)的問(wèn)題.如果用功率因數(shù)表來(lái)測(cè)量變頻器

17、輸入側(cè)的功率因數(shù),所得到的結(jié)果是錯(cuò)誤的.3變頻器功率因數(shù)的改善根據(jù)以上的分析,改善變頻器功率因數(shù)的根本途徑是削弱輸入電路內(nèi)的高次諧波電流.因此,不能用補(bǔ)償電容的 方法.恰恰相反,目前較多地使用電抗器法.3.1電抗器法(1)交流電抗器法如圖4(a)所示,在變頻器的輸入側(cè)串入三相交流電抗器al.串入al后,輸入電流的波形如圖 4(b)所示,高次諧波電流的含有率可降低為38%;功率因數(shù)pf可提升至0.80.85在枇監(jiān)中的度一(b)楠入電帆波思圖4交流電抗器連接示意圖除此以外,al還有以下作用：a削弱沖擊電流電源側(cè)短暫的尖峰電壓可能引起較大的沖擊電流.交流電抗器將能起到緩沖作用.例如,在電源側(cè)投入補(bǔ)償

18、電容用于改善功率因數(shù)的過(guò)渡過(guò)程中,可能出現(xiàn)較高的尖峰電壓；b削弱三相電源電壓不平衡的影響.2直流電抗器法直流電抗器dl接在整流橋和濾波電容器之間,如圖 5a所示.4 a.-在剋精中的捷法波圖5直流電抗器連接示意圖接入直流電抗器后,變頻器輸入電流的波形如圖5b所示,高次諧波電流的含有率可降低為33%;功率因數(shù)pf可提升至0.90以上.由于其體積較小,故不少變頻器已將直流電抗器直接配置在變頻器內(nèi).直流電抗器除了提升功率因數(shù)外,還可削弱在電源剛接通瞬間的沖擊電流.如果同時(shí)配用交流電抗器和直流電抗器,那么可將變頻調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)提升至0.95以上.3本卷須知電路中串入電抗器后, 變頻器的最高輸出電壓

19、將降低 23%.這將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流的增加和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的減小. 因此,當(dāng)電動(dòng)機(jī)的裕量較小,或要求高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的情況下,應(yīng)考慮加大電動(dòng)機(jī)和變頻器的容量.異步電機(jī)在啟動(dòng)時(shí),轉(zhuǎn)差率S接近1時(shí),轉(zhuǎn)差大時(shí),無(wú)功率大,功率因數(shù)低異步電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí),轉(zhuǎn)差率S接近0時(shí),轉(zhuǎn)差小時(shí),無(wú)功率小,功率因數(shù)高而變頻器在啟動(dòng)電機(jī)時(shí),輸出頻率低,就可以保證異步電機(jī)轉(zhuǎn)差在額定轉(zhuǎn)差范圍內(nèi),所以保證電機(jī)始終工作在高功率因數(shù)狀態(tài)所以可以這樣說(shuō),變頻器改變輸出頻率,限制異步電機(jī)轉(zhuǎn)差在額定轉(zhuǎn)差范圍內(nèi),從而保證電機(jī)的運(yùn)行功率因數(shù)高如果變頻器輸出頻率f與輸出電壓U的比值一定時(shí),電機(jī)磁通 中是個(gè)定值,即勵(lì)磁電流NIo 不變只有電機(jī)磁通 中減

20、小時(shí),勵(lì)磁電流NIo減小所以變頻器提升 功率因數(shù)的主要方式是限制異步電機(jī)轉(zhuǎn)差率來(lái)實(shí)現(xiàn)的當(dāng)異步電機(jī)處于大馬拉小車(chē)時(shí),變頻器可調(diào)整頻壓比,減小電機(jī)磁通 中,有降低無(wú)功電流,提升功率因數(shù)的作用所以,簡(jiǎn)單說(shuō),低頻時(shí),輸出電壓低,無(wú)功電流小 的結(jié)論是錯(cuò)誤的,降低頻率,降低電壓,但頻壓比恒定,是保證電機(jī)鐵心磁通中不變,等于電機(jī)設(shè)計(jì)磁通 中,即工頻時(shí)的磁通 中當(dāng)大馬拉小車(chē)時(shí),可以降低電機(jī)磁通 中,也就是改變頻壓比的值,也就是在相同頻率下,適當(dāng)降低電壓,降低勵(lì)磁電流降低頻率,降低電壓,不降低磁通中,勵(lì)磁電流不變,無(wú)功功率不變改變頻壓比,降低電機(jī)磁通中,降低勵(lì)磁電流,降低了無(wú)功功率,提升了功率因數(shù)提升自然功率因

21、數(shù),包括合理選擇電器設(shè)備.預(yù)防變壓器輕載運(yùn)行,合理安排工藝流程,在條件允許的情況下盡量使用同步電動(dòng)機(jī)；通過(guò)人工補(bǔ)償提升功率因數(shù)、最常用的是并聯(lián)電容器補(bǔ)償.并不是經(jīng)補(bǔ)償后的功率因數(shù)越高越好,由于補(bǔ)償裝置消耗有功發(fā)出無(wú)功,隨著補(bǔ)償容 量的增加,其有功損耗也增加,初投資增大.就經(jīng)濟(jì)運(yùn)行角度而言,補(bǔ)償后的功率因數(shù)過(guò)高或過(guò)低均會(huì)使總功率損耗增加；假設(shè)補(bǔ)償功率因數(shù)恰當(dāng),能使總有功損耗最小,此時(shí)的補(bǔ)償容量及功率因數(shù)稱(chēng)為按經(jīng)濟(jì)運(yùn)行原那么確定的 補(bǔ)償容量及功率因數(shù).采用并聯(lián)電容器補(bǔ)償.下面是我找的2篇文章淺談交流變頻傳動(dòng)對(duì)功率因數(shù)的提升作用1引言在工業(yè)生產(chǎn)和工具中通常都需要用到交流異步電動(dòng)機(jī),然而與其他類(lèi)型的負(fù)

22、載相比較,它的功率因數(shù)相對(duì)較低,從而導(dǎo)致更高的線電流,這將最終導(dǎo)致線路電纜和變壓器額外的發(fā)熱.在特大型電機(jī)輕載運(yùn)行的應(yīng)用場(chǎng)合,其功率因數(shù)尤其低.如果你使用交流傳動(dòng)的變頻器 vsd來(lái)限制電機(jī)的速度那么能夠提升功率因數(shù),因此也能降低變壓器和線路上的電力損耗.這樣,交流傳動(dòng)就能夠幫助治理者省去投資功率因數(shù)補(bǔ)償器設(shè)備的投資.本文將主要介紹使用變頻器后進(jìn)線電流能小于出線電流現(xiàn)象的原因,同時(shí)比較了交流傳動(dòng)與定速傳動(dòng)或直流傳動(dòng)等其他調(diào)速方式的異同點(diǎn).2功率因數(shù)與變頻傳動(dòng)2.1功率因數(shù)與cos 6的區(qū)別功率因數(shù)pf是電氣系統(tǒng)中一個(gè)重要的測(cè)量指標(biāo),它定義為實(shí)際消耗功率以kw為單位與總裝置的視在功率以kva為單位

23、的比值.功率因數(shù)是大局部人比較關(guān)心的話題,但是有時(shí)卻經(jīng)常與cos 6 phi發(fā)生混淆.這里要注意一點(diǎn),功率因數(shù) pf只有在系統(tǒng)電壓u和系統(tǒng)電流i是正弦波的時(shí)候才等于cos 4 phi,也就是說(shuō)電壓和電流在同一個(gè)頻率時(shí)二者才是等同的.但是實(shí)際上,電氣系統(tǒng)中的電壓和電流都包含諧波,因此在多數(shù)情況下,功率因數(shù)pf都不等同于cos 6 phi.Reactive Power =SO kVArActive (Real) Pw審=SO kW Powwr Factor swioo = o*H為理解功率因數(shù) pf的概念,下面以矢量形式來(lái)表示.圖1為電氣線路圖,電壓u(一個(gè)固定的頻率)在該線路將產(chǎn)生一線路電流i.

24、根據(jù)歐姆定理,每個(gè)器件上的電壓降都由電流與電阻相乘,其矢量圖見(jiàn)圖2.在圖1中,電壓u由三局部產(chǎn)生,即電阻r產(chǎn)生的壓降ur=ir、電感xl產(chǎn)生的壓降ul=ixl和電容產(chǎn)生的壓降 uc=ixc 組成.其電壓和電流可以由圖 2的矢量方式分解出來(lái).本回路中,電流 i都是相同的,電壓那么在矢量表現(xiàn)方式上 不同,有超前和滯后.根據(jù)圖 2,我們可以得出cos 6的定義.為了更進(jìn)一步地解釋,功率因數(shù)pf可以更加形象地用匹馬在沿軌道拉有軌電車(chē)來(lái)比方,由于軌道接頭是不平的,必須要在邊上才能拉.這樣一來(lái),馬拉的方向與實(shí)際有軌電車(chē)的方向有一個(gè)角度.馬實(shí)際所做的功只有一部 分是用來(lái)拖動(dòng)車(chē)子的,其余的就浪費(fèi)掉了,這之間的

25、關(guān)系可用圖3來(lái)表示.總而言之,有下面幾個(gè)結(jié)論：(1)功率因數(shù)pf是實(shí)際功率除以視在功率； 當(dāng)線路電壓和電流都是正弦波的時(shí)候,功率因數(shù)pf= cos 6 ;(3) 功率因數(shù)的表示可以從 0到1或是從0到100%;(4) 實(shí)際中功率因數(shù)pf受諧波和其他非線性波形影響；(5) 實(shí)際中功率因數(shù)pf比正弦波時(shí)的功率因數(shù)低.2.2提升功率因數(shù)的原因電站的功率因數(shù)通常是被設(shè)計(jì)成pf=0.8到0.9,如果實(shí)際的用戶(hù)端功率因數(shù)是比0.8還要低的話,要么發(fā)電機(jī)電流比額定值要增加,要么用戶(hù)端實(shí)際的功率必須降低.基于這樣的原因,一般電力公司都把用戶(hù)消耗的無(wú)功功率 設(shè)定一個(gè)限值.該限值通常是只為大工業(yè)用戶(hù)或公用用戶(hù)設(shè)定

26、的.如果用戶(hù)端的功率因數(shù)低于一個(gè)設(shè)定值時(shí)不得不交罰款,通常該限值從0.8到0.97左右.由于電動(dòng)機(jī)的作用,往往會(huì)導(dǎo)致功率因數(shù)的下降.通常電機(jī)的額定功率因數(shù)是依賴(lài)于額定功率,典型的pf=0.85 ,但當(dāng)電機(jī)處于輕載運(yùn)行時(shí),問(wèn)題就出來(lái)了,以下就討論這個(gè)問(wèn)題.2.3電機(jī)功率因數(shù)低的分析在工業(yè)和裝置中大量使用的電動(dòng)機(jī)通常需要消耗大約工業(yè)生產(chǎn)的50%左右的能量,但跟其他負(fù)載相比,其產(chǎn)生的功率因數(shù)低得多.為預(yù)防由此產(chǎn)生的對(duì)電力變壓器和電力電纜的損耗,必須要提升功率因數(shù).為了產(chǎn)生額定的轉(zhuǎn)矩和速度,電動(dòng)機(jī)通常會(huì)產(chǎn)生有功電流和無(wú)功電流.電機(jī)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生是由有功電流局部和磁場(chǎng) 相互作用的結(jié)果,而磁場(chǎng)那么是由無(wú)功電流

27、分量產(chǎn)生的.電動(dòng)機(jī)輕載時(shí)只需要更小的有功電流,而勵(lì)磁局部的無(wú)功 電流那么保持不變.這就意味著一旦負(fù)載下降,功率因數(shù)也隨之下降.圖4為55kw電機(jī)在不同的負(fù)載電流時(shí)其不同功率因數(shù)的比較數(shù)據(jù).在全負(fù)荷工作時(shí),電流根本都是有功的,而輕載時(shí)電流主要是無(wú)功的.I w 頃itOT9a60Toba50陽(yáng)33RIO0T0 6 10 16 2D 25 JU J5 Mf 45 5U 55 6CIkW2.4功率因數(shù)提升的方式提升功率因數(shù)的方式有很多種.在電站,可以通過(guò)提升同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁來(lái)補(bǔ)償過(guò)多的無(wú)功,也可以啟用獨(dú)立的 同步旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器.在電力傳輸或變電站,通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償電容組來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償,該電容組可以考慮單一負(fù)載

28、或整 個(gè)系統(tǒng)的無(wú)功來(lái)安裝以提升功率因數(shù).在工廠一級(jí),可以選用無(wú)功補(bǔ)償電容組,也可以使用變頻調(diào)速裝置.二者不能共同使用,一方面沒(méi)必要,另一方面?zhèn)鲃?dòng)電機(jī)的諧波會(huì)損傷電容組O2.5應(yīng)用交流變頻調(diào)速時(shí)的功率因數(shù)對(duì)一個(gè)帶整流橋的 pwm變頻器而言,到交流線路上的功率因數(shù)根本是一致的,而輸出那么會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電感的功率因數(shù),這主要是由于電機(jī)的感應(yīng)線圈產(chǎn)生的.但是,電動(dòng)機(jī)的無(wú)功電流是在電機(jī)和變頻器的直流電容組之間循環(huán)的,而不會(huì)到電網(wǎng)上去.圖 5為pwm變頻器的工作原理,它包括整流橋(交變直)、支路電容和igbt(直變交)三部分.AC to DCDCtdAC由于電力器件的快速開(kāi)關(guān),導(dǎo)致電磁輻射的產(chǎn)生,它可以在線路

29、中傳導(dǎo),也會(huì)在空間傳播,國(guó)際組織為此都制定 emc標(biāo)準(zhǔn).同時(shí)制造商也通過(guò)使用濾波器、屏蔽電纜以及適宜的機(jī)械裝配,以最終滿(mǎn)足emc標(biāo)準(zhǔn).OutputPower Factor O.e to.92.6變頻調(diào)速提升功率因數(shù)的解析先來(lái)看一下55kw/400v電機(jī)和變頻器的電流：電動(dòng)機(jī)端額定功率 55kw , 89.5a , u=400v,效率=94.4%,功率因數(shù) pf=0.89電動(dòng)機(jī)輸入功率=55kw/0.944=58.3kw電動(dòng)機(jī)輸入視在功率 =55kw/0.89=65.5kva(2)變頻器端額定輸出 p=58.3kw , 94.5a , u=400v,效率=98%,功率因數(shù) pf=0.96變頻器輸

30、入功率=58.3kw/0.98=59.5kw電動(dòng)機(jī)輸入視在功率 =kw/pf=62.0kva從這里看出,變頻器的輸入電流比從變頻器輸出到電動(dòng)機(jī)的輸出電流還要小5a(94.5-89.5a),而有功功率從輸入端的59.5kw 降至電機(jī)輸出端的 58.3w.變頻器輸入和輸出功率因數(shù)差就說(shuō)明了變頻調(diào)速系統(tǒng)是怎樣能夠提升功率因數(shù)的,也可以解釋為什么變頻器輸出電流可以比輸入電流高的原因,而這就會(huì)幫助工廠降低損耗和節(jié)省費(fèi)用.估算在電力線路、變壓器和電纜上的能量損耗大約等同于電流的平方.因此我們可以這樣估算：a) 假定55kw電機(jī)上的平均負(fù)載是 35kw;b) 由圖4可以看出,電機(jī)電流在35kw時(shí)是65a,在

31、此條件下交流變頻器的輸入電流是60a;c) 使用了交流變頻器之后電流從65a降至60a;d) 如采用交流變頻供電時(shí),電機(jī)的能量將可以節(jié)省15%如果在輸入端的能量損耗為5%的話,那么交流變頻的能量損耗為4%.在總電能損耗降低 1%的情況下,同樣也可以在費(fèi)用上節(jié)省相同的量.當(dāng)然,這里必須要指出的是安裝和使用變頻器并不單單為了提升功率因數(shù),而是為了在工藝過(guò)程限制、節(jié)能以及 降低機(jī)械損耗,功率因數(shù)的提升那么是安裝變頻器之后的一個(gè)附帶作用.3結(jié)束語(yǔ)上面講的是交流傳動(dòng)變頻對(duì)功率因數(shù)的影響,那同是調(diào)速的直流傳動(dòng)又會(huì)是怎么樣呢？標(biāo)準(zhǔn)的直流傳動(dòng)和交流傳動(dòng)的區(qū)分在于,交流變頻器采用的是二極管整流回路,而直流調(diào)速器

32、那么是晶閘管scr整流回路.scr整流的限制是相位限制,因此會(huì)產(chǎn)生電壓和電流間的相位差.速度越低,移相角越大,那么直流傳動(dòng)pf特性,很顯然,直流在低速其pf很的功率因數(shù)pf就越低.圖6所示為不同速度區(qū)間中交流傳動(dòng)與直流傳動(dòng)的 低,而交流傳動(dòng)那么根本保持在很高的水平.ACPC總而言之,功率因數(shù)這個(gè)話題是比較有趣的,同時(shí)對(duì)于眾多的電站和用電大戶(hù)來(lái)說(shuō)也非常重要.工業(yè)、商業(yè)和家 庭消費(fèi)者都希望使用最有效率的用電設(shè)備和電力設(shè)施,來(lái)為他們的機(jī)器效勞.功率因數(shù)的低下不僅意味著額外的 浪費(fèi),也意味有可能遭受罰金.在另外一方面,電力公司都想把更多的電能賣(mài)給他們的用戶(hù)群,如功率因數(shù)一低,那么必須降低發(fā)電和傳輸容量. 功率因數(shù)補(bǔ)償器的制造商都非常愿意把電容器組和自動(dòng)化設(shè)備賣(mài)給用戶(hù)以提升他們的功率因數(shù),社會(huì)咨詢(xún)機(jī)構(gòu)也有興趣來(lái)幫助電力公司、用電戶(hù)和其他成員提出更好的方案和方案來(lái)提升功率因數(shù)、獲取更高質(zhì)量的電能.而本 文通過(guò)分析得出結(jié)論,在工廠的電機(jī)拖動(dòng)中采用交流變頻技術(shù)將解決困擾功率因數(shù)的難題,最終提升過(guò)程限制的 有效性,降低機(jī)器損耗、節(jié)約電力資源.變頻器運(yùn)行時(shí)其輸入側(cè)的功率因數(shù)一般較低,通常都要采取一些舉措于以改善.一、變頻器的無(wú)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(dòng)機(jī)的運(yùn)行功率因數(shù)低有著重要的區(qū)