通用变频器的功率因数

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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7.1l(a)所示。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www.fineprint.cn变频器输入电路的功率因数高次

2、谐波电流的瞬时功率可以由下式计算Pi=u1i1式中下标i为谐波次数。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，如图7.13曲线①所示，5次谐波电流如曲线②所示，两者的乘积Ps如曲线③所示。户。曲线与时间轴之间的面积（图中之阴影部分）表示该时间段内所做的功。PDF文件使用"pdfFactory"试用版本创建www.fineprint.cn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

3、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高次谐波电流。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。PDF文件使用"pdfFactory"试用

4、版本创建www.fineprint.cn(1)直流电抗器Ld串于整流桥和滤波电容之间。直流电抗器的结构简单、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0.5～0.85。但它除了滤波功能外，还具有以下功能：①抑制输入电路中的浪涌电流。②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。PDF文件使用"pdfFactory"试用版本创建www.fineprint.cn图7.15表明，电感越大，改善功率因数的

5、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PWM电压，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

6、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www.fineprint.cn对于传统的线性负载（电阻、电容、电感），只有电阻性负载的功率因数为1，其他负载（电感、电容），功率因数均小于1，这是因为电感导致电流滞后于电压，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

7、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，