（已结束）变频擂台第34期——变频器能提高功率因数吗? 点击：4137 | 回复：33
本期话题：变频器能改善功率因数吗?又是怎么改善的？
有些资料说变频器有电容器能提高电网的功率因数，另一方面，变频器产生高次谐波,又使功率因数下降。到底变频器是提高还是降低功率因数？为什么？
针对以上要求，进行详细阐述。最好能有图片说明，如果能以某品牌变频器举例说明更佳。列举得最全的、阐述得最详细的、原创最多的，作为一等奖。
变频擂台每周一期，本期擂台的最晚结贴时间为：2011年6月26日。
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1）变频器的功率因数
变频器输入侧功率因数偏低的原因，与工频电动机的运行功率因数低有着重要的区别。由于电动机是感性负载，运行电流的相位滞后于电压，功率因数的高低取决于电流与电压之间的相位关系。而变频器功率因数低是由其电路结构造成的。变频器通常是“交一直一交”式结构，即三相交流电源经三相整流桥和滤波电容器变为直流，再经控制电路和逆变管转换为频率可调的交流电。在整流过程中，只有当交流电源的瞬时值大于直流电压 UD 时，整流二极管才会导通，整流桥中才有充电电流，显然，充电电流总是出现在电源峰值附近的有限时间内，呈不连续的脉冲波形。这种非正弦波具有很强的高次谐波成分。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 O ． 7 ～ 0 ． 75 。
2）提高功率因数的措施
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。
晶闸管整流装置之所以得到广泛应用，是因为这种整流装置简单、便宜、可靠，而且无需换相电路。由于它显示出的极大优越性，使它成为弱电控制与强电输出之间的得力桥梁。但是这种装置不是完美无缺的。其缺点是当它输出的电压低于它的最大值．亦即在开通角较大时，功率因数低。而低功率因数运行，浪费电能，这在大功率应用中是首先要考虑的问题。变频器运行改善其输入侧的功率因数较低的问题一、变频器的无功功率与功率因数
由于变频器输入侧功率因数偏低的原因，与工频电动机的运行功率因数低有着重要的区别。由于电动机是感性负载，运行电流的相位滞后于电压，功率因数的高低取决于电流与电压之间的相位关系。而变频器功率因数低是由其电路结构造成的。变频器通常是“交一直一交”式结构，即三相交流电源经三相整流桥和滤波电容器变为直流，再经控制电路和逆变管转换为频率可调的交流电。在整流过程中，只有当交流电源的瞬时值大于直流电压 UD 时，整流二极管才会导通，整流桥中才有充电电流，显然，充电电流总是出现在电源峰值附近的有限时间内，呈不连续的脉冲波形。这种非正弦波具有很强的高次谐波成分。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 O ． 7 ～ 0 ． 75 。
二、提高功率因数的措施
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接入电抗器 。交流电抗器，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外。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，实际上是脉冲宽度和占空比的大小按正弦规律分布 的脉宽调制波，这个脉冲序列是变频器中逆变管不断交替导通形成的，如果在输出端接入电容器，则逆变管在交替导通过程中，不但要向电动机提供电流，还会增加电容器的充电电流和放电电流，会导致逆变管损坏。
三、电抗器的选用
电抗器对大部分变频器来说不是标准配置，是选配件。可根据需要选用。
四、交流电抗器的相关应用
有时为了降低设备投资的成本而不接交流电抗器，容忍变频调速系统在低功率因数下运行。但在下列运行环境中连接交流电抗器则是必需的：
1 ．如与变频器在同一供电系统中的电子设备较多，变频器的高次谐波将影响电子设备正常工作，这时应在变频器输入侧连接交流电抗器，同时用 1000V 、 100nF-220nF 的电容器进行滤波，尽量减小高次谐波的干扰。
2 ．同一供电系统中有容量较大的可控硅设备，由于可控硅设备也会导致电压波形的畸变，与变频器相互产生影响，因此，两种设备的输入端都应接入交流电抗器。
3 ．多台变频器运行于同一供电系统中，除了变频器之间互相影响外，还会导致相邻设备工作失常，这时每台变频器输入端都应接入交流电抗器。
利用晶闸管提高功率因数的例子；
通常的晶闸管整流装置，随控制角“的增大(整流输出电压减小)则牛角增大，使得位移因数减小。而交流侧的电流波形为方波或梯形渡，所以电流畸变因数也不等于l。可见整流装置对电网的不良影响是由电流畸变因数和位移因数造成的。所以改善功率因数也应从改善这两方面的特性入手。即一方面要尽量减小电流与电压问的相角差；另一方面应使电网侧电流波形尽量接近正弦渡。从电路构成的形式上看，可把整流装置进行适当地组合，使它们成为一个系统，通过这些装置运动状态的相互配合。使其对电网侧所呈现的功率因数得以提高；另一方面对整流装置的主回路进行改革，使之在同样的电压调整范围内，获得功率较高的因数。如图所示：
改进的三相四线制整流电路如图3所示。它与一般三相桥相比，是在零线上接入了辅助晶闸管 、 P|。 P 、 ^ 并非随时都可以被触发导通。若把它们能够被触发导通的开始时刻设为d— O，则辅助触发角d定义为线电压与相电压的交点向右的角度，如图所标。
件，KP，、KP。不导通，装置工作情况与一般三相桥式电路相同 当 在( ／6，5 6)间，在a时刻触发KP-、KP。，则KP。、KPs导通，输出电压为U ，导电途径为 一 一负载一 P•一6—0。在辅助触发角d时，触发KPs，则KP。通， 受反压关断，输出电压为 。导电途径为 一 P 一负载一 一0。接着相应 时刻，KP：被触发导通，KPs被关断，输出电压 。在相应的d时刻，触炭导通KP ，输出电压 ，KP-被关断。其它管子的通断情况依此类推。其整流输出电压，靠辅助晶闸管KPt、KPs交替导通，使主可控硅KP- •提前关断，以减小每相导电时间，导致电流波形前移，使位移因数提高，从而使功率因数得到改善。
看刘老师的这个贴子：变频器电机空载运行的无功功率是谁提供的？
http://www.gongkong.com/webpage/forum/201010/2010100109551700002-1.shtml
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。...
首先说变频器提高功率因数的问题，因为有直流母线的存在，所以变频器输出的功率因数对变频器输入侧影响就大大降低了，而输入侧采用的是不可控的二极管整流，所以功率因数不会很低。这样说，变频器可以提高功率因数的说法是可以的。
其次，说电抗器的作用，如果加电抗器（输入侧），他可以抑制谐波，而谐波的存在，会影响功率因数的下降。因此说，加了输入电抗器，可以提高功率因数，也是可以理解的。
变频器的结构和电抗器的使用，是说两个不同的问题，他们都与功率因数连在一起，这也许是一种技术与商业挂钩的一种炒作。反正电力电子电路的原理在那摆着，怎么有利怎么联系呗。
谐波的产生以及谐波对功率因数的影响，是多方面的，与具体体统的结构、技术路线、安装等等都有关联，真要是分析谐波和产生以及消除的问题，一定要联系现场的实际来谈，才能有的放矢。当然，大型系统不允许不加输入电抗器的。这点是肯定的。
1、补偿电容器只能提供超前电流，以弥补感 性负载的滞后电流，但不能削弱变频器输入侧的谐 波电流，所以不起作用。补偿电容量大了，容易和 某一谐波电流发生谐振，因而容易损坏。
2、目前使用的变频器，绝大多数是交－直交 变频器，在变频器的输入侧和输出侧之间，隔着 一个直流回路。因此，提高电动机的功率因数，并 不能提高变频器输入侧的功率因数。实际上，是不 起任何作用的。
3、滞后电流的功率 因数，则cos ≈1。然而，这并不是功率因数的全 部。事实上，变频器由于输入电流中含有十分丰富 的谐波电流，其畸变因数较低，故总功率因数是不 高的。
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