变频器能改善功率因数吗

1、变频器能改善功率因数吗 ？又是怎么改善的?一、先确定几个概念：1、无功功率，是负载与电源之间交换能量的快慢；2、功率因数，是指有功功率与视在功率的比值；2、电容的电流超前电压 90度；二、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？1、变频器的输入侧是整流、电容滤波电路；2、由于整流二极管只是在正弦交流电压的最大值处导通，主要是电容的充电脉冲电流；3、所以变频器产生了高次谐波电流；4、 由于整流管导通时，电流、电能只有输入没有输出，是单方向的，所以电源功率是有功功率=视在功率，没有交换能量的无功功率，功率因数是1 ；5、所以变频器产生高次谐波，但功率因数没

2、有下降，因为变频器只吸收了能量；6、所以变频器产生高次谐波，功率因数也没有提升，因为变频器只吸收了能量，没有给电网提供无功功率三、有些资料说变频器有电容器能提高电网的功率因数：1、如果测量电压与电流的相位角，确实是 容性角；2、 如果功率因数表是 根据此容性角计算功率因数，则功率因数低于1 ；3、 依此功率因数计算得出的容性无功功率 ，认为是给电网提供的无功补偿功率，并得出变频器有电容器能提高 电网的功率因数”。4、这是测量原理上造成的错误！5、如果实测有功功率和视在功率；6、变频器与电源之间就不存在无功功率；7、也没有电容为电源提供的容性无功功率；8、也不会出现变频器提高电网功率因数的错误说

3、法；四、从变频器输入端看，能量实际传递的过程和方式：1）当交流电压大于滤波电容的电压时，整流二极管导通，滤波电容充电;2）当交流电压经过最大值开始减小，小于于滤波电容的电压时，整流二极管反向截至，滤波电容充电结束并向负载测逆变电路供电；3）这样没有电能不断的由电源输入到电容器，电容器不断的将电能输入到负载；4）电流、电能是单方向流动或传输，没有逆向电源的无功功率；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

4、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，

5、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0 . 70 . 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

6、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

7、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

8、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丨。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：ad . 2采用三相四线制电路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

9、、P|。P、人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 0,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。这种电曲的工惟眨理量当主魅发滋鼻歼十5耐门时.牠助赢期管X巧、K刊不具备导吐件，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，导电途径为负载一 P?一 60。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 K

10、P，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。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

11、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

12、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胡。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。通用变频器一般是 AC-DC-AC 型，逆变器多为 VSI，整个变频调速系统的功率因数主要取决于变频器输入电流。电压与电流间的相位差是一种功率因数的典型定义，即功率因数等于电压与电流相角差的

13、余弦函数。功率因数可以反映有功、无功和视在功率的比例关系。只有阻性负载功率因数才是1，任何电抗，不论是电感或是电容，都会造成输入电流相对于输入电压的相位改变。感性负载会造成功率因数降低，如异步电机直接接在电网上运行。不控整流器的运行特点是只在输入交流电压的峰值附近才有输入电流，导致产生了很大的电流谐波含量，造成输 入电流的谐波失真，因此这样一个非线性的负载将会导致功率因数比较低。（1）功率因数偏低的影响a）对电动机的影响对于电动机来说，功率因数低，将会降低电动机的效率。如图3所示，功率因数低，意味着电流与电压之间的相位差较大，故在有功电流i1a相等的情况下，有：CQS * / < COS

14、叮 >It图1功率因数与电流可见，功率因数低的最终结果，是电动机的铜损增加，故效率降低。电动机效率的降低，虽然是用户应该考虑的问题，但却并不是供电系统考虑的主要问题。b)对供电系统的影响供电系统在为用户提供电源时，要受到电流大小的制约。因为电流太大了，会使导线发热严重，损坏绝缘。如果供电线路里无功电流太多了，则有功电流必减小，影响了供电能力。对于供电系统来说，这是更为重要的问题。所以，供电系统总是通过进线处的无功电度表来考察用户的功率因数的。(2) 变频器的功率因数问题a)电动机侧的功率因数对于交-直-交变频器而言，电动机侧的无功电流将被直流电路的储能器件(电容器)吸收，反映不到变频器的

15、输入电路中。因此，电动机的功率因数并不是供电系统考察的对象。图2交一直一交变频器的框图b)变频器输入电流的功率因数变频器的输入侧是三相全波整流和滤波电路，如图3(a)所示。显然，只有当电源线电压的瞬时值u丨大于电容器两端的直流电压 ud时，整流桥中才有充电电流。因此，充电电流总是出现在电源电压的振幅值附近，呈不连续 的冲击波状态，如图 5(b)和(c)所示。显然，变频器的进线电流是非正弦的，具有很大的高次谐波成份。有关资料 表明，输入电流中，高次谐波的含有率高达88%左右，而5次谐波和7次谐波电流的峰值可达基波分量的80%和70%，如图3(d)所示。如上述，所有高次谐波电流的功率都是无功功率。

16、因此，变频器输入侧的功率因数是很低的。有关资料表明，甚至可低至0.7以下。VDGVD6VH2Um(a)<b)3070：11240 502S0 390 550 650850 応土)(b)咀压波形图3输入电流波形分析图因此，变频调速系统需要考察的是输入电流的功率因数。(3)功率因数测量的误区a) 输入电流的位移因素因为变频器输入电流的基波分量总是与电源电压同相位的，所以，其位移因数等于1。b) 功率因数表的测量结果功率因数表是根据电动式偶衡表的原理制作的，其偏转角与同频率电压和电流间的相位差有关。但对于高次谐波电流，则由于它在一个周期内所产生的电磁力将互相抵消，对指针的偏转角不起作用。功率因

17、数表的读数将反映 不了畸变因数的问题。如果用功率因数表来测量变频器输入侧的功率因数，所得到的结果是错误的。3变频器功率因数的改善根据以上的分析，改善变频器功率因数的基本途径是削弱输入电路内的高次谐波电流。因此，不能用补偿电容的方法。恰恰相反，目前较多地使用电抗器法。3.1电抗器法(1)交流电抗器法如图4(a)所示，在变频器的输入侧串入三相交流电抗器al。串入al后，输入电流的波形如图4(b)所示，高次谐波电流的含有率可降低为38%;功率因数pf可提高至0.80.85中的接总 r»NBK«1UKM图4交流电抗器连接示意图除此以外，al还有以下作用：a）削弱冲击电流电源侧短暂的

18、尖峰电压可能引起较大的冲击电流。交流电抗器将能起到缓冲作用。例如，在电源侧投入补偿电容（用于改善功率因数）的过渡过程中，可能出现较高的尖峰电压；b）削弱三相电源电压不平衡的影响。（2）直流电抗器法直流电抗器dl接在整流桥和滤波电容器之间，如图5（a）所示。 a）在牡应屮的接汇（b）喲入壯流跛图5直流电抗器连接示意图接入直流电抗器后，变频器输入电流的波形如图5（b）所示，高次谐波电流的含有率可降低为33%;功率因数pf可提高至0.90以上。由于其体积较小，故不少变频器已将直流电抗器直接配置在变频器内。直流电抗器除了提高功率因数外，还可削弱在电源刚接通瞬间的冲击电流。如果同时配用交流电抗器和直流电

19、抗器，则可将变频调速系统的功率因数提高至0.95以上。（3）注意事项电路中串入电抗器后，变频器的最高输出电压将降低23%。这将导致电动机运行电流的增加和起动转矩的减小。因此，当电动机的裕量较小，或要求高起动转矩的情况下，应考虑加大电动机和变频器的容量。异步电机在启动时，转差率S接近1时，转差大时，无功率大，功率因数低异步电机在额定运行时，转差率S接近0时，转差小时，无功率小，功率因数高而变频器在启动电机时，输出频率低，就可以保证异步电机转差在额 定转差范围内，所以保证电机始终工作在高功率因数状态所以可以这样说，变频器改变输出频率，控制异步电机 转差在额定转差范围内，从而保证电机的运行功率因数高

20、如果变频器输出频率f与输出电压U的比值一定时，电机磁通是个定值，即励磁电流（Nlo ）不变只有电机磁通 减小时，励磁电流（Nlo ）减小所以变频器提高功 率因数的主要方式是控制异步电机转差率来实现的当异步电机处于大马拉小车时，变频器可调整频压比，减小电 机磁通 ，有降低无功电流，提高功率因数的作用所以，简单说，低频时，输出电压低，无功电流小”的结论是错误的，降低频率，降低电压，但频压比恒定，是保证电机铁心磁通不变，等于电机设计磁通，即工频时的磁通当大马拉小车时，可以降低电机磁通，也就是改变频压比的值，也就是在相同频率下，适当降低电压，降低励磁电流降低频率，降低电压，不降低磁通 ，励磁电流不变，

21、无功功率不变改变频压比，降低电机磁通 ,降低励磁电流，降低了无功功率，提高了功率因数提高自然功率因数，包括合理选择电器设备.避免变压器轻载运行，合理安排工艺流程，在条件允许的情况下尽量使用同步电动机；通过人工补偿提高功率因数、最常用的 是并联电容器补偿。并不是经补偿后的功率因数越高越好，因为补偿装置消耗有功发出无功，随着补偿容量的增 加，其有功损耗也增加，初投资增大。就经济运行角度而言，补偿后的功率因数过高或过低均会使总功率损耗增加；若补偿功率因数恰当，能使总有功损耗最小，此时的补偿容量及功率因数称为按经济运行原则确定的补偿容 量及功率因数。采用并联电容器补偿。下面是我找的2篇文章浅谈交流变频

22、传动对功率因数的提高作用1引言在工业生产和工具中通常都需要用到交流异步电动机，然而与其他类型的负载相比较，它的功率因数相对较低，从而导致更高的线电流，这将最终导致线路电缆和变压器额外的发热。在特大型电机轻载运行的应用场合，其功 率因数尤其低。如果你使用交流传动的变频器（vsd）来控制电机的速度则能够提高功率因数，因此也能降低变压器和线路上的电力损耗。这样，交流传动就能够帮助管理者省去投资功率因数补偿器设备的投资。本文将主要介绍使用变频器后进线电流能小于出线电流现象的原因，同时比较了交流传动与定速传动或直流传动等其他调速方式的异同点。2功率因数与变频传动2.1功率因数与cos ©的区别

23、功率因数（pf）是电气系统中一个重要的测量指标，它定义为实际消耗功率（以kw为单位）与总装置的视在功率（以kva为单位）的比值。功率因数是大部分人比较关心的话题，但是有时却经常与cos机phi）发生混淆。这里要注意一点，功率因数pf只有在系统电压 u和系统电流i是正弦波的时候才等于cos机phi），也就是说电压和电流在同一个频率时二者才是等同的。但是实际上，电气系统中的电压和电流都包含谐波，因此在多数情况下，功率因数pf都不等同于cos ©（phi）。Uc = 1" Xr为理解功率因数 pf的概念，下面以矢量形式来表示。图1为电气线路图，电压u( 一个固定的频率)在该线路将

24、产生一线路电流i。根据欧姆定理，每个器件上的电压降都由电流与电阻相乘，其矢量图见图2。在图1中，电压u由三部分产生，即电阻r产生的压降ur=ir、电感xl产生的压降ul=ixl和电容产生的压降uc=ixc组成。其电压和电流可以由图2的矢量方式分解出来。本回路中，电流i都是相同的，电压则在矢量表现方式上不同，有超前和滞后。根据图2,我们可以得出cos ©的定义。为了更进一步地解释，功率因数pf可以更加形象地用一匹马在沿轨道拉有轨电车”来比方，因为轨道接头是不平 的，必须要在边上才能拉。这样一来，马拉的方向与实际有轨电车的方向有一个角度。马实际所做的功只有一部 分是用来拖动车子的，其余的

25、就浪费掉了，这之间的关系可用图3来表示。总而言之，有下面几个结论：(1)功率因数pf是实际功率除以视在功率；(2) 当线路电压和电流都是正弦波的时候，功率因数pf= cos(3) 功率因数的表示可以从0到1或是从0到100%;(4) 实际中功率因数pf受谐波和其他非线性波形影响；(5) 实际中功率因数pf比正弦波时的功率因数低。2.2提高功率因数的原因电站的功率因数通常是被设计成pf=0.8到0.9，如果实际的用户端功率因数是比0.8还要低的话，要么发电机电流比额定值要增加，要么用户端实际的功率必须降低。基于这样的原因，一般电力公司都把用户消耗的无功功率 设定一个限值。该限值通常是只为大工业用

26、户或公用用户设定的。如果用户端的功率因数低于一个设定值时不得不交罚款，通常该限值从0.8到0.97左右。由于电动机的作用，往往会导致功率因数的下降。通常电机的额定功率因数是依赖于额定功率，典型的pf=0.85，但当电机处于轻载运行时，问题就出来了，以下就讨论这个问题。2.3电机功率因数低的分析在工业和装置中大量使用的电动机通常需要消耗大约工业生产的50%左右的能量，但跟其他负载相比， 其产生的功率因数低得多。为防止由此产生的对电力变压器和电力电缆的损耗，必须要提高功率因数。为了产生额定的转矩和速度，电动机通常会产生有功电流和无功电流。电机转矩的产生是由有功电流部分和磁场相互作用的结果，而磁场则

27、是由无功电流分量产生的。电动机轻载时只需要更小的有功电流，而励磁部分的无功电流则保持不变。这就意味着一旦负载下降，功率因数也随之下降。图4为55kw电机在不同的负载电流时其不同功率因数的比较数据。在全负荷工作时，电流基本都是有功的，而轻载时电流主要是无功的mwDT-7- JOE* JMMQd 二 BdEsFQmuIJ6 10 Tb J) AJ J5 4U 45 5U W2.4功率因数提高的方式提高功率因数的方式有很多种。在电站，可以通过提高同步发电机的励磁来补偿过多的无功，也可以启用独立的 同步旋转补偿器。在电力传输或变电站，通过无功补偿电容组来实现无功补偿，该电容组可以考虑单一负载或整 个系

28、统的无功来安装以提高功率因数。在工厂一级，可以选用无功补偿电容组，也可以使用变频调速装置。二者不能共同使用，一方面没必要，另一方 面传动电机的谐波会损伤电容组。2.5应用交流变频调速时的功率因数对一个带整流桥的 pwm变频器而言，到交流线路上的功率因数基本是一致的，而输出则会产生一个电感的功率 因数，这主要是由于电机的感应线圈产生的。但是，电动机的无功电流是在电机和变频器的直流电容组之间循环 的，而不会到电网上去。图5为pwm变频器的工作原理，它包括整流桥(交变直)、支路电容和igbt(直变交)三2.6变频调速提高功率因数的解析先来看一下55kw/400v电机和变频器的电流：(1) 电动机端额

29、定功率 55kw，89.5a，u=400v，效率=94.4%，功率因数 pf=0.89电动机输入功率=55kw/0.944=58.3kw电动机输入视在功率 =55kw/0.89=65.5kva(2) 变频器端额定输出 p=58.3kw，94.5a，u=400v，效率=98%，功率因数 pf=0.96变频器输入功率=58.3kw/0.98=59.5kw电动机输入视在功率 =kw/pf=62.0kva从这里看出，变频器的输入电流比从变频器输出到电动机的输出电流还要小5a(94.5-89.5a)，而有功功率从输入端的59.5kw降至电机输出端的 58.3w。变频器输入和输出功率因数差就表明了变频调速

30、系统是怎样能够提高功率因数的，也可以解释为什么变频器输出电流可以比输入电流高的原因，而这就会帮助工厂降低损耗和节省费用。估算在电力线路、变压器和电缆上的能量损耗大约等同于电流的平方。因此我们可以这样估算：a) 假定55kw电机上的平均负载是35kw;b) 由图4可以看出，电机电流在35kw时是65a，在此条件下交流变频器的输入电流是60a;c) 使用了交流变频器之后电流从 65a降至60a;d) 如采用交流变频供电时，电机的能量将可以节省15%如果在输入端的能量损耗为5%的话，那么交流变频的能量损耗为4%。在总电能损耗降低1%的情况下，同样也可以在费用上节省相同的量。当然，这里必须要指出的是安

31、装和使用变频器并不单单为了提高功率因数，而是为了在工艺过程控制、节能以及 降低机械损耗，功率因数的提高则是安装变频器之后的一个附带作用。3结束语上面讲的是交流传动变频对功率因数的影响，那同是调速的直流传动又会是怎么样呢？scr整标准的直流传动和交流传动的区分在于，交流变频器采用的是二极管整流回路，而直流调速器则是晶闸管流回路。scr整流的控制是相位控制，因此会产生电压和电流间的相位差。速度越低，移相角越大，则直流传动的功率因数pf就越低。图6所示为不同速度区间中交流传动与直流传动的pf特性，很显然，直流在低速其pf很低，而交流传动则基本保持在很高的水平。40上I 9 & _7 &

32、; & 4 ? ? 1 *-! * * o o o o o o o o O2C总而言之，功率因数这个话题是比较有趣的，同时对于众多的电站和用电大户来说也非常重要。工业、商业和家 庭消费者都希望使用最有效率的用电设备和电力设施，来为他们的机器服务。功率因数的低下不仅意味着额外的 浪费，也意味有可能遭受罚金。在另外一方面，电力公司都想把更多的电能卖给他们的用户群，如功率因数一低，则必须降低发电和传输容量。功率因数补偿器的制造商都非常愿意把电容器组和自动化设备卖给用户以提高他们的功率因数，社会咨询机构也有兴趣来帮助电力公司、用电户和其他成员提出更好的计划和方案来提高功率因数、获取更高质量的电能。而本 文通过分析得出结论，在工厂的电机拖动中采用交流变频技术将解决困扰功率因数的难题，最终提高过程控制的 有效性，降低机器损耗、节约电力资源。变频器运行时其输入侧的功率因数一般较低，通常都要采取一些措施于以改善。一、变频器的无功功率与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