从功率因数角度变频器节能原理论文

从功率因数角度变频器节能原理论文 从功率因数提高的角度研究变频器的节能原理 摘要:功率因数是考核企业用电情况的一个主要指标。合理配置 变频器将有效提高用电系统功率因数，因此研究功率因数与变频器节 能原理之间的内在关系，就有着重大的理论和现实意义。本文将结合 交流异步电动机机械特性，以提高功率因数为切入点，研究变频器的 节能原理，为科学使用变频器，更好实现节能工作，做出相应的理论 指导。 Abstract: Power factor is a key indicator of corporation in electricity-using targets. It will improve power factor effectively by rational allocation of the inverter in power system， so the work will have great theoretical and practical significance， which study- ing with the relationship between power factor and the energy-saving principle of the inverter. This article which combines with the mechanical features of AC asynchronous motor will make a study of the inverter’s energy-saving principle through the increase- ing of power factor. There will have some specialties theoretic direction on using inve- rter better and achieving more effect in energy-saving. Keyword: Energy-saving; Inverter; Power factor; AC-asynchronous motor; Speed adjustment; 随着建设“节约型社会”政策的实施，节能工作已经成为决定众 多港口企业生存和发展的关键。在这一背景下，变频调速作为一种节能方法应运而生，在工业领域已经得到广泛应用。那么，作为用电节能指标的功率因数与变频器节能原理之间到底存在着什么样的内在关系,这作为一个问题，逐渐成为变频器应用方案优化领域研究的一个热点，本文将结合交流异步电动机机械特性，对此问题加以探究。 一、 功率因数的定义 由图1可知，在电动机启动时，电动机转速也就是转子转速 ，电机的功率因数最低，随着 的逐渐提高，功率因数亦不断提高。因此对电动机通过科学的调速可以提高用电的功率因数，从而达到节能的目的。下面，研究电动机在不同变频调速条件下的节能原理。 三、 低于电动机额定频率时的恒压频比调速的节能原理 由上式可知，保证电 ，即保证变频器输出电压 与变频器输出频率 的比值 为常数。因此，可以通过变频器来调整输出电压 的大小，从而控制输出功率。 在低于电动机额定频率时的恒压频比调速工况下，整个电路中的功率因数的高低主要取决于变频器的输入侧电路中的电流情况。 在“交-直-交，电压型”变频器的输入侧是整流和滤波电路。如图2所示。 在整流电路中，只有当电源线电压的瞬时值 大于电容器两端的直流电压 时，整流二极管才能导通，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峰值附近的有限时间内，呈不连续的脉冲波形，如图3所示。它具有很强的高次谐波成份，其中5次谐波 和7次谐波分量是很大的，其谐波如图4所示。 可见做功有一部分为正，一部分为负，依据三角函数知识可知，在一个电压周期中，正功和负功之和为零，即平均功率为零，做功均为无用功。同理，7次及更高次谐波做的功也是无用功。由此可知，要改善变频器输入侧的功率因数，必须设法削弱电流中的谐波成分。对此，正确的做法是在变频器输入侧接入电抗器，如图6所示。 其中， 示交流电抗器，它能够限制输入电压突变、有效地抑制谐波电波同时减小过电压引起的电流冲击，从而改善其功率因数并有效地保护变频器。 表示直流电抗器，它能使变频器逆变环节运行更稳定，改善变频器的功率因数。同时接入交流和直流电抗器的变频器电路，可以有效的减少谐波分量，使电动机调速系统的功率因数提高到95%以上。经实验得到如图7所示的谐波分析图。 在电动机低速运行时，依据交流异步电动机机械特性中的式(6)可知，这时电动机电路中的功率因数会很低，其主要原因是电路中无用功率很大，这时变频器可以通过调速使输出电压和输入电流下降，从而降低输入功率，同时减少电流谐波功率，从而保证功率因数不会明显下降，达到节能效果。 四、 高于电动机额定频率时的恒功率调速的节能原理 电动机工作在额定频率以上时，由式(7)可知， 升高到电源额定电压时，不能再继续升高，而电机工作电流也就不再升高，即电机功率恒定;同时 为常量，这样随着频率 变化的只有磁通 ，由电机拖动原理可知，这种工况下，在变频器变频时，对用电的功率因数影 响很小，但是由图1可知，此时，电动机已发挥其最大使用功率，自身的功率因数已经很高。 五、 综上所述，在一定的工况条件下，通过变频器变频调速可以有效地获得节能效果，而且从功率因数提高的角度也可以较清楚的理解变频器节能的一般原理。在这一原理的指导下，我们可以在变频器的实际应用过程中，研究不同工况下功率因数的制约因素其重点加以研究，合理配置变频器，从而达到良好的节能目的。 六、 参考文献 1. 杨德印. 变频器功率因数的改善. 机电技术(电子报) [N]， 2008，4:11 2. 天津电气传动研究所编著. 电气传动自动化技术手册[M]. 北京:机械工业出版社，1992:82-105 3. 张树国，李栋，胡竞. 变频调速技术的原理及应用[J]. 节能技术，2009，1:83-86 4. 戴广平. 电动机变频器与电力拖动[M]. 北京:中国石化出版社，1999(1):8-10， 31-48 5. 冯景晓，王希娟. 电容补偿与通用变频器节能原理及合理选用.防爆电机， 2005， 6: 13-16，41