關(guān)于變頻器負(fù)載的無功補(bǔ)償和諧波治理

時(shí)間：2022-04-11作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：244

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變頻器的作用

變頻器的作用主要就是調(diào)整電機(jī)的功率、實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行，以達(dá)到省電的目的。同時(shí)變頻器可降低電力線路的電壓波動(dòng)，由于電壓下降會(huì)導(dǎo)致同一供電網(wǎng)絡(luò)中的電壓敏感設(shè)備故障跳閘或工作異常。采用了變頻器后，變頻器的作用能在零頻零壓時(shí)逐步啟動(dòng)，這樣能較大程度的消除電壓下降，發(fā)揮較大的優(yōu)勢(shì)。

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變頻器的功能

（1）功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能

無功功率不但增加線路損耗和設(shè)備的發(fā)熱，較主要的是功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路中，設(shè)備的使用效率低下，浪費(fèi)嚴(yán)重，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，從而減少了無功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。

（2）軟啟動(dòng)功能

電機(jī)硬啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會(huì)對(duì)電網(wǎng)容量要求過高，啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流和震動(dòng)時(shí)對(duì)擋板和閥門的損害較大，對(duì)設(shè)備、管路的使用壽命較為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開始，較大值也不**過額定電流，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求，延長(zhǎng)了設(shè)備和閥門的使用壽命。節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。

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變頻器的無功功率與功率因數(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)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)的高低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?jīng)控制電路和逆變管轉(zhuǎn)換為頻率可調(diào)的交流電。在整流過程中，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，充電電流總是出現(xiàn)在電源峰值附近的有**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)功率一部分為“ + ”，另一部分為“一”，屬于無功功率。這種無功功率使得變頻調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)較低，約為 0.7~0.75。

一、變頻器運(yùn)行時(shí)，通常都要采取一些措施，以改善其輸入側(cè)的功率因數(shù)較低的問題

提高功率因數(shù)的措施

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，所以不能通過并聯(lián)補(bǔ)償電容器來提高功率因數(shù)，而應(yīng)設(shè)法減小高次諧波電流，具體措施就是接入電抗器。 

（1）交流電抗器接在三相電源與整流橋之間。 

（2）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)提高到 0.95以上。直流電抗器除了提高功率因數(shù)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。因?yàn)樽冾l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，則逆變管在交替導(dǎo)通過程中，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。 

電抗器的選用

電抗器對(duì)大部分變頻器來說不是標(biāo)準(zhǔn)配置，是選配件。應(yīng)根據(jù)需要選用。

交流電抗器的相關(guān)應(yīng)用

有時(shí)為了降低設(shè)備投資的成本而不接交流電抗器，容忍變頻調(diào)速系統(tǒng)在低功率因數(shù)下運(yùn)行。但在下列運(yùn)行環(huán)境中連接交流電抗器則是必需的：

（1）若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。

二、變頻器運(yùn)行時(shí)，存在其輸入側(cè)的功率因數(shù)較低的問題，同時(shí)又存在諧波干擾的問題，以下是變頻器行業(yè)典型案例分析。


（1）變頻器本身功率因數(shù)比較高，有時(shí)無功為容性；

（2）諧波主要以6N±1次諧波為主；

（3）建議在變頻器的**加裝進(jìn)線電抗器或諧波濾波器。

解決方案：


選用ANSVG-G-A、ANSVG或ANAPF

諧波濾波器

三、ANSVG-S-A混合補(bǔ)償產(chǎn)品在VSD測(cè)試平臺(tái)的應(yīng)用

項(xiàng)目背景

客戶主要諧波源為VSD測(cè)試平臺(tái)，原供電系統(tǒng)采用純?nèi)轃o功補(bǔ)償裝置變頻器無功，且無諧波補(bǔ)償措施，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)無功柜損壞，功率因數(shù)較低，經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，無功柜對(duì)諧波電流放大十分嚴(yán)重，無功柜已經(jīng)無法正常工作，對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量影響甚大。我司推薦ANSVG方案，更換原來損壞無功元器件，使用我司串抗無功補(bǔ)償裝置，可抑制諧波電流灌入，保護(hù)自身運(yùn)行，在此基礎(chǔ)上，選擇合適容量ANAPF有源電力濾波器，消除負(fù)載側(cè)諧波，配合使用可提高治理效果，滿足客戶及現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需求。

治理效果

治理之前

治理之后

電流畸變率趨勢(shì)圖

在未治理時(shí)候諧波電流畸變率約為30%，治理之后諧波電流畸變率約為4%。如電流畸變率趨勢(shì)圖，可以看到，在APF開啟之后，諧波電流*下降，在APF關(guān)閉之后，諧波電流含量又*上升。該趨勢(shì)圖反應(yīng)了我司APF治理諧波的速度和效果，受到客戶較大肯定。


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