关于变频器负载的无功补偿和谐波治理

时间：2022-04-11作者：安科瑞电气股份有限公司浏览：225

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变频器的作用

变频器的作用主要就是调整电机的功率、实现电机的变速运行，以达到省电的目的。同时变频器可降低电力线路的电压波动，由于电压下降会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障跳闸或工作异常。采用了变频器后，变频器的作用能在零频零压时逐步启动，这样能较大程度的消除电压下降，发挥更大的优势。

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变频器的功能

（1）功率因数补偿节能

无功功率不但增加线路损耗和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路中，设备的使用效率低下，浪费严重，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。

（2）软启动功能

电机硬启动对电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害较大，对设备、管路的使用寿命较为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，较大值也不**过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。

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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**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 0.7~0.75。

一、变频器运行时，通常都要采取一些措施，以改善其输入侧的功率因数较低的问题

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。 

（1）交流电抗器接在三相电源与整流桥之间。 

（2）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。 

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。应根据需要选用。

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）若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。

二、变频器运行时，存在其输入侧的功率因数较低的问题，同时又存在谐波干扰的问题，以下是变频器行业典型案例分析。


（1）变频器本身功率因数比较高，有时无功为容性；

（2）谐波主要以6N±1次谐波为主；

（3）建议在变频器的前端加装进线电抗器或谐波滤波器。

解决方案：


选用ANSVG-G-A、ANSVG或ANAPF

谐波滤波器

三、ANSVG-S-A混合补偿产品在VSD测试平台的应用

项目背景

客户主要谐波源为VSD测试平台，原供电系统采用纯容无功补偿装置变频器无功，且无谐波补偿措施，导致现场无功柜损坏，功率因数较低，经测量发现，无功柜对谐波电流放大十分严重，无功柜已经无法正常工作，对电网电能质量影响甚大。我司推荐ANSVG方案，更换原来损坏无功元器件，使用我司串抗无功补偿装置，可抑制谐波电流灌入，保护自身运行，在此基础上，选择合适容量ANAPF有源电力滤波器，消除负载侧谐波，配合使用可提高治理效果，满足客户及现场生产需求。

治理效果

治理之前

治理之后

电流畸变率趋势图

在未治理时候谐波电流畸变率约为30%，治理之后谐波电流畸变率约为4%。如电流畸变率趋势图，可以看到，在APF开启之后，谐波电流*下降，在APF关闭之后，谐波电流含量又*上升。该趋势图反应了我司APF治理谐波的速度和效果，受到客户较大肯定。


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