问通用变频器调速系统研究

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6(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6(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0.8~0.85。除此以外，al还有以下作用:a) 削弱冲击电流电源侧短暂的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;接入直流电抗器后，变频器输入电流的波形如图7(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2～3%。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。3.2 十二相整流法近年来，有的变频器生产厂开始在低压变频器的输入侧采用十二相整流(如日本安川公司生产的cimr－g7a系列变频器)方式，在改善输入电流波形及提高功率因数方面，取得了显著的效果。(1) 电路的结构特点十二相整流的特点是:变频器的输入侧接入一个变压器，变压器的副方具有两组绕组，一组接成y形，另一组接成δ形，两组绕组分别进行三相全波整流后再并联.字串2(2) 十二相整流的效果变频器输入电流的波形如图8(b)所示，可以看出，其波形已经十分接近于正弦波了，高次谐波电流的含有率只有12%; 功率因数pf可提高到0.95以上。3.3 几个实际例子(1) 某变频器营销公司在销售变频器时，曾带功率因数表向用户显示，用了变频器后，功率因数可提高为1.0，用户很高兴地购买了变频器。但一个月后，电力公司说，该厂的功率因数太低了，要罚款，乃至发生争执。后经解释清楚，配置了交、直流电抗器后，问题得到了解决。(2) 某厂在安装了变频器后，发现功率因数下降了，便一再地增加补偿电容。非但毫无作用，且补偿电容器容易发生异常。配置电抗器后，问题就解决了。

1.1 概述 在变频器调速系统中，调速的基本方法就是通过改变给定的频率来实现，在目前许多应用的场合，由于拖动系统的惯性较大，而工艺要求电机快速降速或停车，因此会出现以下现象：电机将出现负转矩，电机处于制动状态，拖动系统的机械能快速回馈到直流母线上，使之迅速上升，变频器因母线电压过高而无法完成制动过程，因此必须将该回馈能量迅速消耗掉，保持直流母线电压在一定安全范围以下，否则变频器将会使得过压保护或检测故障失灵。 1.2 发展的概况 变频器主要用于交流电动机(异步电机或同步电机)转速的调节，是公认的交流电动机最理想、最有前途的调速方案，是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管IGBT组成的PWM高频变换器, 将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。 国际上400kva以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成高潮。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。 自上世纪80年代被引进中国以来，变频器作为节能应用与速度工艺控制中越来越重要的自动化设备，得到了快速发展和广泛的应用。在电力、纺织与化纤、建材、石油、化工、冶金、市政、造纸、食品饮料、烟草等行业以及公用工程（中央空调、供水、水处理、电梯等）中，变频器都在发挥着重要作用。 变频器产生的最初用途是速度控制，但目前在国内应用较多的是节能。中国是能耗大国，能源利用率很低，而能源储备不足。在2003年的中国电力消耗中，60-70％为动力电，而在总容量为5.8亿千瓦的电动机总容量中，只有不到2000万千瓦的电动机是带变频控制的。据市场研究报告分析，在中国，带变动负载、具有节能潜力的电机至少有1.8亿千瓦。因此国家大力提倡节能措施，并着重推荐了变频调速技术。 应用变频调速，可以大大提高电机转速的控制精度，使电机在最节能的转速下运