电源第3讲变频器使用的注意事项

功率因数

这 里的功率因数是指整个系统的功率因数，它不仅与电压和电流之间的相位差有关，还与电流的谐波含量有关。电动机本身的功率因数一般在0.71耀0.90 之间，小容量电动机要小一些，大容量电动机要大一些，双极电动机大一些，8 极、10极电动机小一些。整个系统的功率因数又与系统的负载情况有关，轻载时小，满载时大;低速时小，高速时大。可以说，变频调速系统(非相控整流)在

基 频和满载下运行时的功率因数一般不会小于电动机满载工频运行时的功率因数，所以一般可不予考虑。我们常提到加装改善功率因数电抗器，实际上是为了降低网侧 输入电流的畸变率，同时也在电动机轻载运行时提高了整个系统的功率因数。对于高压大功率变频器，其功率因数可达0.95以上。

1.8.4 谐波干扰

1.8.4.1 谐波产生的途径

1)整流部分变频器的整流部分接有大电容。

因而在轻载时网侧电流为双尖峰脉冲，电流畸变较大，对电网造成谐波污染，网侧功率因数较低。

2)逆变部分变频器的逆变部分输出的电压为脉宽调制波，除基波外含有大量高次谐波，其输出到电动机的电流畸变较大，含有大量高次谐波。

1.8.4.2 谐波的危害

1)对电网的危害使供电电压品质下降，影响接在同一供电变压器的其他设备、仪器及计算机的正常工作;使补偿电容漏电流增大、温度升高。

2)对电动机的危害使电动机发热(低次电流谐波使铜损增大，高次谐波使铁损增大)，噪声增大，产生脉动转矩，电动机消耗的无功分量增大，中性点对地的高频漏电流增大;谐振电压影响电动机绝缘的寿命。

增加调制频率虽然可以降低电动机噪声，减少输出转矩的脉动，但却使变频器的开关损耗及射频干扰增大。前者降低了变频器的效率，后者会干扰通信设备和仪器仪表的正常工作。

1.8.4.3 谐波的消除方法

1) 主动方面使变频器本身不产生或少产生谐波。如在调制上采用较高调制频率、目标函数、多重化整流技术，在整流上采用多相(12 相或24相)整流技术、PWM 整流技术及有源功率因数校正电路(Active Power Factor Correction，APFC)。

2)被动方面采取措施，减少变频器产生的各次谐波对电网及其他设备的干扰。如加装进相和出相交流电抗器，加装射频噪声滤波器及加装浪涌吸收电路。

在变频器实际使用中，网侧电压谐波一般不会超标，但网侧电流谐波却超标很多。对于高压大功率变频器，网侧输入电流及电动机输入电流的THD(畸变率)均定小于3%。

1.9 变频器与负载的配置

不 少国家或地区都有变频器负载的标准，我国与国际电工委员会(IEC)也有相应的标准。例如，将变频器的工作制等级或运行种类分为6 级：第1级为100%额定输出电流，没有过负载的可能性。第2级允许输出基本负载电流，并在此基础上可有150%的短时过负载运行。要注意，由于有了此短 时的150%过负载，故较长时间的基本负载就只有额定输出电流的91%，150%过负载是对基本负载电流而言的，对额定电流而言则相对值=150%伊 91%越136%。

第3~6 级则过负载更大或时间更长。目前市售产品标准型或通用型一般只涉及第2 级。

变频器为什么必须有负载工作制种类和等级的国家标准，而变压器、通用电动机却没有?这是因为后者的发热时间常数大，如常用电力变压器是以小时计，短时过负载不致于使温升超过允许值，即使温升短时稍微超过，也不会使寿命立即终

止 和退出运行;但半导体器件及其装置的时间常数小，通常以分钟计，而且过负载超温对半导体器件的影响后果比较严重，所以通常都为半导体电力电子装置规定了严 格的负载条件，即基本负载电流、过负载电流及持续时间和频度(允许过电流再现的间隔时间)。在完全没有过负载可能的条件下，称输出电流为额定输出电流。根 据上述分析，变频器产品应该有符合国家有关标准的负载定额。

从变频器选用的观点出发，需考虑机械负载的性能。如机械转矩有正负之分，其定义如下： 凡电动机驱动生产机械即电动机输出机械功时转矩为正，绝大多数场合都是这种情况;反之则为负，即生产机械对电动机作功(机械能转换成电能)，如电动机车下 坡行驶。定义负转矩，这种情况不是大多数机械设备都有的。速度有正负之别，则是人为决定的。例如常用转向为正，偶尔用之的反向为

负;如果只有一个方向运行，则可无正负之别。

1.9.1 机械转矩时段

对于机械设备要求转矩的大小，可以分成几个时段来讨论。

1) 起动转矩使机械设备从静止状态开始转动的转矩通常都为正，而且一般比维持等速运动所需的转矩要大，例如大多数给料机、物料输送机、混料机、搅拌机等，它可 能达到额定转矩的员缘园豫耀员苑园豫，这就要求变频器有大的起动