功率因數(shù)校正基本原理與諧波概念

1、功率因數(shù)調(diào)整和諧波抑制基本原理關(guān)鍵詞：正弦波頻率（周期）相位交流電電壓 電流 電阻電感 電容功率 因數(shù)諧波1、為什么要調(diào)整功率因數(shù)？電能的合理應(yīng)用要求在傳輸及分配中要盡量限制電網(wǎng)中所有引起電能損耗 的因素，其中重要的因素之一就是無功功率。無功功率因感性負(fù)荷所引起，工業(yè) 以及公共電網(wǎng)上的主要負(fù)荷是電阻-電感性的。電網(wǎng)功率因數(shù)調(diào)整的目的是通過在某些特定的環(huán)節(jié)上用超前無功功率來補(bǔ) 償滯后無功功率。此方法還能避免過高壓降及額外的電阻損耗。將電容器盡可能 地靠近電感負(fù)載并聯(lián)于電網(wǎng)，就可產(chǎn)生所需的超前無功功率。靜態(tài)電容補(bǔ)償裝置 可以減少電網(wǎng)上傳輸?shù)臏鬅o功功率。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)條件改變時(shí)，通過增加或減少單個(gè) 電力電

2、容器，就可逐步調(diào)整所需的超前無功功率來補(bǔ)償滯后無功功率。2、功率因數(shù)調(diào)整的好處輸配電成本降低：8到24個(gè)月即可收回投資成本，功率因數(shù)校正降低了系 統(tǒng)中的無功功率、功率損耗進(jìn)而輸配電成本也成比例下降。有效的利用設(shè)備：功率因數(shù)的改善意味著電力設(shè)備更經(jīng)濟(jì)實(shí)用的工作（同樣 的視在功率具有更高的有功功率）改善電壓的質(zhì)量減少壓降優(yōu)化電纜尺寸：隨著功率因數(shù)的提高（載流量減小），電纜橫截面也因此減 小?；蛘哒f，同樣的電纜可以傳輸更多的功率。較小傳輸損耗：輸電線開關(guān)裝置的載流量減不，假如只有有功部分，這就意 味著輸電線的銅損得以降低。3、諧波的概念諧波是頻率幾倍于50H頻率的正弦電壓和電流。諧波是由非線，性電壓

3、/電流 特性的電子負(fù)載的操作而引起的，主要諧波源有以下幾類:電力電子裝置工業(yè)常用有整流、逆變、調(diào)壓和變頻器等。電弧爐用于鋼鐵等行業(yè)的交流和直流電抓爐等。家用電器 如日光燈、電視機(jī)、調(diào)速風(fēng)扇、空調(diào)、冰箱等。高新技術(shù)設(shè)備 現(xiàn)代辦公和商用計(jì)算機(jī)、節(jié)能燈、核磁共振設(shè)備等發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)表明，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種非線性用電設(shè)備容量的增 長(zhǎng)率大大超過電網(wǎng)的發(fā)電設(shè)備容量的增長(zhǎng)率，若不進(jìn)行有效的諧波控制，供電電 壓的諧波畸變率可能高達(dá)10%。我國(guó)電網(wǎng)已開始遭遇并將迅速面臨發(fā)達(dá)國(guó)家當(dāng)前 的諧波局面，即諧波源隨著高新技術(shù)的發(fā)展而猛增，電網(wǎng)電壓的畸變率也將上升。諧波畸變可以導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備的誤動(dòng)作，諧波引起的共振甚至

4、破壞電網(wǎng)中的某 些設(shè)備，諧振可導(dǎo)致以下不良后果：電容器的過載變壓器和傳輸設(shè)備的過載對(duì)測(cè)量和控制系統(tǒng)的干擾，對(duì)計(jì)算機(jī)和電氣傳動(dòng)裝置的干擾諧振增加，即諧波放大 電壓畸變而有源及無源濾波器可防止這種現(xiàn)象的發(fā)生。4、受諧波影響的功率因數(shù)調(diào)整電能對(duì)工業(yè)而言是極為重要的生產(chǎn)力因素。我們的目標(biāo)是如何有效地使用 它，通過PFC降低無功電流有助于節(jié)約電能?，F(xiàn)代電力電子設(shè)備（驅(qū)動(dòng)裝置、不 間斷電源等）的大量使用所產(chǎn)生的非線性電流正以諧波的方式影響著電網(wǎng)并加重 了它的負(fù)荷（電網(wǎng)污染），在常規(guī)的功率因數(shù)調(diào)整系統(tǒng)中，電力電容器與電力變 壓器形成了一個(gè)諧振電路，使得諧波電壓和電流被放大，嚴(yán)重地加大了諧波的危 害程度。這些

5、諧振現(xiàn)象可通過串聯(lián)帶有濾波扼流圈的電容器得以避免，稱去諧功率因 數(shù)調(diào)整系統(tǒng)。去諧系統(tǒng)的自振頻率要低于最低的線路諧波頻率。這樣對(duì)于高于基 波頻率的諧波而言，去諧PFC系統(tǒng)表現(xiàn)為純感性，對(duì)于50Hz的線路頻率而言，它呈容性，因而無功功率就得以調(diào)整。在低壓三相系統(tǒng)中，5次和7次諧波是最為嚴(yán)重的，濾波電容器被用于受諧 波影響的系統(tǒng)功率因數(shù)校正，此時(shí)由電容器和消諧電抗器組成串聯(lián)諧振電路，調(diào) 整這個(gè)電路的串聯(lián)諧振頻率使之低于系統(tǒng)中的諧波頻率。對(duì)于高于諧振點(diǎn)的頻 率，系統(tǒng)呈感，性，這就避免了與系統(tǒng)電感發(fā)生共振。根據(jù)所選擇的串聯(lián)諧頻率， 部分諧波電流可由濾波電容器吸收。剩余諧波電流則流入上級(jí)系統(tǒng)。濾波電容器

6、有助于減少由諧波引起的電壓畸變并減輕對(duì)其它電子負(fù)載正常工作的干擾。5、去諧功率因數(shù)調(diào)整的主要元器件PFC-12控制器現(xiàn)代PFC控制器已經(jīng)微處理器化。微處理器分析來自電流變送器的信號(hào)并產(chǎn) 生開關(guān)命令來控制接觸器以增加或減少電容器投切的數(shù)目。由這種微處理器PFC 控制器產(chǎn)生的智能控制可確保電容器每級(jí)平穩(wěn)地使用，以及最少的開關(guān)操作次 數(shù)，進(jìn)而優(yōu)化了使用周期。保險(xiǎn)絲保險(xiǎn)絲是用作短路保護(hù)的安全裝置電容器接觸器接觸器是一種機(jī)電開關(guān)元器件，用于常規(guī)或KNKD系統(tǒng)中電容器與電容器或 電抗器與電容器間的切換。開關(guān)操作可由機(jī)械觸頭或電子開關(guān)（半導(dǎo)體）來完成。 若對(duì)于敏感負(fù)載，需要快速開關(guān)控制的情形，采用電子開關(guān)控制是較好的選擇。消諧電抗器ISK配電網(wǎng)越來越受到現(xiàn)代電力電子設(shè)備，即所謂的非線性負(fù)載，如驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、 不間斷電源、電子鎮(zhèn)流器等所產(chǎn)生的諧波污染。諧波對(duì)連接在PFC電路中的電容 器，特別是工作在共振頻率上的電容器是非常危險(xiǎn)的，將扼流圈與電容器串聯(lián)可 解調(diào)串聯(lián)共振頻率（電容器的共振頻率），從而有助于防止電容器損壞。關(guān)鍵頻 率是第五次和第七次諧振頻率（250Hz和350Hz）濾波電容器組也可減低諧波畸 變程度并達(dá)到清潔網(wǎng)絡(luò)的目的。電容器功率因數(shù)校正電容器能產(chǎn)生必要的