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概述

西門子SINAMICS G120變頻器選型樣本上，可以看到兩個(gè)通用技術(shù)數(shù)據(jù)：“功率因數(shù)λ”和“偏移系數(shù)cosφ”，它們都和變頻器進(jìn)線側(cè)的功率因數(shù)有關(guān)。

功率模塊PM240-2和PM250的功率因數(shù)、偏移系數(shù)截圖如下：

圖1-1 G120變頻器的功率因數(shù)和偏移系數(shù)

其中功率因數(shù)λ為總的功率因數(shù)，由兩部分組成：

• 偏移系數(shù)cosφ
• 基波因數(shù)g1

對于進(jìn)線側(cè)采用二極管整流的變頻器來說，偏移系數(shù)接近1，但諧波較大，基波因數(shù)相對較小，導(dǎo)致兩部分相乘得到的總功率因數(shù)偏低。

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整流電路

二極管組成的三相橋式整流電路拓?fù)淙缦拢?/p>

圖2-1 二極管三相橋式整流電路

在不同的供電電源相對短路容量(RSC: Relative Short-Circuit Power)情況下，上述整流電路的進(jìn)線側(cè)電流波形示意圖如下：

圖2-2 帶2%進(jìn)線電抗器的二極管三相橋式整流電路典型進(jìn)線電流波形

該電流波形包含了較多的諧波，主要諧波次數(shù)包括5、7、11、13等。

主要諧波次數(shù) h = 6k ± 1; (k=1,2,3...)

在三種不同電網(wǎng)阻抗下的諧波頻譜圖如下所示：

■RSC>>50

■RSC = 50

■RSC < 15

圖2-3二極管三相橋式整流電路典型進(jìn)線電流頻譜圖

RSC越大表明電網(wǎng)阻抗越小，越接近理想電源，此時(shí)電網(wǎng)電壓不容易受到非線性負(fù)載的影響，電網(wǎng)電壓諧波較小，而電網(wǎng)電流的諧波較大。

3

功率因數(shù)

功率因數(shù)定義為偏移系數(shù)和基波因數(shù)的乘積：

其中g(shù)1為基波因數(shù)、cosφ為偏移系數(shù)。

另外一種等價(jià)的定義方式為：功率因數(shù)為有功功率和總的視在功率的比值。

其中P為有功功率，S為總的視在功率，包含基波有功功率、基波無功功率和諧波無功功率。在強(qiáng)電網(wǎng)的條件下，等價(jià)于如下等式：

3.1

偏移系數(shù)

偏移系數(shù)定義為有功功率和基波視在功率的比值：

其中P為有功功率，S1為基波視在功率，包含基波有功功率和基波無功功率。

偏移系數(shù)體現(xiàn)了電路的基波電流與基波電壓的相位差。當(dāng)電流與電壓的相位差越小時(shí)，其余弦值越接近于1.

對于二極管組成的三相橋式整流電路來說，當(dāng)直流濾波電容及其負(fù)載在較大范圍內(nèi)變化時(shí)，基波電流與基波電壓的相位差僅在接近于0的較小范圍內(nèi)變化，所以其偏移系數(shù)接近于1，基波功率因數(shù)較高。

3.2

基波系數(shù)

基波因數(shù)即基波電流與包含諧波的總電流有效值之比：

由圖2-3可知道，二極管組成的三相橋式整流電路包含較多的5、7、11、13次等諧波電流，導(dǎo)致基波因數(shù)較低。

電流的總諧波畸變(THDi)經(jīng)常作為一個(gè)衡量電網(wǎng)側(cè)電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，它與基波因數(shù)的關(guān)系如下：

4

總結(jié)

PM240-2功率模塊的整流電路拓?fù)錇槎O管組成的三相橋式整流電路，雖然其基波功率因數(shù)較高，但由于進(jìn)線側(cè)電流含有較多的諧波分量，基波因數(shù)較低，導(dǎo)致進(jìn)線側(cè)總的功率因數(shù)較低。

從圖1-1可見FSAFSC的PM240-2功率因數(shù)低于FSDFSG，這是由于FSDFSG集成了直流電抗器，而FSAFSC沒有。直流電抗器能夠減小交流進(jìn)線側(cè)的諧波電流，提高基波因數(shù)，從而提高總的功率因數(shù)。

PM250沒有直流電抗器，但樣本數(shù)據(jù)顯示其功率因數(shù)高于PM240-2 FSA~FSC，這是由于PM250的直流母線電容值低于同等功率的PM240-2，而較小的直流母線電容值有利于減小進(jìn)線側(cè)電流諧波。

PM250的偏移系數(shù)為“0.95電容性”，表示其基波電流的相位略超前于基波電壓，這是因?yàn)镻M250進(jìn)線側(cè)有較多的濾波電容。