无感电阻器
摘要：为了满足供电公司功率因数大于0.9的要求，多数采用低压无功补偿。因此本文对电子及半导体厂房的无功补偿计算进行分析，得到符合实际的无功补偿计算方法。因现在大量使用带滤波器的变频器、大功率UPS、IT设备、LED照明灯具等容性负载，故造成低压容性无功功率倒送到10KV电网系统。通过本文对以上设备的容性负载的功率因数进行分析，采用合理的供电方案和无功补偿方案，避免工厂生产运行时发生容性无功功率倒送国家电网现象，也可以避免低压系统由感性无功过渡到容性无功时产生低压系统基波（50HZ）谐振（功率因数为1）。本文对含有谐波的设备功率因数进行分析，给出配电设计时无功补偿容量计算依据，为以后电子及半导体厂房设计时提供参考。 关键词 低压无功补偿 容性负载 功率因数 基波 谐波
引言
XX集成电路有限公司，是生产8寸及12寸半导体芯片工厂，是典型的半导体行业。其需要配电设备有带滤波器变频器水泵、风机。有给工艺设备配电的大功率UPS，有生产及办工用的I T设备，有照明用的LED灯具。其以上都是容性负载，对其进行分析后来计算无功补偿容量方法，可以为以后的半导体工厂配电设计提供依据。此分析方法可以提供给供配电设计同仁参考。
阳光房天窗非正弦电路设备无功补偿原则
正弦电路中功率因数：
λ=P/S=UIcosφ/（UI）=cosφ
其中：视在功率S=UI；有功功率P=UIcosφ；无功功率Q=UIsinφ。
非正弦电路中功率因数：
λ=P/S=UI1cosφ/（UI）=（I1/I）cosφ=vcosφ
其中：基波因数v=I1/I；单相桥式整流电路v=2√2/π≈0.9；三相桥式整流电路v=3/π≈0.955。
非正弦电路设备无功补偿原则
根据《全国供用电规则》要求，最低功率因数为0.9。《工业与民用供配电设计手册》简称《配电手册》，其是用电容器组的容性无功进行补偿，把功率因数补偿到0.9以上。《配电手册》的计算方法适用于正弦电路设备。因此非正弦电路设备的无功补偿计算应按本文计算原则。认证机构管理系统
大功率UPS无功补偿方案
芯恩（青岛）集成电路有限公司使用的大功率UPS有施耐德公司产品，其型号为Easy UPS 3L 500-600KVA，其技术规格书中注明在400V/50HZ线性负载及25~100%负载时，其输入功率因数是0.99。因三相桥式整流电路v=3/π≈0.955。基波cosφ=1，故其功率因数在整流电路前没有电容滤波电路时的功率因数λ=P/S=UI1cosφ/（UI）=（I1/I）cosφ=vcosφ≈0.955*1=0.955。现在厂家产品功率因数已达到0.99，故其整流电路前加了电容滤波装置。并功率因数呈现容性。下图为该产品模块原理图。
XX集成电路有限公司使用的大功率UPS还有华为公司产品，其型号为UPS5000-H-(1200kVA-1600kVA)，其技术规格书中注明在400V/50HZ线性负载，在100%负载时，其输入功率因数是0.99。在50%负载时，其输入功率因数是0.98。在30%负载时，其输入功率因数是0.94。因三相桥式整流电路v=3/π≈0.955。基波cosφ=1，故其功率因数在整流电路前没有电容滤波电路时的功率因数λ=P/S=UI1cosφ/（UI）=（I1/I）cosφ=vcosφ≈0.955*1=0.955。现在厂家产品功率因数在半载以上时已达到0.98，故其整流电路前加了电容滤波装置。并功率因数呈现容性。下图为该产品模块原理图。
华为UPS产品还注明输入电源电流总谐波畸变率如下：
THDi < 9%（30%线性负载）；THDi < 6%（50%线性负载）； THDi < 3%（100%线性负载）。 THDi < 11%（30%非线性负载）；THDi < 8%（50%非线性负
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载）；THDi < 5%（100%非线性负载）
备注：
1. 在主旁同源情况下达到上指标。
2. 在输入THDu<2%时。拉配
其中THDi为电流总谐波畸变率，THDu为电压总谐波畸变率。计算方法见GB／T 14549-1993 《电能质量 公用电网谐波》。
从以上得出，大功率UPS会产生电流谐波，其总电流畸变率最高可达到11%。故必须消除此谐波。根据各种非线性负载率下的总电流畸变率计算出最大的总谐波电流值，来选取谐波处理装置。因大功率UPS是全桥整流电路，基波cosφ=1，故其不存在感性无功。又电源至全桥整流电路间有滤波装置，存在容性无功。故大功率UPS的基波（50HZ）的无功补偿，不是增加容性电容器组，而是考虑用增加感性负载设备中的感性无功消去其容性无功，使变压器后的低压系统呈现感性负载状态，使其功率因数在0.9以上。还要增加小容量的固定电容器组来消除一台UPS在旁路工频电源时的感性无功，建议UPS在旁路状态时的感性无功功率因数取值0.75。
带滤波器变频器的无功补偿原则
现在工厂普遍采用的交流-直流-交流变频器。本文主要也是针对改型变压器进行讨论。交-
直-交变频器的电源入口是全桥整流电路，其基波cosφ=1。但其谐波较大，如施耐德ATV600系列变频器，在80-100%负载情况下，其THDi ≤4 8%。故设计师设计时一般都采用滤波器加以去除其谐波。
北京XX项目采用ATV630（160KW）变频器的前滤波器（ 施耐德 型号VW3A46116X ）是LC滤波电路，电感L串接在角接电容外侧。由于没有厂家滤波器的详细资料，故根据现场实物进行测试。电容容值3*C=3*200μF。其电容容量为：Qc=3*2πfC*U2=3*314.2*200/1000000*4002var=30163var=30.2Kvar。经过对LC回路电压测量（变频器停止状态），电源电压平均值417V，电容C两端电压427V。故该LC滤波器电抗率K=1-417/427=2.3%。故每个滤波器实际输出容量为：Qc1=Qc/(1-K)=30.2Kvar/(1-0.023)=30.9Kvar。由于基波cosφ=1，故其消去谐波后容性功率因数为：λ=P/S=P/√（P2+Q2）=160/√（1602+30.92）=0.98。故带施耐德带滤波器VW3A46116X的ATV630变频器这个设备系统的功率因数是容性无功0.98。以后设计时无厂家参数时可以参考使用。
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