交直型电力机车的功率因数.ppt

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1、第二章交直型电力机车的功率因数n第一节概述n、电气化铁道机车引起的问题问题输入单相交流，采用二极管或相控整流，直流侧加平波电抗器。有如下问题：电流（基波）相位滞后电网压，产生无功率；电流非弦，有谐波电流；此外，电气化铁道采用单相供，会造成电网三相不对称，存在负序电流。无功、谐波及不对称问题是电气化铁道供电系统无功、谐波及不对称问题是电气化铁道供电系统面临的三大问题，随着交流机车的采用不对称问题面临的三大问题，随着交流机车的采用不对称问题将是主要要问题。将是主要要问题。2021/9/211第一节概述n、无功的危害增大电网电压降；增加电网损耗；降低电网和电气设备的利用率。对机车而言，电网电压低，机

2、车牵引力不能充分发挥。就目前我同高速发展铁道交通，重点发展重载（货运）就目前我同高速发展铁道交通，重点发展重载（货运）和高速（客运），电网的利用率变得非常重要。和高速（客运），电网的利用率变得非常重要。2021/9/212第一节概述、谐波有危害对电网邻近的通讯线路干扰；导致继保护装置误动作；使变压器、电气线路、电容等绝缘老化，寿命减小；引起电网上其它旋转电机附加损耗和噪声；激发电网局部振荡，引起谐波电流放大；引起电网波形畸变。对机车而言，会引起保护误动作。机车采用：多段半控桥和加装功率因数机车采用：多段半控桥和加装功率因数补偿器提高功率因数。补偿器提高功率因数。2021/9/213第一节概述n

3、、功率因数的定义前提假设：电网电压无畸变为正弦波。（而电网电流为非正弦波）功率因数：这里定义功率因数，与学过的线性电路电路中的功率因数有区别。这里电流是非正弦的，只有基波电流与输入电网电压同频率，产生有功功率，其他高次谐波电流与电网电压频率不同，只能产生无功功率。2021/9/214第一节概述2021/9/215一、不控整流电路的功率因数第二节整流电路的功率因数uwtwtii1uiid假设：L=，整流电流平直，不考虑换向重叠角，则电流i为方波。2021/9/216n根据假设，变压器原边绕组流过的基波电流与电网电压同相位。一、不控整流电路的功率因数可见不控整流电路的功率因数较高，达到0.9。相移

4、系数电流畸变系数功率因数谐波系数2021/9/217一、不控整流电路的功率因数n实际情况中要考虑换向重叠角，交流电流要滞后交流电压，近似认为相移系数 换向重叠角取决于电压级位、变压器漏抗、负载电流。负载电流越大和电压极位越低，换向重叠角越大，相移系数越小，相应功率因数越低，但是不是正比关系。2021/9/218一、不控整流电路的功率因数2021/9/219二、全控整流电路的功率因数idiuT1T3T2T4+Ud-i1iwtwtuIdwtud假设：L=，整流电流平直，不考虑换向重叠角，则电流i为方波。电流与电压不同相，电流滞后电压一个角度，此角度为电路的控制角。2021/9/2110二、全控整流

5、电路的功率因数Ud0 为=0时的整流电压平均值，也是整流电路的最大输出电压平均值。2021/9/2111n对输入电流进行傅利叶分解，可得：二、全控整流电路的功率因数由于输入电流正负半波对称，所以其直流分量为零。即2021/9/2112同理：二、全控整流电路的功率因数可见，输入电流只存在奇数次谐波，不存在偶数次谐波。2021/9/2113n根据以上推导，可得：n次谐波的移相角二、全控整流电路的功率因数可见，基波电流滞后于电源电压，基波电流相位角等于控制角。2021/9/2114n其它参数可算:二、全控整流电路的功率因数2021/9/2115二、全控整流电路的功率因数n结论：n1、全控桥的功率因数

6、与输出电压的平均值成正比。n2、在满电压时，功率因数为0.9，控制角越大，输出电压越低，功率因数越低。2021/9/2116三、半控整流电路的功率因数uiidudwtIduwtwtii1假设：L=，整流电流平直，不考虑换向重叠角，则电流i为方波。2021/9/2117三、半控整流电路的功率因数n根据电压的波形，可以计算出整流电压的平均值:Ud0 为=0时的整流电压平均值，也是整流电路的最大输出电压平均值。2021/9/2118三、半控整流电路的功率因数可见，电流基波滞后电源电压的角度是/2。2021/9/2119不控整流桥功率因数恒定为0.9，较高；全控桥功率因数与Ud/Ud0成正比，在控制角

7、较小时，功率因数较大;在控制角较大时，功率因数较小；半控桥介于不控与全控之间，比全控桥功率因数高。三、半控整流电路的功率因数Ud/Ud0PF不控桥半控桥全控桥2021/9/2120第三节 多段桥顺序控制1 二段半控桥iiudud2a1x1a2x2AX电路结构:变压器副边绕组分成电压相等的a1x1,a2x2;每段绕组接一个半控桥，RM1、RM2；两个半控桥串联。2021/9/2121ud1ud2a1x1a2x2AX1 二段半控桥二段桥的工作过程：1、第一段桥RM1工作（即T1、T2的控制角1为），第二段桥RM2闭锁（即T3、T4的控制角2为）。ud1wtIdua1x1wtwtia1x12021/

8、9/21221 二段半控桥二段桥的工作过程：2、第一段桥RM1满开放（即T1、T2的控制角1为0），第二段桥RM2工作（即T3、T4的控制角2为）。wtud1wtwtud2ua1x1ua2x2ud1+ud2wtwtia1x1ia2x2wtiAXwtIdIdId/2kId/k2021/9/2123n由各段调节区的波形，可推导出各段调节区的运行性能参数。1 二段半控桥第一调节区：输出整流电压平均值Ua1x1-第一段变压器副边绕组额定输出电压有效值U2-整个副边绕组额定输出电压有效值Ud0-RM1、RM2满开放时输出的最大电压平均值2021/9/21241 二段半控桥输入电流有效值2021/9/21

9、251 二段半控桥第二调节区：输出整流电压平均值2021/9/2126输入电流有效值1 二段半控桥2021/9/21271 二段半控桥根据推导的公式，可以描点画出二段半控桥的功率因数与输出电压的关系曲线，如下图。由曲线可见，二段桥的功率因数比一段桥的功率因数有显著提高。在Ud/Ud0=0.5时，二段桥的功率因数为0.9。2021/9/2128、四段半控桥顺序控制XAx2a2x1a1ud2udo1/41/41/2电路结构：1、三段绕组组成四段半控桥2、三绕组的电压分配是a1o和ox1，各为1/4额定值；a2x2为1/2额定值。2021/9/2129不控整流功率因数高；半控桥比全控桥功率因数高；多段桥功率因数较一段高，但段数多控制复杂；现在多用三段桥。、四段半控桥顺序控制2021/9/2130