交直型电力机车的功率因数.ppt

第二章　交直型电力机车的功率因数 第一节　概述 １、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。 第一节　概述 ２、无功的危害 ①增大电网电压降； ②增加电网损耗； ③降低电网和电气设备的利用率。 对机车而言，电网电压低，机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）和高速（客运），电网的利用率变得非常重要。 第一节　概述 ３、谐波有危害 ①对电网邻近的通讯线路干扰； ②导致继保护装置误动作； ③使变压器、电气线路、电容等绝缘老化，寿命减小； ④引起电网上其它旋转电机附加损耗和噪声； ⑤激发电网局部振荡，引起谐波电流放大； ⑥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补偿器提高功率因数。 第一节　概述 ４、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。 第一节　概述 一、 不控整流电路的功率因数 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 实际情况中要考虑换向重叠角γ，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。 一、 不控整流电路的功率因数 二、全控整流电路的功率因数 对输入电流进行傅利叶分解，可得： 根据以上推导，可得： n次谐波的移相角 其它参数可算: 二、全控整流电路的功率因数 根据电压的波形，可以计算出整流电压的平均值: 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α较小时，功率因数较大;在控制角α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。 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。 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。 * * 第二节　整流电路的功率因数 u wt wt i i 1 u i id 假设：L=∞，整流电流平直，不考虑换向重叠角γ，则电流i为方波。 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。 相移系数 电流畸变系数 功率因数 谐波系数 二、全控整流电路的功率因数 id i u T 1 T 3 T 2 T 4 + Ud - i 1 i wt wt u Id wt u d α φ 假设：L=∞，整流电流平直，不考虑换向重叠角γ，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α。 Ud0 为α=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。 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 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。 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。 二、全控整流电路的功率因数 结论： 1、全控桥的功率因数与输出电压的平均值成正比。 2、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。 三、半控整流电路的功率因数 u i id u d wt I d u wt wt i i 1 假设：L=∞，整流电流平直，不考虑换向重叠角γ，则电流i为方波。 三、半控整流电路的功率因数 Ud0 为α=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。 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α/2。 三、半控整流电路的功率因数 U d /U d0 PF 不控桥 半控桥 全控桥 第三节 多段桥顺序控制 1 二段半控桥 i i u d u d 2 a1 x1 a2 x2 A X 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。 u d1 u d 2 a1