交直型电力机车的功率因数

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γ，则电流i为方波。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。相移系数电流畸变系数功率因数谐波系数一、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idiuT1T3T2T4+Ud-i1iwtwtuIdwtudαφ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。二、全控整流流电路的功率率因数Ud0为α=0时的整流流电压平均值值，也是整流流电路的最大大输出电压平平均值。对输入电流进进行傅利叶分分解，可得：：二、全控整流流电路的功率率因数由于输入电流流正负半波对对称，所以其其直流分量为为零。即同理：二、全控整流流电路的功率率因数可见，输入电电流只存在奇奇数次谐波，，不存在偶数次次谐波。根据以上推导导，可得：n次谐波的移移相角二、全控整流流电路的功率率因数可见，基波电电流滞后于电电源电压，基基波电流相位位角等于控制制角。其它参数可算算:二、全控整流流电路的功率率因数二、全控整流流电路的功率率因数结论：1、全控桥的的功率因数与与输出电压的的平均值成正正比。2、在满电压压时，功率因因数为0.9，控制角越越大，输出电电压越低，功功率因数越低低。三、半控整流流电路的功率率因数uiidudwtIduwtwtii1假设：L=∞，整流电电流平直，不不考虑换向重重叠角γ，则电流i为方波。三、半控整流流电路的功率率因数根据电压的波波形，可以计计算出整流电电压的平均值值:Ud0为α=0时的整流流电压平均值值，也是整流流电路的最大大输出电压平平均值。三、半控整流流电路的功率率因数可见，电流基基波滞后电源源电压的角度度是α/2。不控整流桥功率率因数恒定为为0.9，较较高；全控桥功率因因数与Ud/Ud0成正比，在控控制角α较小时，功率率因数较大;在控制角α较大时，功率率因数较小；；半控桥介于不不控与全控之之间，比全控控桥功率因数数高。三、半控整流流电路的功率率因数Ud/Ud0PF不控桥半控桥全控桥第三节多多段桥顺序控控制1二段半控桥iiudud2a1x1a2x2AX电路结构:变压器副边绕绕组分成电压压相等的a1x1,a2x2;每段绕组接一一个半控桥，，RM1、RM2；两个半控桥串串联。ud1ud2a1x1a2x2AX1二段半半控桥二段桥的工作作过程：1、第一段桥桥RM1工作作（即T1、、T2的控制制角α1为α），第二段桥桥RM2闭锁锁（即T3、、T4的控制制角α2为π）。ud1wtIdua1x1wtwtia1x11二段半半控桥二段桥的工作作过程：2、第一段桥桥RM1满开开放（即T1、T2的控控制角α1为0），，第二段桥RM2工作（（即T3、T4的控制角角α2为α）。wtud1wtwtud2ua1x1ua2x2ud1+ud2wtwtia1x1ia2x2wtiAXwtIdIdId/2kId/k由各段调节区区的波形，可可推导出各段段调节区的运运行性能参数数。1二段半半控桥第一调节区：：输出整流电压压平均值Ua1x1----第一一段变压器副副边绕组额定定输出电压有有效值U2----整个个副边绕组额额定输出电压压有效值Ud0----RM1、RM2满开放时输输出的最大电电压平均值1二段半半控桥输入电流有效效值1二段半半控桥第二调节区：：输出整流电压压平均值输入电流有效效值1二段半半控桥1二段半半控桥根据推导的公公式，可以描描点画出二段段半控桥的功功率因数与输输出电压的关关系曲线，如如下图。由曲线可见，，二段桥的功功率因数比一一段桥的功率率因数有显著著提高。在Ud/Ud0=0.5时，，二段桥的功功率因数为0.9。２、四段半控桥顺顺序控制XAx2a2x1a1ud2udo1/41/41/2电路结构：1、三段绕组组组成四段半半控桥2、三绕组的的电压分配是是a1o和ox1，各为为1/4额定定值；a2x2为1/2额定值。不控整流功率率因数高；半控桥比全控控桥功率因数数高；多段桥功率因因数较一段高高，但段数多多控制复杂；；现在多用三段段桥。