城市轨道交通低压供配电设备-限流类和补偿类电器

电容器的作用教学目标1.掌握电容器的概念和作用；2.理解电容器的充电、放电过程；教学重点1.电容器的概念和作用；2.电容器的充电、放电过程；目录电容器的基本知识电容器的作用010201一、电容器的基本知识电容器（capacitor）

顾名思义，是‘装电的容器’，是一种容纳电荷的器件。

电容器由两片靠得较近的金属板中间再隔以绝缘物质而组成。

金属板叫电容器的两个极板；绝缘物质叫电容器的介质.

1.电容器定义2.电容器的结构电路符号金属板(极板)绝缘物质（介质）02

常见电容器有：电解电容器、瓷片电容器、涤纶电容器、可变电容器、贴片电容器等。3.电容器的外形常见电容器外形一、电容器的基本知识03一、电容器的基本知识电容器的基本特性是能够储存电荷4.电容器与电容如上图所示，如果在电容器的两极板上加上电压，则在两个极板上将分别出现数量相等的正、负电荷，这样电容器就储存了一定量的电荷和电场能量。04C＝电荷量单位：C(库仑）电压单位：V（伏特）电容单位：F(法拉）一、电容器的基本知识F（法拉）、uF(微法）、pF（皮法）1

F＝10-6F；1pF＝10-12F

4.电容器与电容电容的定义式电容的单位二、电容器的作用1.电容器的充电功能充电：使电容器带电（储存电荷和电能）的过程。充电过程中，电路中的电流从最大逐渐变成零，电容器两端的电压从零慢慢增大，最后等于电源电压。电容器是“储能元件”。“隔直通交”：电容器具有隔断直流电，通交流电作用。05二、电容器的作用2.电容器的放电功能放电：使充电后的电容器失去电荷（释放电荷和电能）的过程。放电过程中，电路中的电流从最大逐渐变成零，电容器两端的电压从增大慢慢变成零。06二、电容器的作用3.电容器充、放电过程电流、电压变化特点比较项目充电过程放电过程电路中的电流ii从最大→0，充电结束i从最大→0，放电结束电容器两端电压UcUc从0→E,充电结束Uc从E→0,充电结束07电容的滤波电路教学目标1.掌握滤波的概念；2.理解电容滤波电路的原理。教学重点1.滤波的基本概念；2.电容滤波电路的原理。目录滤波的基本概念电容滤波电路的原理010201一、滤波的基本概念滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联。

经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。021.电容滤波电路二、电容滤波电路单相桥式电容滤波整流电路。在负载电阻上并联了一个滤波电容C。032.电容滤波电路原理二、电容滤波电路若电路处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压v2给电容器C充电。此时C相当于并联在v2上，所以输出波形同v2

，是正弦形。

当v2到达90°时，v2开始下降。先假设二极管关断，电容C就要以指数规律向负载ＲL放电。指数放电起始点的放电速率很大。

电容滤波波形图

在刚过90°时，正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过90°时二极管仍然导通。在超过90°后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，二极管关断。所以，在t1到t2时刻，二极管导电，Ｃ充电，vC=vL按正弦规律变化；t2到t3时刻二极管关断，vC=vL按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。电容滤波的效果04二、电容滤波电路2.电容滤波电路原理需要指出的是，当放电时间常数RLC增加时，t1点要右移，t2点要左移，二极管关断时间加长，导通角减小，见曲线3；反之，RLC减少时，导通角增加。显然，当ＲL很小，即IL很大时，电容滤波的效果不好，见滤波曲线中的2。反之，当ＲL很大，即IL很小时，尽管C较小,RLC仍很大,电容滤波的效果也很好，见滤波曲线中的3。所以电容滤波适合输出电流较小的场合。静止无功发生器SVG教学目标1.理解静止无功发生器SVG的原理；2.掌握SVG的组成；教学重点1.无功补偿基础知识；2.无功补偿的作用和原理；3.无功补偿装置的构成。4.SVC、SVG的原理。目录无功发生器SVG的工作原理无功发生器SVG的组成010201SVG的基本原理是：将电压源型逆变器，经过电抗器并联在电网上。通过调节IGBT器件导通角，控制直流逆变到交流电压的幅值和相位。通过检测系统中所需的无功，可以快速发出大小相等、相位相反的无功，实现无功的就地平衡，保持系统实时高功率因数运行。右图为SVG原理图，将系统看作一个电压源，SVG可以看作一个可控电压源，连接电抗器或者可以等效成一个线形阻抗元件。一、SVG

的工作原理02二、SVG的组成SVG的主要组成：主要有连接电抗器、启动装置、功率部分、控制系统、冷却系统、信号采集与传输等辅助部分组成。03启动装置：主要有由启动开关、启动电阻、避雷器、隔离刀闸和接地刀闸等组成。主要作用：实现SVG自励启动，限制上电时直流电容的充电涌流，避免IGBT模块、直流电容损坏。SVG上电时，启动电阻串于充电回路，起限流保护作用；需将电阻通过启动开关旁路后SVG方能投入运行。连接电抗器主要作用：1.限制无功输出电流；

2.滤除装置产生的高次谐波；

3.将两个电压源连接起来。二、SVG的组成04SVG功率单元功率单元包括散热器、IGBT、直流电容、铜排、放电电阻、触发板、电源模块。功率单元板具有故障检测功能，可以检测IGBT过流、直流侧过压和功率单元超温，实现对单元最主要最直接的保护。IGBT是自换相桥式电路的核心器件，通过控制IGBT的通断，将直流侧电压转换成与交流侧电网同频率的输出电压。直流电容为功率单元直流侧提供直流电压支撑。散热器用于将工作中的IGBT的热量及时散发出去，保证IGBT正常工作。功率单元IGBT模块二、SVG的组成05控制系统控制系统主要由PLC、显示操作面板、主控制柜、分相控制箱、智能服务系统及远程监控计算机等部分组成。主要完成控制、保护和监控功能。主控制柜由主控制箱、PLC、空气开关、继电器、接触器、触摸屏等部分组成。分相控制柜主要为三台分相控制箱。二、SVG的组成06水冷系统纯水冷却系统主要包括管路配件，循环泵，补水装置，缓冲水箱，水风换热器，过滤器，去离子设备，仪表以及水冷控制器。阀组的冷却采用去离子水来进行。水冷系统通过水泵、阳离子交换树脂保证送入阀组的纯水循环并保持较高的水质。阀组的冷却媒质是纯水+乙二醇，可以保证零下40度不结冰。水冷系统的外冷却，用风冷却装置来做外冷却。阀组的告警温度为50℃，跳闸温度为55℃。工作风机当温度为25℃时启动，18℃时停止。二、SVG的组成无功补偿装置的作用教学目标1.掌握无功补偿的基础知识；2.掌握无功补偿的作用和原理；3.了解无功补偿方式。教学重点1.无功补偿基础知识；2.无功补偿的作用和原理；3.无功补偿装置的构成。目录无功补偿基础知识无功补偿的作用010203无功补偿的原理04无功补偿的方式05无功补偿装置01一、无功补偿基础知识有功功率：在交流电路中，电阻无件上所消耗的功率为有功功率。

用P表示，单位是W、kW、MW等。无功功率：在交流电路中，电感或电容元件与电源之间只进行能量的交换，而不消耗能量，我们把一部分功率称之为无功功率。

用Q表示，单位为乏(Var)或千乏(kVar)等。视在功率：在交流电路中，电压与电流有效值的乘积，我们把这一部分功率称之为视在功率。

用S表示，单位是VA、kVA、MVA等。一、无功补偿基础知识0203功率因数：在交流电路中，电压与电流之间的相位差（Φ）的余弦叫做功率因数。

在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值。

一、无功补偿基础知识电力系统中，不但有功功率要平衡，无功功率也要平衡。

有功功率、无功功率、视在功率之间的关系如图。SPQ一、无功补偿基础知识由式cosφ=P/S可知，在一定的有功功率下，功率因数cosφ越小，所需的无功功率越大。为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量就需要增加。这样，不仅要增加供电投资、降低设备利用率，也将增加线路损耗。为了提高电网的经济运行效率，根据电网中的无功类型，人为的补偿容性无功或感性无功来抵消线路的无功功率。0405二、无功补偿的作用1.提高电压质量把线路中电流分为有功电流Ia和无功电流Ir，则线路中的电压损失:因此，提高功率因数后可减少线路上传输的无功功率Q，若保持有功功率不变，而R、Xl均为定值，无功功率Q越小，电压损失越小，从而提高了电压质量。式中：P—有功功率，KWQ—无功功率，KvarU—额定电压，KVR—线路总电阻，ΩXl—线路感抗，Ω06二、无功补偿的作用2．提高变压器的利用率，减少投资功率因数由cosφ1提高到cosφ2提高变压器利用率为：由此可见，补偿后变压器的利用率比补偿前提高ΔS%，可以带更多的负荷，减少了输变电设备的投资。07二、无功补偿的作用3．减少用户电费支出

（1）可避免因功率因数低于规定值而受罚。（2）可减少用户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗，电费可相应降低。4.提高电力网传输能力有功功率与视在功率的关系式为：

P=Scosφ

可见，在传输一定有功功率的条件下，功率因数越高，需要电网传输的功率越小。08三、无功补偿的原理

把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。09三、无功补偿的原理电力系统中网络元件的阻抗主要是感性的，需要容性无功来补偿感性无功。功率因数从提高到需要并联电容的大小为：集中补偿装设在企业或地方总变电所6~35KV母线上，可减少高压线路的无功损耗，而且能提高本变电所的供电电压质量。分散补偿装设在功率因数较低的车间或村镇终端变、配电所的高压或低压母线上。这种方式与集中补偿有相同的优点，但无功容量较小，效果较明显。就地补偿装设在异步电动机或电感性用电设备附近，就地进行补偿。这种方式既能提高用电设备供电回路的功率因数，又能改变用电设备的电压质量。10四、无功补偿的方式11四、无功补偿的方式无功补偿的节能只是降低了补偿点至发电机之间的供电损耗，所以高压侧的无功补偿不能减少低压网侧的损耗，也不能使低压供电变压器的利用率提高。根据最佳补偿理论，就地补偿的节能效果最为显著。12五、无功补偿装置无功补偿装置的发展电力电容器：提供补偿电流的器件投切元件：使电容器投入或脱离电网的器件，常用为接触器（CJ19系列）、可控硅等。控制器：根据电网功率因素情况决定是否投入电容及投入的顺序、容量等。其他：辅助的测量、显示等回路。无功补偿装置的组成13五、无功补偿装置电抗器的作用教学目标1.掌握电抗器的定义和作用；2.了解电抗器的分类；教学重点1.电抗器的定义和作用；2.电抗器的分类；目录电抗器的定义和作用电抗器的分类010201一