P整流电路功率因数.ppt
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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电压,产生无功功率; 电流非正弦,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。 就目前我国高速发展铁道交通,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。 * * 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 *
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