第二章交直型电力机车的功率因数 §2-1概述 1、交直型电力机车的电路结构 单相交流电 二极管整流:SS1 单相整流电路 不控整流:有级调速 桥式半控整流:无级调速 整流 全控整流:再生制动 可见,我国绝大多数电力机车均采用桥式整流电路, 也就是相控整流调压方式 西南交通大学磁浮列车与磁浮技术研究所
西南交通大学磁浮列车与磁浮技术研究所 交大 第二章 交直型电力机车的功率因数 §2-1 概述 1、交直型电力机车的电路结构 单相交流电 单相整流电路 二极管整流：SS1 桥式 整流 不控整流：有级调速 半控整流：无级调速 全控整流：再生制动 可见，我国绝大多数电力机车均采用桥式整流电路， 也就是相控整流调压方式
§2-1概述 2、相控整流调压的优点: (1)实现牵引电机端压平滑无级调节.可以减少调压过程中的 电流冲击,使牵引电机力矩变化平滑,在机车起动时可以 较好地利用轮轨粘着力,一般可使起动牵引力提高8%~10 %;在运行中可以获得机车工作范围内的任意牵引力和机 车速度; (2)无级调压具有快速性,有利于更好地利用机车的惯性,特 别是在山区线路,坡道多变的情况下,由于无级调压的快 速性可节省电能2%~3% (3)采用相控调压,可取消笨重的有触点式调压开关,调压时 不必切换主电路,故不需要限流元件,也不会有电弧产生 西南交通大学磁浮列车与磁浮技术研究所
西南交通大学磁浮列车与磁浮技术研究所 交大 2、相控整流调压的优点： (1)实现牵引电机端压平滑无级调节．可以减少调压过程中的 电流冲击，使牵引电机力矩变化平滑，在机车起动时可以 较好地利用轮轨粘着力，一般可使起动牵引力提高8％~10 ％；在运行中可以获得机车工作范围内的任意牵引力和机 车速度； (2)无级调压具有快速性，有利于更好地利用机车的惯性，特 别是在山区线路，坡道多变的情况下，由于无级调压的快 速性可节省电能2％~3％。 (3)采用相控调压，可取消笨重的有触点式调压开关，调压时 不必切换主电路，故不需要限流元件，也不会有电弧产生。 §2-1 概述
§2-1概述 3、相控整流调压的缺点: 交直型整流机车的最大缺点之一是功率因数 较低和谐波分量较高。 (1)功率因数低,系统的利用率低,引起电网压降, 引起无功损耗。电网压降与负载的无功功率大小 成正比。 (2)谐波电流对通讯造成干扰,引起继电保护误动作。 西南交通大学磁浮列车与磁浮技术研究所
西南交通大学磁浮列车与磁浮技术研究所 交大 3、相控整流调压的缺点： 交直型整流机车的最大缺点之一是功率因数 较低和谐波分量较高。 (1)功率因数低，系统的利用率低，引起电网压降， 引起无功损耗。电网压降与负载的无功功率大小 成正比。 (2)谐波电流对通讯造成干扰，引起继电保护误动作。 §2-1 概述
§2-1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: 有功功率 PF U,1 cos 1, cos Pi λcosn 视在功率SU1 注意:这里的功率因数是总功率因数,与正弦波电路 中的功率因数有区别。只有基波电流与输入电网电 压同频率,可能产生有功功率,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 西南交通大学磁浮列车与磁浮技术研究所
西南交通大学磁浮列车与磁浮技术研究所 交大 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： 注意：这里的功率因数是总功率因数，与正弦波电路 中的功率因数有区别。只有基波电流与输入电网电 压同频率，可能产生有功功率，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。 §2-1 概述 1 1 1 1 1 1 cos I I cos U I U I cos S P PF 1 = = = = = 视在功率 有功功率
§2-1概述 PF 有功功率PU11 cos o l1co 视在功率S =ncos U 输入电流基波有效值 Ⅰ一一输入电流有效值 力一一基波电压与电流之间的相位差 λ—一电流波形畸变系数 (表示电流波形含有高次谐波的程度) 西南交通大学磁浮列车与磁浮技术研究所
西南交通大学磁浮列车与磁浮技术研究所 交大 1 1 1 1 1 1 cos I I cos U I U I cos S P PF 1 = = = = = 视在功率 有功功率 §2-1 概述 （表示电流波形含有高次谐波的程度） — —电流波形畸变系数 — —基波电压与电流之间的相位差 — —输入电流有效值 — —输入电流基波有效值 I I I I 1 1 = 1
§2-1概述 堵波系数 22 HE ·相移系数 DF=cos P 基波电压与基波电流之间的相位系数 可见,机车整流电路的谐波和功率因数可以用尸F、 DF、HF来描述。 西南交通大学磁浮列车与磁浮技术研究所
西南交通大学磁浮列车与磁浮技术研究所 交大 • 谐波系数 • 相移系数 基波电压与基波电流之间的相位系数。 可见，机车整流电路的谐波和功率因数可以用PF、 DF、HF来描述。 2 1 2 1 2 1− = − = I I I HF §2-1 概述 1 DF = cos
§22整流电路的功率因数 §2-2-1不控整流电路的功率因数 d △ △ wt u wt 假设:L=∞,整流电流平直,不 考虑换向重叠角γ,则电流为方 波 西南交通大学磁浮列车与磁浮技术研究所
西南交通大学磁浮列车与磁浮技术研究所 交大 §2-2-1 不控整流电路的功率因数 §2-2 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
§2-2-1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方波电流与电 网电压同相位 相移系数 DF =CoS =l 电流畸变系数λ==0.9根据傅利叶分解可得Ⅰ 功率因数 PF=ncos,=0.9 谐波系数 hF=Ⅵ-2 =0.484 可见不控整流电路的功率因数较高,达到0.9。 西南交通大学磁浮列车与磁浮技术研究所
西南交通大学磁浮列车与磁浮技术研究所 交大 • 根据假设，变压器原边绕组流过的方波电流与电 网电压同相位。 §2-2-1 不控整流电路的功率因数 0 484 1 0 9 0 9 1 2 1 1 HF . PF cos . . I I I DF cos 1 1 = − = = = = = = = （根据傅利叶分解可得 ） 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
§2-2-1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(即整流元件的导通和关断有 个时间过程,不可能瞬间完成,管子中的电流有一个上升/下降的过程) ·因此,交流电流要滞后交流电压,近似认为相移系数 DF=cosn≈cosy 换向重叠角取决于电压级位、变压器漏抗、负载电流。 随着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。 西南交通大学磁浮列车与磁浮技术研究所
西南交通大学磁浮列车与磁浮技术研究所 交大 • 实际情况中要考虑换向重叠角γ（即整流元件的导通和关断有一 个时间过程，不可能瞬间完成，管子中的电流有一个上升/下降的过程） • 因此，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。 随着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。 §2-2-1 不控整流电路的功率因数 3 2 1 DF = cos cos
§2-2-2全控整流电路的功率因数 木T太 wt u 本T本T 假设:L=∞,整流电流平直,不 考虑换向重叠角γ,则电流为方 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a。 西南交通大学磁浮列车与磁浮技术研究所
西南交通大学磁浮列车与磁浮技术研究所 § 交大 2-2-2 全控整流电路的功率因数 id i u T1 T3 T2 T4 + Ud - i1 i wt wt u Id wt ud 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