交直型电力机车的功率因数

Ud/Ud0
小；
③ 半控桥介于不控与全
控之间，比全控桥功
率因数高。
第三节 多段桥顺序控制
1 二段半控桥
a1 A
i
x1 a2
i
电路结构:
变压器副边绕组分成
电压相等的
ud
a1x1,aБайду номын сангаасx2;
每段绕组接一个半控 桥，RM1、RM2；
两个半控桥串联。
α
φ
Ud
i
-
Id
wt i1
wt
假设：L=∞，整流电流平直，
ud
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
wt
压一个角度，此角度为电路的控
制角α。
二、全控整流电路的功率因数
U d
1
2U sintdt
2 2 U cos
Ud0 cos
Ud0 为α=0时的整流电压平均值，也是整流电路的
DF cos1 1
I1 I
0.9（根据傅利叶分解可得）
PF .DF 0.9
F 1 2 0.484
可见不控整流电路的功率因数较高，达到0.9。
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
DF
cos 1
cos
2
3
换向重叠角取决于电压级位、变压器漏抗、负 载电流。
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
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
PF DF
理想
1
DF
0.9
PF
Id2(小)
Id1(大)
实际DF 二极管整流功率因数与输出电压关系 1 Ud/Ud0
二、全控整流电路的功率因数
u
id
T1
T2
i u
T3
T4
+
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。
最大输出电压平均值。
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：
i I0 an cos nt bn sin nt n 1
由于输入电流正负半波对称，所以其直流分量 为零。即
I0
1
2
02 id dt
0
二、全控整流电路的功率因数
同理：
bn
1
2 it sin ntdt
1
第一节 概述
PF
有功功率 视在功率
U1I1 U1I
U1I1 cos1 U1I
I1 cos1 I
cos1
PF .DF
U1 电网电压的有效值 I1 输入的基波电流 I 输入电流的有效值
I1 电流波形畸变系数 I
DF cos 电流的相移系数
定义谐波系数(又称畸变率THD)HF
谐波电流 HF 基波电流
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：
PF
有功功率 视在功率
U1I1 U1I
I1 cos1
U1I
I1 cos1
I
cos1
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：
① 电流（基波）相位滞后电网压，产生无功率；
② 电流非弦，有谐波电流；
③
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。
④
⑤
无功、谐波及不对称问题是电气化铁道供电
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
1 Ud/Ud0
率因数越低。
三、半控整流电路的功率因数
u
id
wt
i u
i Id
wt
假设：L=∞，整流电流平直，不
i1
考虑换向重叠角γ，则电流i为方 ud 波。
wt
三、半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:
1
Ud
2U sintdt
2 2 U 1 cos
2
U
d
0
1
cos 2
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
n
n
2
In
2 2Id
n
cos n
2
I
1
I
2 d
dt
Id
1
DF
cos 1
I
2
I
2 1
I1
1 2
一第、二不节控整流整电流路的电功路率的因数功率因数
id
u
i u
i
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。
wt
wt i1
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。
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
其它参数可算:
相移系数：DF cos1 cos
谐波系数：HF I 2 I12 0.4843 I1
电流波形畸变系数： I1 0.9
I
功率因数：PF DF 0.9cos 0.9 U d
Ud0
二、全控整流电路的功率因数
DF
不控整流
0.9
PF
全控整流
Id
sin ntdt
1
2
I
d
sin
ntdt
2Id cos n cos n
n
4
I
d
n
0
cos n
n 2k n 2k 1
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
根据以上推导，可得：
n次谐波的移相角
n
arctan an bn
n
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。
cos
2
HF
41
cos
1
PF
2 1 cos
1
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
① 不控整流桥功率因数
PF
恒定为0.9，较高；
半控桥
不控桥
② 全控桥功率因数与
Ud/Ud0成正比，在控
制角α较小时，功率
全控桥
因数较大;在控制角α
较大时，功率因数较