《电力机车控制》教学课件—01速度调节

第五节 电力机车功率因数的改善
第六节 交流传动电力机车的调速
一、交-直-交型电力机车调速方法
1．改变电动机定子极对数 2．改变转差率 3．改变电源频率 （1）恒磁通控制。 （2）恒功率控制。
第六节 交流传动电力机车的调速
二、交-交型电力机车调速方法
交-交型电力机车采用三相同步牵引电动机，其调速方法和直 流电动机的调速原理相似，只要改变同步电动机的端电压就可以 改变输入同步电动机的功率，从而调节同步电动机的转速，获得 与直流电动机相似的调速特性。同步电动机也可以采用调节励磁 磁通的方法来实现调速。
机车的功率因数与整流电路的结构形式有关，图1给出不同整流电 路的功率因数。图中，不控整流电路功率因数最高，全控整流电路 功率因数最低，半控整流电路介于两者之间。
图1 不同整流电路的功率因数
2
评价相控调压的两个指标
交-直型电力机车主要采用相控调压。相控调压的电力机车在 理想情况下，由于整流和平波电抗器的作用，使变压器二次侧电 流为一方波，从而使变压器一次侧电流为非正弦波，造成接触网 电流波形发生畸变，产生高次谐波电流，使机车功率数降低，谐 波干扰大。
直流电力机车的功率因数
直流电力机车的功率因数
1
机车功率因数Hale Waihona Puke Baidu义
2
评价相控调压的两个指标
3
提高机车功率因数的方法
1
机车功率因数定义
在正弦交流电路中，功率因数cosφ的定义为：
在相控机车的电网中，变压器一次侧电压U1为正弦波，由于平波 电抗器的作用使变压器一次侧电流IT畸变成了矩形波，产生了较大的 高次谐波。只有与电源电压同频率的基波电流I(1)才产生有功功率， 其它高次谐波只能产生无功功率，因此机车功率因数PF定义为：
1．多段桥顺序控制 为了改善机车的功率因数，降低谐波 干扰，机车上广泛应用多段整流桥顺序 控制，即把多段整流桥串联起来供电， 常用的有二段半控桥、三段不等分桥和 经济四段桥。三段不等分桥整流电路如 图2所示。
图2 三段不等分半控桥整流电路
3
提高机车功率因数的方法
不同段数半控桥的功率因数如图3所示。从图中可以看出机车 功率因数为：III段桥>II段数>I段桥，说明半控桥段数越多，机车 功率因数越高。但半控桥段数过多会使变压器抽头数增加，整流 装置复杂，在一定程度上降低了机车运行的可靠性，故干线电力 机车一般不超过四段半控桥。
二、交-直型电力机车调速方法
根据公式（1.2）可知交-直型电力机车的调速方案应有下列几种： 1．改变牵引电动机电枢回路电阻 2．改变牵引电动机的端电压 3．改变磁通量
第三节 励磁调节
一、磁场削弱系数 二、磁场削弱方法
1．电阻分路法 2．晶闸管分路法
三、磁场削弱的应用
第三节 励磁调节
第三节 励磁调节
第四节 相控调压
一、单相全控桥式整流电路
第四节 相控调压
二、单相半控桥式整流电路 三、整流电压（电流）的脉动
第四节 相控调压
四、机车功率因数
第五节 电力机车功率因数的改善
一、评价相控调压的两个指标 二、提高机车功率因数的方法
1．多段桥顺序控制 2．功率因数补偿器
第五节 电力机车功率因数的改善
电力机车速度调节
（1）了解整流电流脉动对牵引电动机的影响及其减小措施。 （2）熟悉直流传动电力机车的调速方法，会分析三段不等分桥顺序 调压。 （3）熟悉相控机车磁场削弱方法及其应用，会分析无级磁场削弱。 （4）掌握提高电力机车功率因数的方法。 （5）掌握交流传动电力机车的调速方法和调速特性。
第一节 概 述
相控调压最大的优点是可以实现无级调速，避免调压过程中 的电流冲击，使牵引电动机的力矩变化平缓，充分利用机车的黏 着，发挥较大的牵引力。最大的缺陷是功率因数偏低，谐波干扰 电流较大，对电网和通信设施产生不利影响。
2
评价相控调压的两个指标
评价相控调压性能有两个重要指标，即功率因数和谐波干扰。 一般晶闸管相控调压机车的功率因数仅为0.78～0.80，谐波电流 为Ipmax > 9.2A（等效干扰电流的最大值），远不能满足PF＝0.9、 I(3)＝3.9、I(5) ＝4.0的限制要求。
谐波电流主要是3、5、7次谐波，加上功率因数补偿装置 后，将R、L、C连接成某一频率的谐振电路（一般在靠近3 次或5次谐波频率处）。
在基波网压的作用下对基波呈容性，提供容性无功电流， 减少滞后的负载电流，从而提高机车的功率因数。同时对3、 5次谐波呈低阻性，使绝大部分3次、5次谐波电流通过功补 装置被吸收掉，以减少流向电网的3次或5次谐波电流，也减 少了等效干扰电流。
图3 不同段数半控桥的功率因数
3
提高机车功率因数的方法
2．装功率因数补偿器 功率因数补偿装置兼作滤波器，简称PFC装置，一般常用的 形式有LC、RC、RLC，如图4所示。功率因数补偿装置跨接于 机车主变压器二次侧绕组的两端，其工作原理如图5所示。
图5 常用滤波电路
图6 机车滤波器工作原理
3
提高机车功率因数的方法
机车调速是指人为地改变牵引电动机的工作参数使其速度发 生变化的运行过程，它有别于因外部扰动（网压变化、线路纵断 面变化等）引起的转速变化。
一、机车的运行状态 二、电力机车调速的本质 三、电力机车调速的基本要求
第二节 直流传动电力机车的调速
一、直流传动电力机车速度表达式
第二节 直流传动电力机车的调速
式中：P——变压器一次侧有功功率（W)； S——变压器一次侧视在功率（V.A)； λ——电流波形畸变系数 。
1
机车功率因数定义
上式表明交-直型电力机车的功率因数PF等于基波功率因数 和电 流畸变系数 的乘积。要想提高机车功率因数就要降低高次谐波，减 小基波电压与基波电流之间的相位差（也称为延迟角）。
相控调压电力机车功率数低，会降低设备的利用率，影响电 网的供电质量，对电网造成严重污染。此外，国家电力和通信部 门对电网用户的功率因数和谐波电流都有明确的要求，并作为强 制标准必须贯彻执行。这就需要对机车功率因数进行补偿，对谐 波电流加以限制。
3
提高机车功率因数的方法
根据机车功率因数表达式 ，可知要想 提高机车功率因数就需要增大波形畸变 系数 ，尽量减小高次谐波电流，同时减 小基波电压与基波电流之间的相位差 。 常用的方法为多段桥顺序控制和装功率 因数补偿装置。