电传动控制技术4功率因数.ppt

相控调压与功率因数 北京交通大学 电气工程学院 黄 彧 有级调速与无级调速 以起动过程为例: 起动时电力机车速度为0，牵引电动机转速为0 牵引电动机的反电势 E = Ce ? n = 0 若进行满压起动，将产生很大的起动电流 10倍额定电流 限制起动电流，进行变阻起动或降压起动 SS1起动过程分析 相控机车的功率因数问题 实现端电压平滑调节，减少电流冲击，较好利用粘着力 获得机车工作范围内的任意牵引力和速度 更好地利用机车的惯性 取消笨重的有触点式调压开关 电力机车谐波电流影响 我国目前广泛使用的电力机车是工频交流整流器式电力机车（即交直传动机车）； 这种传动方式的一个缺点就是功率因数低，谐波电流大； 谐波电流的影响有下列几方面： 对电力系统的影响 对通信信号系统的影响 对无线电通信及电视的影响 对电力系统的影响 使旋转电机、电网、变压器产生附加损耗和发热，并可能引起振动； 引起无功补偿电容器谐振，导致过负荷或过电压而损坏，对电力电缆和系统电器设备造成过负荷或过电压击穿； 对继电保护、自动控制装置及计算机产生干扰，甚至引起误动作； 造成测量误差：对电力系统造成影响的谐波电流主要是低次谐波电流，如3、5、7、9谐波电流。从机车实测看，9次谐波电流幅值一般不到基波电流幅值的3%，因此主要是考虑3、5、7次谐波电流的影响。 对通信信号系统的影响 当基波电流和谐波电流流过接触网时，在接触网的周围空间，形成了不同频率的交变电磁场，通过电容耦合和电磁感应作用，对沿线的通信及信号线路产生干扰与高压危险。 一般5kHz以下的谐波主要对明线音频通话线路产生干扰。 高频段对载波通话线路影响较小，但负载电流或接触网短路电流在通信信号线上产生高电压，可能危及设备及人员的安全。 对无线电通信的影响 受电弓与接触网离线产生的电火花是产生无线电干扰的主要原因。 特别是在高速铁路中，采用多弓受流或弓网匹配不良时，情况特别严重。 机车功率因数概念 机车功率因数 机车功率因数概念 提高功率因数的方法 利用特殊控制方法 不对称触发 扇形控制 PWM控制 多段桥顺序控制 采用并联电容的方式 无功功率和谐波补偿 根据装置能否进行动态调节以跟踪补偿对象的变化，可将无功和谐波补偿装置分为两大类 静态补偿装置 动态补偿装置 静态无功功率和谐波补偿 补偿装置主要包括并联电容器、LC无源滤波器等。 对无功和谐波的补偿不能动态调节。并联电容器一旦投入电网，只要电网电压不变，其无功补偿容量就是固定的，不能适应补偿对象（如电力机车）工况的变化。 LC无源滤波器的无功补偿容量由网压决定。对于谐波，LC无源滤波器只能补偿固定次的谐波，补偿的效果由其调谐点及系统阻抗共同决定的，易受多方面的因数影响，性能不好。 动态无功功率和谐波补偿 补偿装置主要包括静止无功补偿装置（SVC）、静止无功发生器（SVG）、晶闸管投切滤波器（TSF）、有源电力滤波器（APF）等，多属电力电子装置 SVC和SVG仅用于补偿无功，其无功补偿装置可以动态调节 SVG采用全控型电力电子器件组成主电路，利用PWM方法进行控制，其动态特性比SVC好得多，但成本高 TSF通过分组投切来达到动态调节无功补偿容量的目的，同时可补偿谐波，但其补偿谐波的性能基本与LC滤波器相同 APF的性能最为全面，可对无功和谐波同时进行动态补偿。APF的主电路结构与SVG相似，且均采用全控型电力电子器件，但两者的控制方法不同。 静态补偿和动态补偿装置特点 装置的性能与成本 静态补偿装置因结构简单、技术难度较低而成本较低，动态补偿装置达到的性能越好，则采用的技术相对复杂，因而成本也较高 目前的发展趋势 电力电子装置的成本正在逐渐减少，而静态补偿装置中所用的大量铜、铁等金属材料成本则相对增加，因此动态补偿装置的应用越来越广 针对实际补偿需求，可将几种装置组合使用。 功率因数补偿装置 8K电力机车提高功率因数 功率因数补偿装置 6G型电力机车主电路 桥式整流：变压器的容量发挥充分，结构简化 两段半控桥相控无级调压：起动、调速平滑 半集中式供电：电机之间负载分配较均匀 取消了调压开关：主电路简单、开关电器动作减少 低压调压 其他机车调压原理 八轴电力机车 轴式2（B0 — B0） 三段不等分整流桥 顺序控制与开关控制相结合 SS4改进型电力机车 主电路与SS4相同——三段不等分整流桥 控制顺序不同 6K型电力机车 进口年份：1987年 用途：客、货运电流制：25/50 kv/Hz 轨距：1435毫米轴式：B0-B0-B0