第二章交直型電力機(jī)車的功率因數(shù)第一節(jié)概述１、電氣化鐵道機(jī)車引起的問題問題輸入單相交流，采用二極管或相控整流，直流側(cè)加平波電抗器。有如下問題：電流（基波）相位滯后電網(wǎng)壓，產(chǎn)生無功率；電流非弦，有諧波電流；此外，電氣化鐵道采用單相供，會(huì)造成電網(wǎng)三相不對稱，存在負(fù)序電流。

無功、諧波及不對稱問題是電氣化鐵道供電系統(tǒng)面臨的三大問題，隨著交流機(jī)車的采用不對稱問題將是主要要問題。第一節(jié)概述２、無功的危害①增大電網(wǎng)電壓降；②增加電網(wǎng)損耗；③降低電網(wǎng)和電氣設(shè)備的利用率。對機(jī)車而言，電網(wǎng)電壓低，機(jī)車牽引力不能充分發(fā)揮。

就目前我同高速發(fā)展鐵道交通，重點(diǎn)發(fā)展重載（貨運(yùn)）和高速（客運(yùn)），電網(wǎng)的利用率變得非常重要。第一節(jié)概述３、諧波有危害①對電網(wǎng)鄰近的通訊線路干擾；②導(dǎo)致繼保護(hù)裝置誤動(dòng)作；③使變壓器、電氣線路、電容等絕緣老化，壽命減小；④引起電網(wǎng)上其它旋轉(zhuǎn)電機(jī)附加損耗和噪聲；⑤激發(fā)電網(wǎng)局部振蕩，引起諧波電流放大；⑥引起電網(wǎng)波形畸變。對機(jī)車而言，會(huì)引起保護(hù)誤動(dòng)作。

機(jī)車采用：多段半控橋和加裝功率因數(shù)補(bǔ)償器提高功率因數(shù)。第一節(jié)概述４、功率因數(shù)的定義前提假設(shè)：電網(wǎng)電壓無畸變?yōu)檎也ā＃ǘ娋W(wǎng)電流為非正弦波）功率因數(shù)：

這里定義功率因數(shù)，與學(xué)過的線性電路電路中的功率因數(shù)有區(qū)別。這里電流是非正弦的，只有基波電流與輸入電網(wǎng)電壓同頻率，產(chǎn)生有功功率，其他高次諧波電流與電網(wǎng)電壓頻率不同，只能產(chǎn)生無功功率。第一節(jié)概述一、不控整流電路的功率因數(shù)第二節(jié)整流電路的功率因數(shù)uwtwtii1uiid假設(shè)：L=∞，整流電流平直，不考慮換向重疊角γ，則電流i為方波。根據(jù)假設(shè)，變壓器原邊繞組流過的基波電流與電網(wǎng)電壓同相位。一、不控整流電路的功率因數(shù)

可見不控整流電路的功率因數(shù)較高，達(dá)到0.9。相移系數(shù)電流畸變系數(shù)功率因數(shù)諧波系數(shù)一、不控整流電路的功率因數(shù)實(shí)際情況中要考慮換向重疊角γ，交流電流要滯后交流電壓，近似認(rèn)為相移系數(shù)

換向重疊角取決于電壓級位、變壓器漏抗、負(fù)載電流。負(fù)載電流越大和電壓極位越低，換向重疊角越大，相移系數(shù)越小，相應(yīng)功率因數(shù)越低，但是不是正比關(guān)系。一、不控整流電路的功率因數(shù)二、全控整流電路的功率因數(shù)idiuT1T3T2T4+Ud-i1iwtwtuIdwtudαφ假設(shè)：L=∞，整流電流平直，不考慮換向重疊角γ，則電流i為方波。電流與電壓不同相，電流滯后電壓一個(gè)角度，此角度為電路的控制角α。二、全控整流流電路的功率率因數(shù)Ud0為α=0時(shí)的整流流電壓平均值值，也是整流流電路的最大大輸出電壓平平均值。對輸入電流進(jìn)進(jìn)行傅利葉分分解，可得：：二、全控整流流電路的功率率因數(shù)由于輸入電流流正負(fù)半波對對稱，所以其其直流分量為為零。即同理：二、全控整流流電路的功率率因數(shù)可見，輸入電電流只存在奇奇數(shù)次諧波，，不存在偶數(shù)次次諧波。根據(jù)以上推導(dǎo)導(dǎo)，可得：n次諧波的移移相角二、全控整流流電路的功率率因數(shù)可見，基波電電流滯后于電電源電壓，基基波電流相位位角等于控制制角。其它參數(shù)可算算:二、全控整流流電路的功率率因數(shù)二、全控整流流電路的功率率因數(shù)結(jié)論：1、全控橋的的功率因數(shù)與與輸出電壓的的平均值成正正比。2、在滿電壓壓時(shí)，功率因因數(shù)為0.9，控制角越越大，輸出電電壓越低，功功率因數(shù)越低低。三、半控整流流電路的功率率因數(shù)uiidudwtIduwtwtii1假設(shè)：L=∞，整流電電流平直，不不考慮換向重重疊角γ，則電流i為方波。三、半控整流流電路的功率率因數(shù)根據(jù)電壓的波波形，可以計(jì)計(jì)算出整流電電壓的平均值值:Ud0為α=0時(shí)的整流流電壓平均值值，也是整流流電路的最大大輸出電壓平平均值。三、半控整流流電路的功率率因數(shù)可見，電流基基波滯后電源源電壓的角度度是α/2。不控整流橋功率率因數(shù)恒定為為0.9，較較高；全控橋功率因因數(shù)與Ud/Ud0成正比，在控控制角α較小時(shí)，功率率因數(shù)較大;在控制角α較大時(shí)，功率率因數(shù)較小；；半控橋介于不不控與全控之之間，比全控控橋功率因數(shù)數(shù)高。三、半控整流流電路的功率率因數(shù)Ud/Ud0PF不控橋半控橋全控橋第三節(jié)多多段橋順序控控制1二段半控橋iiudud2a1x1a2x2AX電路結(jié)構(gòu):變壓器副邊繞繞組分成電壓壓相等的a1x1,a2x2;每段繞組接一一個(gè)半控橋，，RM1、RM2；兩個(gè)半控橋串串聯(lián)。ud1ud2a1x1a2x2AX1二段半半控橋二段橋的工作作過程：1、第一段橋橋RM1工作作（即T1、、T2的控制制角α1為α），第二段橋橋RM2閉鎖鎖（即T3、、T4的控制制角α2為π）。ud1wtIdua1x1wtwtia1x11二段半半控橋二段橋的工作作過程：2、第一段橋橋RM1滿開開放（即T1、T2的控控制角α1為0），，第二段橋RM2工作（（即T3、T4的控制角角α2為α）。wtud1wtwtud2ua1x1ua2x2ud1+ud2wtwtia1x1ia2x2wtiAXwtIdIdId/2kId/k由各段調(diào)節(jié)區(qū)區(qū)的波形，可可推導(dǎo)出各段段調(diào)節(jié)區(qū)的運(yùn)運(yùn)行性能參數(shù)數(shù)。1二段半半控橋第一調(diào)節(jié)區(qū)：：輸出整流電壓壓平均值Ua1x1----第一一段變壓器副副邊繞組額定定輸出電壓有有效值U2----整個(gè)個(gè)副邊繞組額額定輸出電壓壓有效值Ud0----RM1、RM2滿開放時(shí)輸輸出的最大電電壓平均值1二段半半控橋輸入電流有效效值1二段半半控橋第二調(diào)節(jié)區(qū)：：輸出整流電壓壓平均值輸入電流有效效值1二段半半控橋1二段半半控橋根據(jù)推導(dǎo)的公公式，可以描描點(diǎn)畫出二段段半控橋的功功率因數(shù)與輸輸出電壓的關(guān)關(guān)系曲線，如如下圖。由曲線可見，，二段橋的功功率因數(shù)比一一段橋的功率率因數(shù)有顯著著提高。在Ud/Ud0=0.5時(shí)，，二段橋的功功率因數(shù)為0.9。２、四段半控橋順順序控制XAx2a2x1a1ud2udo1/41/41/2電路結(jié)構(gòu)：1、三段繞組組組成四段半半控橋2、三繞組的的電壓分配是是a1o和ox1，各為為1/4額定定值；a2x2為1/2額定值。不控整流功率率因數(shù)高；半控橋比全控控橋功率因數(shù)數(shù)高；多段橋功率因因數(shù)較一段高高，但段數(shù)多多控制復(fù)雜；；現(xiàn)在多用三段段橋。