《电能质量监控 教学课件 ppt 作者 赵丽平 1_第5章 干扰负荷对电能质量的影响》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电能质量监控 教学课件 ppt 作者 赵丽平 1_第5章 干扰负荷对电能质量的影响（135页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、35269Z5A,主编,第5章 干扰负荷对电能质量的影响,5.1 电气化铁道牵引负荷 5.2 交流调压电路 5.3 电弧炉 5.4 旋转电机 5.5 变压器 5.6 整流设备的谐波 5.7 低压电器的谐波,5.1 电气化铁道牵引负荷,5.1.1 电气化铁道牵引负荷的基本原理 5.1.2 牵引负荷引起的谐波 5.1.3 牵引负荷引起的三相不平衡 5.1.4 牵引负荷引起的电压波动和闪变 5.1.5 牵引负荷引起的电压偏差,5.1.1 电气化铁道牵引负荷的基本原理,图5-1 牵引供电系统的原理,5.1.2 牵引负荷引起的谐波,1.谐波的产生 2.牵引负荷谐波分布特征 3.牵引供电系统谐波模型,1.
2、谐波的产生,牵引变电所变压器的二次电压一般认为是纯正弦的，不含谐波成分，供电网络电力机车系统中的谐波主要由非线性的电力机车负荷产生并反馈到供电网络中。 机车性能与整流电路的选择有很大关系。谐波电流是机车的供电性能方面最主要的指标之一。目前我国电气化铁道上运行较多的交-直型电力机车为韶山系列机车。这些机车按照调压方式的不同，可以分为机车变压器抽头调压(主要是SS1型)、晶闸管相控调压(例如SS3型4000系列、SS4型、SS7型和SS8型等)以及两种调压相结合的方式(例如SS3A型)。变压器抽头调压机车大多采用二极管整流(更早的机车采用引燃管整流)，整流电压的大小是借助于机车主变压器调压开关换接
3、变压器抽头来实现，输出的脉动直流电压不能平滑调节。晶闸管相控调压机车则是随着晶闸管器件的发展才出现的，这种机车采用晶闸管整流，整流电压的大小由晶闸管的触发延迟角实现平滑调节。提高机车的功率因数、减少谐波电流，可以采取多种方法，如采用多段桥顺序控制等。,2.牵引负荷谐波分布特征,（5-1）,（5-2）,（5-3）,2.牵引负荷谐波分布特征,表5-1 牵引负载谐波电流的偏心分量,2.牵引负荷谐波分布特征,表5-2 谐波概率密度分布函数拟合曲线的误差水平,3.牵引供电系统谐波模型,图5-2 牵引变电所滤波电路,3.牵引供电系统谐波模型,图5-3 牵引变电所等效滤波电路模型,3.牵引供电系统谐波模型,
4、图5-4 牵引变电所等效电路模型,3.牵引供电系统谐波模型,（5-4）,（5-5）,（5-6）,3.牵引供电系统谐波模型,（5-7）,（5-8）,（5-9）,（5-10）,（5-11）,3.牵引供电系统谐波模型,（5-12）,（5-13）,（5-14）,（5-15）,图5-5 牵引变电所三相谐波模型,5.1.3 牵引负荷引起的三相不平衡,5.1.3 牵引负荷引起的三相不平衡,（5-16）,（5-17）,（5-18）,（5-19）,5.1.3 牵引负荷引起的三相不平衡,（5-20）,（5-21）,（5-22）,5.1.3 牵引负荷引起的三相不平衡,（5-23）,（5-24）,5.1.4 牵引负荷
5、引起的电压波动和闪变,1)对闪变的限值进行了调整，以长时间闪变值Plt作为闪变的限值，较原闪变限值有一定程度的放宽。 2)对于电压变动频度较低或规则的周期性电压波动，仍采用现行限值作为其判据；对于随机性不规则的电压波动，规定了电压变动的最大值作为判据，并将低压和中压系统电压波动限值由2%调整为3%，高压系统电压波动限值由1.5%调整为2.5%。 3)对闪变的测量持续时间、取值方法进行了调整。 4)对闪变的估算方法进行了简化，删除了原标准中不常用的正弦波、三角波电压波动Pst1曲线分析法以及难于执行的仿真法和闪变时间分析法。 5)简化了原标准附录C。 6)电压波动和闪变的限值的适用范围扩展到超高
6、压(EHV)系统，但不考虑EHV对下一电压等级的闪变传递。 7)增加了闪变合格率的统计方法，以便于闪变状况的评估。,5.1.5 牵引负荷引起的电压偏差,图5-6 牵引供电系统三相等效模型,5.1.5 牵引负荷引起的电压偏差,（5-26）,（5-27）,（5-28）,（5-29）,5.1.5 牵引负荷引起的电压偏差,（5-30）,（5-31）,（5-32）,（5-33）,5.1.5 牵引负荷引起的电压偏差,（5-34）,（5-35）,5.1.5 牵引负荷引起的电压偏差,图5-7 某牵引变电所三相相电压曲线,5.1.5 牵引负荷引起的电压偏差,5.2 交流调压电路,5.2.1 交流调节电路的基本原
7、理 5.2.2 单相交流调压器 5.2.3 移相控制三相交流调压电路,5.2.1 交流调节电路的基本原理,图5-8 单相交流调压和三相交流调压电路 a)单相交流调压电路 b)三相三线制调压电路,5.2.1 交流调节电路的基本原理,（5-36）,（5-37）,（5-38）,（5-39）,5.2.2 单相交流调压器,图5-9 通断控制交流调压电路负载,5.2.2 单相交流调压器,（5-41）,（5-42）,（5-43）,5.2.2 单相交流调压器,图5-10 电阻负载情况下的单相交流调压电路波形,5.2.2 单相交流调压器,（5-43）,（5-44）,（5-45）,（5-46）,5.2.2 单相交
8、流调压器,（5-47）,5.2.2 单相交流调压器,图5-11 阻感负载的单相交流调电路 a)电路 b)波形,5.2.2 单相交流调压器,（5-48）,（5-49）,5.2.3 移相控制三相交流调压电路,1.电阻负载时的情况 2.电感负载时的情况,1.电阻负载时的情况,（5-52）,（5-53）,1.电阻负载时的情况,图5-12 三相交流调压电路 a)星形联结 b)线路控制三角形联结 c)支路控制三角形联结,1.电阻负载时的情况,1.电阻负载时的情况,1.电阻负载时的情况,图5-13 电流有效值的标幺值与的关系曲线,1.电阻负载时的情况,图5-14 电阻负载时支路控制三角形联结调压电路的负载相
9、电压 (上边的波形)和输入线电流(下面的波形)波形 a)=30 b)=60 c)=90 d)=150,2.电感负载时的情况,2.电感负载时的情况,（5-55）,（5-56）,（5-57）,（5-58）,2.电感负载时的情况,（5-59）,（5-60）,2.电感负载时的情况,图5-15 电感负载时两种移相控制三相调压电路基波和各次谐波电流有效值的标幺值与的关系曲线 a)三相三线星形联结 b)支路控制三角形联结,2.电感负载时的情况,图5-16 电感负载时支路控制三角形联结调压电路的负载相电流 (上边的波形)和输入线电流(下边的波形)波形,5.3 电弧炉,5.3.1 电弧炉的工作过程 5.3.2
10、电弧炉引起的三相不平衡 5.3.3 电弧炉引起的谐波 5.3.4 电弧炉引起的电压波动和闪变 5.3.5 电弧炉的功率因数,5.3.1 电弧炉的工作过程,图5-17 三相电弧炉的结构 a)三相电弧炉的俯视图 b)三相电弧炉的剖面图 1出渣口 2出钢口 3出钢槽 4炉底 5底座 6摇架 7钢液 8炉壳 9炉壁 10炉盖 11除尘管道 12电极水冷圈 13电极夹持器 14电极 15电极横臂 16横臂母线 17电极主柱 18软电缆 19变压器二次侧母线 20电弧炉变压器 21炉盖提升旋转机构 22倾炉液压缸,5.3.1 电弧炉的工作过程,图5-18 电弧炉变压器的典型负荷电流曲线,5.3.2 电弧炉
11、引起的三相不平衡,图5-19 电弧炉的主电路和三相等效电路 a)主电路 b)三相等效电路,5.3.2 电弧炉引起的三相不平衡,5.3.2 电弧炉引起的三相不平衡,（5-61）,（5-62）,5.3.2 电弧炉引起的三相不平衡,（5-63）,（5-64）,（5-65）,5.3.2 电弧炉引起的三相不平衡,5.3.3 电弧炉引起的谐波,图5-20 电弧在稳定状态下的伏安特性,5.3.3 电弧炉引起的谐波,5.3.3 电弧炉引起的谐波,5.3.3 电弧炉引起的谐波,5.3.3 电弧炉引起的谐波,5.3.3 电弧炉引起的谐波,5.3.3 电弧炉引起的谐波,5.3.3 电弧炉引起的谐波,5.3.3 电弧
12、炉引起的谐波,5.3.3 电弧炉引起的谐波,图5-21 钢厂线电流的频谱(电弧炉投运),5.3.3 电弧炉引起的谐波,5.3.3 电弧炉引起的谐波,5.3.3 电弧炉引起的谐波,5.3.3 电弧炉引起的谐波,5.3.3 电弧炉引起的谐波,5.3.3 电弧炉引起的谐波,5.3.3 电弧炉引起的谐波,5.3.3 电弧炉引起的谐波,5.3.3 电弧炉引起的谐波,5.3.4 电弧炉引起的电压波动和闪变,在熔化期和氧化前期，电弧炉电极电流波动极其频繁。波动有两种类型：一类是突发性的波动；另一类是近似周期性的波动。 突发性的波动主要发生在熔化期。因为下降电极起弧会使电极接触废钢而造成“工作短路”，这种“工
13、作短路”是不可避免的。在这种情况下，电极调节器会发出指令，将电极快速提升，把电弧拉断，形成断路。这种频繁的“工作短路切断空载”换路状态会产生很大的冲击电流，而且多是三相不对称的。整个熔炼期间的工作短路次数可达数十次，甚至上百次，这是由电弧炉冶炼的特点决定的，也是电弧炉变压器相对于普通电力变压器的不同之处。由于电极短路是不可避免的，所以对电弧炉变压器的设计必须充分考虑到这种工作状态。国家标准中规定，当工作短路电流整定在3倍额定电流、持续时间为6s时，电弧炉变压器各部位应无损伤。同时还规定电弧炉变压器应能承受二次端部的外部短路作用而无损伤，短路电流的持续时间不超过0.5s。 近似周期性的波动主要发
14、生在熔化末期和随后的精炼期。由于钢液沸腾等原因，电弧放电路径和弧隙电离程度不断变化，从而引起电弧的长度和电流不断变化，但这时已不像熔化期那样剧烈了。,5.3.5 电弧炉的功率因数,电弧炉在熔化期的功率因数通常低于0.7，大型电弧炉在精炼期的功率因数也只有0.8左右，而在发生工作短路时，电弧炉的功率因数甚至会低到0.1。因此，电弧炉在工作过程中会消耗大量的感性无功功率，引起电压水平降低，进而影响用电设备出力，增加电能损耗。按供电部门的规定，必须对电弧炉采取无功补偿措施。由于电弧电流的波动，导致电弧炉消耗的无功功率也是不断地变化，这就要求电弧炉的无功补偿(包括谐波治理)装置的响应速度一定要快，只有
15、快速的跟踪电弧电流的变化，才能实现理想的补偿效果。,5.4 旋转电机,5.4.1 旋转电机的基本原理 5.4.2 旋转电机引起的谐波,5.4.1 旋转电机的基本原理,1.同步电机的基本工作原理 2.感应电机的基本工作原理,1.同步电机的基本工作原理,图5-22 同步发电机的工作原理,1.同步电机的基本工作原理,图5-23 三相电动势的波形,2.感应电机的基本工作原理,图5-24 感应电动机的工作原理,5.4.2 旋转电机引起的谐波,1.非正弦磁场 2.磁路不均匀,1.非正弦磁场,图5-25 主极磁通密度曲线,2.磁路不均匀,图5-26 含有齿谐波电动势的空载电动势波形,5.5 变压器,5.5.
16、1 变压器的基本原理 5.5.2 变压器引起的电压暂降 5.5.3 变压器引起的谐波,5.5.1 变压器的基本原理,图5-27 单相变压器示意图,5.5.2 变压器引起的电压暂降,（5-74）,（5-75）,（5-76）,（5-77）,5.5.3 变压器引起的谐波,5-28 不考虑磁滞影响时的磁通和励磁电流之间的关系,5.5.3 变压器引起的谐波,图5-29 考虑磁滞影响时变压器的磁通和励磁电流之间的关系,5.6 整流设备的谐波,5.6.1 蓄电池充电器 5.6.2 三相可控整流设备,5.6.1 蓄电池充电器,图5-30 蓄电池充电器的电路原理,5.6.1 蓄电池充电器,5.6.1 蓄电池充电器,5.6.2 三相可控整流设备,1.三相6脉动整流电路的谐波 2. 12脉动整流电路的谐波,1.三相6脉动整流电路的谐波,图5-32 三相6脉动全控桥式整流电路原理图,1.三相6脉动整流电路的谐波,1.三相6脉动整流电路的谐波,图5-34 换相重叠角与变压,1.三相6脉动整流电路的谐波,图5-3
