电力电容器在8K型电力机车上的功补和滤波作用
铁道部命名的8 K型电力机车是铁道部选定由法国阿尔斯通公司牵头的欧洲五十赫兹集团推荐的8轴交—直流传动人功率电力机车，机车额定功率6400kW，在牵引及再生发挥50%及以上的额定功率时，要求机车功率因数不小一1-- 0.9，在额定工况下，距牵引变电所l0km处要求原边电流中三次谐波含从不超过3.4%，五次谐波含从不超过2.6%,7次谐波含量不超过2.6%.电力电容器
为了达到上述二项要求，8K型电力机车上装设了3次和5次谐波谐振电路，这种兼有提高功率因数和抑制3次、5次谐波电流的装置称为功率因数补偿装置，简称AFP(法文A me’lioration du Facrur de Puissance).
1 AFP作用的原理
8K型电力机车的传动方式是交直系统即电网交流电通过可控硅整流，为直流牵引电动机供电，由于主回路大量采用晶闸管，其缺点是功率因数低，产生大量谐波，尤其在采用再生制动技术后，情况更为严重，为了改善8K型电力机车的功率因数和电网波形，除了在牵引变电站安装滤波和功率因数补偿装置之外，又在电力机车上装有L-C组成的AFP无源滤波电路，该滤波支路设计在3次和5次低次谐波的准谐振点处，吸收主整流器非线负载所产生的谐波电流，电力电容器使机车主变压器绕组内电流波形得以改善，如图1.所示。与此同时，AFP滤波电路在基波网压的作用下产生基波容性电流，可对相控整流机车滞后的负载电流起到补偿作用，从而改善了机车的相位移点数，这两方面的共同作用，可使机车功率因数有明显提高。
图1加装L-C功率因数补偿装置主电路
图1中整流电路采用半控桥，它与机车主变压器次边一段绕组联结，次边绕组电压为u=u6s i n W t, L:为换算到变压器次边绕组接触网一侧的等效电感，包括变电站变压器和线路的电感，因此它是个随机车离牵引变电站距离而变化的变量，
电力电容器电阻忽略不计，L，为机车主变压器换算到次边绕组的漏电感，I，和C为谐波支路的谐振电感和电容，Ld为直流回路的平波电抗器电感，i为主变压器次边绕组电流，i。为谐波支路电容电流，Id和Ud为直流回路平均输出电流和电压，直流输出功率Pd =Ud 1'.
图2表示变压器次边绕组电流i波形，曲线1表示不装L-C功率因数补偿装置时的电流波形，而曲线2表示装有功率因数补偿装置时的波形，后者比较接近于正弦波，而且电流峰值明显增加，且向前移动，与变压器次边电压在相位上基本一致，其结果是使机车功率因数有明显提高。
图2电流波形是相应于控制角u较小，接近满开放的工况，图3则表示控制角a、 90。时变压器绕组内电流i的波形。从图可见，不装功率因数补偿装置
时，在w t<,900期间，由于图1中晶1i11管T,和T2关断，直流负载电流工d经二级管续流，变压器绕组电流i=0，只有在。t X90“时，晶闸管触发导通，才有负载电流Id流经变压器次边绕组，加装功率因数补偿装置后，即使在。t<90“期间，变压器次边绕组流过滤波支路的电容电流i,0两者比较可见，加装功率因数补偿装置后，电网电流在一个周期内比较接近正弦波，功率传输P=u' i比较均匀，虽然是脉动的，但无间歇时刻，滤波器起着储能和供能的调节作用。山此可见，在电力机车上装有L-C组成AFP的无源滤波电路，不但降低主变压器绕组内的谐波电流，而.目.提高电力机车的功率因数。
2 AFP的构成
AFP装置主要抑制3次、r0次谐波电流，8K型电力机车牵引变压器牵引绕组
有4个，每个绕组上并联有1个AFP装置，其电路如图4.
8K型电力机车的AFP装置在设计时，近似认为畸变系数Y =l ，则功率因数可用相移因数cos d)。来代替，此时无功补偿容量Q不11相移因数cos2的关系可用下式决定:
式中P—机车持续功率(P=6400kW);
cos4),—功率因数补偿前相移因数(cos () ,=0. 82) ;
cos4)2—功率因数补偿后相移因数(cos fi 2=0. 99) o
计算得到Q=3600kvar，相当于机车持续功率的56.25%。补偿电容分为8组，
每组为450k var。现以其中1组(图4)为例说明如下:
根据3次和5次谐振电路中
电力电容器承受电压相等原则，将450kvar所需电容量分为900 11 F (CAP 11113)和300 11 F (CAP 11115)两种，各自串联电抗器的电感量分别为1. 25mH (SF I I H3)和1. 35mH (SFI 1 H5)。相当的谐振频率分别为150Hz和
25011z. AFP的投入和切除用品闸管交流开关(TYR11)来实现。交流接触器(C11)作故障隔离用。
电力电容器两端并联了放电电阻R (DC) CAP I 1 H3和R (DC) CAPI 1H5,保证AFP断电后电容器两端电压在is内降到低于100V，当AFP再次投入时电容器上不会发生大的电压冲击。打开“}，央柜时，安全联锁开关BVR11可将
电力电容器—电抗器两端通过电阻R (DC) CAP 11放电，以保证人身安全。谐波电流的测量用电流互感器TF工1Q (I)的信号，作过电流保护用。
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