交直电力汽车辅佐电源单相转三相技艺研究

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1、交直电力汽车辅佐电源单相转三相技艺研究第一章绪论1.1单相变三相供电问题的提出当前国内电力系统采用的是在单相工频交流供电系统。随着近年来国民经济的飞速发展，各行各业对电力的需求越来越大，对电能的要求也越来越高，由于生活、生产环境中一般只有单相交流电源，使那些需要三相电源的电气设备的使用受到限制。例如牵引变电所里的单相电变三相、电力机车上的单相电变三相、附属电源的单相变三相、偏远地区的三相供电等等。由于应用场合变化，仅有单相供电系统如上面提到的电气化铁道牵引供电系统；或者由于地理位置和用电负荷分布的困难，导致三相输电系统的建设成本较高，只能采用单相

2、供电方式如对部分山区或者自然村落分布稀疏的地区的供电。以上情况仅有单相交流提供却常常又要用到三相负荷。在单相电网中对三相负荷的供电，如何为它们提供优质的三相电压，如何降低制造及运行的成本，是值得研究的问题。1.2单相对三相供电质量的问题单相对三相供电主要用在由于各种原因三相供电方式送达不到的场合，如某些山区农村用电网和电力机车的辅助电源系统，此外城乡居民住宅用电也均为单相电源。这些场合仅有单相供电，有时却要用到三相负荷。由分析可知，从单相系统到三相系统的直接转变是无法做到的，必须要经过某种转换方式来实现。在电气化铁道中，电力机车辅助电源系统需要将

3、单相电源变换为三相电源才能使用。早期通常采用的是电动-发电机组或劈相机向辅助电机供电的方式。这类系统技术较简单，但也存在着体积大、噪声大、维护工作量大等诸多缺点；而采用劈相机工作时在三相负荷发生变化时，其输出三相电压的平衡度亦会发生较大变化，将影响到电机的使用寿命。近年来，随着电力电子功率器件的发展，单相变三相变流器得到了广泛使用，三相输出电能质量得到保障，但由于所有的输出功率都由功率器件承担，因此对功率开关器件的承受要求也比较苛刻，在大功率输出能力方面目前还难以实现。而对于农村单相电网，线路较长，农闲季节和农忙季节的用电量峰谷起伏较大，考虑到经

4、济效益，农村电网建设投资较少，稳定性相对较脆弱。而受技术水平和资金投入所限，在需要用到三相电时，电工往往习惯采用劈相机或者电容移相的方式来构造三相电压，而所构造的三相电压输出无论从幅值还是相位都很难达到标准。这使得一方面对三相电机造成损害，另一方面，也影响到了单相电网的稳定。1.3单相系统对三相负荷供电常用方式由于单相系统已经证明不能直接构建三相系统，因此需要采取一定的转换方式进行转换。目前常用的单、三相变换供电方式有：电动-发电方式、劈相机技术、变频器技术（单相交流--直流--三相交流）、移相技术。几种方式有其各自的优缺点。1、电动-发电方式电

5、动-发电方式（Motor-Generatorset）是指单相电源驱动单相电动机拖动三相发电机输出三相电压，供给三相负荷用电。这种方法隔离了三相输出和单相输入，且输出的三相电压具有较高的平衡度。但由于成本较高，转换效率低等原因，应用范围较小。2、劈相机劈相机（RPCRotaryPhaseConverter）也是感应电机的一种。在单相工频交流电力机车上，为各辅助机组提供三相交流电源的劈相机是一种将单相变换成三相点的特殊电机，其实质是由单相电动机和三相发电机组合而成的旋转电机。它也是感应电机的一种，其中两相绕组接单相电源，作为电动相，第三绕组感应出电动

6、势，作为发电相，在定子绕组中感应出三相电压，从而实现单相对三相的转换。它通常采用星形单相不对称绕组。电机在运转的过程中，正序磁场同时切割绕组并感应出三相电势，从而完成劈相机将单相电源转换成三相电源的劈相过程。劈相机的优点主要体现在结构简单，价格便宜，运行可靠，便于维修等方面。缺点在于它启动困难，劈出的三相电源电压随输入的单相电网电压波动，致使三相电压不平衡度较大，有时甚至于不能直接介入负载，这限制了它的广泛应用。第二章移相技术原理及应用2.1移相原理采用移相法进行单相变三相的供电方式是实现电能在单相供电系统与三相对称负载中转换和传递的方式。通过采

7、用电容、电感在三相负载输入端的移相，将单相电源构造出三相。2.1.1移相技术的原理根据电路理论可知，电容元件和电感元件最容易改变交流电的相位，又因它们不消耗能量，可用作移相电路的元件。将适当的电容、电感与三相对称负载相配接，可使三相对称负载从单相电源获得三相对称电压。基本的移相相电路就是将一个电感和一个电容串接到单相交流电源上，再将三相对称负载接到三个结点上。首先给出一简单的单相变三相电路，就是将两个电容串接到单相交流电源上，再将三相对称负载接到三个结点上，如图2.1所示。本文从图2.1a的移相电路出发，首先论述负载性质与移相电路(形式)的关系。

8、推导出移相电路元件参数与负载参数之间的关系，使它从单相电源获得三相对称电压。推导出移相电路元件参数与负载参数之间的关系。基于移相法的单相