軌道交通牽引供變電技術(shù)脈波整流機(jī)組整流電路及其工作特性PPT課件

1、第三節(jié) 12 12脈波整流機(jī)組整流電路及其工作特性 本章第二節(jié)已全面介紹了12脈波、24脈波牽引整流變壓器與硅整流器的結(jié)構(gòu)原理及其技術(shù)特性。在此基礎(chǔ)上，本節(jié)和第四節(jié)將分析12脈波、24脈波整流機(jī)組整流電路及其工作特性，該類整流電路都是以6脈波三相全波橋式整流電路為基本電路構(gòu)成的。將整流機(jī)組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和整流電路兩者結(jié)合起來，從而全面完整地給出12脈波、24脈波整流機(jī)組的整流過程及其工作原理與特性，就是本節(jié)和第四節(jié)內(nèi)容講述的目的。軌道交通牽引供變電技術(shù)第1頁/共96頁一、基于兩組三相全波整流橋并聯(lián)構(gòu)成的12脈波整流電路（一）12脈波整流電路構(gòu)成原理 12脈波整流電路如圖3.27（c）所示。軌道交通牽

2、引供變電技術(shù)第2頁/共96頁軌道交通牽引供變電技術(shù)圖3.27 Dyd（四繞組DDyd）接線整流變壓器構(gòu)成12脈波整流電路圖（c）兩組三相橋并聯(lián)工作整流電路第3頁/共96頁 它由三相三繞組（或四繞組）整流變壓器T和兩組并聯(lián)三相全波橋式整流電路RCT1、RCT2組成。其中RCT為基本整流單元，具有兩組整流管，一組為共陰極接線（如D1、D3、D5），另一組為共陽極接線（如D2、D4、D6），它們共同由三相整流變壓器的兩個(gè)二次繞組分別供電，即可獲得6脈波的整流輸出電壓。軌道交通牽引供變電技術(shù)第4頁/共96頁 對(duì)兩組三相整流橋閥側(cè)供電的整流變壓器次邊兩個(gè)繞組分別為三角形（d）和星形（y）接線，兩者閥側(cè)的

3、線電壓之間形成（電角度為30）的相位移，如圖3.27（a）所示，從而兩組整流橋同時(shí)并聯(lián)工作，即構(gòu)成十二相12脈波整流電路。軌道交通牽引供變電技術(shù)第5頁/共96頁軌道交通牽引供變電技術(shù)（a）原次邊線電壓相量第6頁/共96頁 圖3.27（c）中Xd、Rd為負(fù)載的電抗和電阻，Lp為集中電抗的平衡電抗器，其中點(diǎn)與負(fù)載電路的一端連接，負(fù)載的另一端則和兩組整流橋的陽極連接。由于兩組整流橋閥側(cè)線電壓相位相差，它們交替導(dǎo)電的各橋臂整流管瞬時(shí)電壓實(shí)際上不相等，將產(chǎn)生均衡電流ib，使整流橋的負(fù)載分配不均，平衡電抗器的作用是限制ib值，同時(shí)Lp產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)（Ub）通常是阻礙導(dǎo)電相電壓的變化。由于Ub對(duì)導(dǎo)電相電壓的

4、助增作用，從而延長(zhǎng)了導(dǎo)電相的導(dǎo)電時(shí)間，這一點(diǎn)在下面介紹12脈波整流電路工作特性時(shí)，將作進(jìn)一步的分析。軌道交通牽引供變電技術(shù)第7頁/共96頁 近年來，國(guó)內(nèi)外在城軌交通中廣泛使用12脈波整流電路及其裝置的基礎(chǔ)上，對(duì)它進(jìn)行了開發(fā)研究和試驗(yàn)，提出采用軸向雙分裂式結(jié)構(gòu)四繞組牽引整流變壓器，由于其歸算到閥側(cè)電壓的變壓器每相漏抗和兩個(gè)二次繞組間的每相分裂電抗增大，可以取代平衡電抗器的作用。此時(shí)圖3.27（c）中可不設(shè)平衡電抗器，如圖中虛線所示。然而，這種情況下，12脈波整流電路的工作特性基本上和帶平衡電抗器電路的工作特性相同，可采用相同的分析方法進(jìn)行分析。軌道交通牽引供變電技術(shù)第8頁/共96頁（二）12脈波

5、整流電路工作原理與特性 現(xiàn)以圖3.27（c）所示的D,d0,y11接線構(gòu)成兩組并聯(lián)三相整流橋的十二相脈波整流電路為例進(jìn)行說明，設(shè)uab、ubc、uca和、分別表示整流變壓器T二次繞組y接線和d接線兩個(gè)繞組的三相輸出電壓，可知這兩組三相線電壓依次形成30相移。軌道交通牽引供變電技術(shù)第9頁/共96頁 如以二次繞組y接線的12點(diǎn)為基準(zhǔn)，考慮上述兩組三相輸出電壓及其反相（180）電壓在整流過程中的共同作用，12個(gè)電壓相量相位差依次為（30電角度），構(gòu)成12脈波整流器閥側(cè)線電壓相量關(guān)系圖如圖3.27（b）所示。該圖同時(shí)也表示各整流臂整流管按順時(shí)針換相的導(dǎo)電順序。軌道交通牽引供變電技術(shù)第10頁/共96頁軌

6、道交通牽引供變電技術(shù)（b）十二相電壓相量（表示反相電壓）第11頁/共96頁 按不同負(fù)載電流下，上述12脈波整流電路的工作原理、工作狀態(tài)和基本特性，分別分析如下：1. 負(fù)載電流IdIdg（臨界電流）時(shí)的工作狀態(tài)與特性 整流器工作時(shí)輸出的整流電壓Ud與負(fù)載電流Id之間呈某種函數(shù)曲線下降特性變化，如圖3.28所示。軌道交通牽引供變電技術(shù)第12頁/共96頁軌道交通牽引供變電技術(shù)圖3.28 整流器負(fù)載特性曲線第13頁/共96頁 對(duì)于帶平衡電抗器的12脈波整流電路的整流器見圖3.27（c），當(dāng)負(fù)載電流Id達(dá)到一定數(shù)量，即平衡電抗器激磁電流增大，平衡電抗器產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)（Ub）足夠大，致使12脈波整流電路兩

7、組整流橋并聯(lián)工作。這時(shí)的負(fù)載電流稱為臨界電流（Idg）。當(dāng)IdIdg時(shí)，平衡電抗器失去使兩組整流橋任何時(shí)間都并聯(lián)運(yùn)行且均擔(dān)負(fù)一半負(fù)載電流（1/2Id）的作用。軌道交通牽引供變電技術(shù)第14頁/共96頁 對(duì)于軸向雙分裂四繞組整流變壓器的12脈波整流電路（不帶平衡電抗器）而言，當(dāng)IdIdg時(shí)，整流變壓器每相換相電抗產(chǎn)生的漏感電勢(shì)（反電勢(shì)）較小，和帶平衡電抗器的整流電路一樣，不足以使兩組整流橋并聯(lián)運(yùn)行。因此，整流電路進(jìn)入簡(jiǎn)單的十二相推挽工作狀態(tài)。軌道交通牽引供變電技術(shù)第15頁/共96頁（1）時(shí)整流電路工作狀態(tài) 為了進(jìn)一步說明Id小于臨界點(diǎn)電流時(shí)整流電路的工作狀態(tài)，現(xiàn)以特征點(diǎn)IdIdg，接近空載狀態(tài)下的

8、情況進(jìn)行分析，圖3.29（a）表示這種工作情況的整流電壓和整流電流。軌道交通牽引供變電技術(shù)第16頁/共96頁軌道交通牽引供變電技術(shù)（a） 時(shí)直流電壓和整流臂電流波形ddgII第17頁/共96頁 在圖3.27（c）中兩組整流橋共6個(gè)交流輸入線電壓端子（a、b、c、a、b、c），當(dāng)任意時(shí)刻任一整流橋輸入線電壓瞬時(shí)值最高，則該線電壓接入的整流臂整流管導(dǎo)電，其他整流臂整流管不導(dǎo)電，且導(dǎo)電的整流臂必須屬于同一組整流橋，才能形成閉合回路。因而在任何 導(dǎo)電期間，全部負(fù)載電流Id只能由其中的一組整流橋承擔(dān)，兩組整流橋輪流交替工作，處于非并聯(lián)運(yùn)行狀態(tài)。軌道交通牽引供變電技術(shù)/6第18頁/共96頁 如圖3.29（

9、a）所示，整流變壓器閥側(cè)y接線和d接線繞組連接的兩組整流橋，在交流輸出線電壓曲線族的交點(diǎn)（M點(diǎn)）處進(jìn)行換相。由于負(fù)載電流趨近于零，故換相角 （為非同一換相組間的換相角，例如，同一整流橋中D1、D3、D5和D4、D6、D2共為二組換相組）。每隔 以負(fù)載電流值Id在兩組整流橋中輪換導(dǎo)電一次，形成矩形電流波形，在一個(gè)工頻周期（ ）內(nèi)，每個(gè)橋臂整流管導(dǎo)電二次，每次導(dǎo)通 ，總導(dǎo)電角為 。軌道交通牽引供變電技術(shù)00/62/6/3第19頁/共96頁 空載時(shí)直流輸出電壓Ud的波形為線電壓曲線族的包絡(luò)線；每工頻周期有12次脈動(dòng)，形成十二相整流，如圖3.29（a）所示。（2）IdIdg、 整流臂整流管電流出現(xiàn)斷口

10、時(shí)的工況。軌道交通牽引供變電技術(shù)0/12第20頁/共96頁 隨著Id增大，但仍為 ，兩組整流橋間換相時(shí)將產(chǎn)生換相角 ，整流電壓和電流波形將發(fā)生變化，如圖3.29（b）所示。在換相角 的一段時(shí)間內(nèi)，兩組整流橋并聯(lián)運(yùn)行，各承擔(dān)一部分負(fù)載電流。軌道交通牽引供變電技術(shù)ddgII00第21頁/共96頁軌道交通牽引供變電技術(shù)（b） 、 時(shí)的上述波形ddgII012第22頁/共96頁 從圖中線電壓曲線uab和 的交點(diǎn)M處開始，由整流橋RCT1（經(jīng)D1和D6管）向整流橋RCT2（經(jīng)和管）轉(zhuǎn)移負(fù)載電流Id時(shí)，由于存在平衡電抗器電抗為主的換相電流（在無平衡電抗器的軸向雙分裂四繞組整流變壓器供電的12脈波整流電路中

11、，換相電抗為變壓器的穿越電抗），使換相過程延續(xù)時(shí)間 ，直到P點(diǎn)才結(jié)束，RCT1的負(fù)載電流為零。此后一段時(shí)間，全部負(fù)載電流由RCT2單獨(dú)承擔(dān)。軌道交通牽引供變電技術(shù)abu0/12 第23頁/共96頁 當(dāng) 時(shí)見圖3.29（b），由于整流橋RCT1的交流線電壓曲線uab和uac在N點(diǎn)相交，因而RCT1中的整流臂整流管D6和D2也發(fā)生換相，由于整流變壓器閥側(cè)同一接線組輸出端的相間漏抗（包括一次、二次繞組在內(nèi)）較小，即換相電抗很小，故其換相作用瞬時(shí)完成。此時(shí)uac電壓尚未達(dá)到使D2導(dǎo)電的數(shù)值，因而在PA時(shí)刻內(nèi)出現(xiàn)了整流臂整流管負(fù)載電流斷口，直流輸出電壓Ud也產(chǎn)生了鋸齒形波形。軌道交通牽引供變電技術(shù)0/1

12、2第24頁/共96頁（3）當(dāng)負(fù)載電流增大，且IdIdg（臨界點(diǎn)電流）時(shí)，換相角 增大至 ，進(jìn)入臨界點(diǎn)的工作狀態(tài)。此時(shí)兩組整流橋之間的換相過程變?yōu)檫B續(xù)性的周期過程，即整流臂整流管的負(fù)載電流正好不出現(xiàn)斷口參考圖3.29（c）。而直流輸出電壓Ud為兩組整流橋整流輸出電壓瞬時(shí)值的平均值，脈波數(shù)為12，且脈波波頂高度較空載時(shí)的波頂高度明顯降低，如圖3.29（c）所示。軌道交通牽引供變電技術(shù)00/6 第25頁/共96頁軌道交通牽引供變電技術(shù)（c） 、 ，過渡點(diǎn) 時(shí)的上述波形ddgII06第26頁/共96頁 綜合上述 的幾種運(yùn)行工況可知，兩組三相整流橋并聯(lián)構(gòu)成的12脈波整流電路，在負(fù)載電流 區(qū)域內(nèi)工作時(shí)，兩

13、組三相整流橋基本上處于推挽工作狀態(tài)。此時(shí)的主要特點(diǎn)：直流輸出電壓波形雖然為12脈波，但電壓平均值突升較高（Id接近空載時(shí)）；整流機(jī)組效率降低；交直流側(cè)的諧波含量也要增大，必須盡量降低臨界點(diǎn)電流Idg的數(shù)值，將在下面進(jìn)一步分析。軌道交通牽引供變電技術(shù)ddgIIddgII第27頁/共96頁2. 負(fù)載電流 （臨界點(diǎn)電流）時(shí)的工作狀態(tài)與特性 當(dāng)帶平衡電抗器的12脈波整流電路兩組三相整流橋通過平衡電抗器并聯(lián)連接，或軸向雙分裂四繞組整流變壓器供電的12脈波整流電路中兩組三相整流橋，不帶平衡電抗器而直接并聯(lián)連接時(shí)，在 （臨界電流）的理想情況下，兩組整流橋達(dá)到并聯(lián)工作狀態(tài)，總負(fù)載電流Id在兩組整流橋間平均分配

14、， 各承擔(dān) 。軌道交通牽引供變電技術(shù)ddgII ddgIId12I第28頁/共96頁 現(xiàn)結(jié)合圖3.27（c）所示帶平衡電抗器或不帶平衡電抗器（虛線短接）的12脈波整流電路兩組整流橋并聯(lián)連接時(shí)，對(duì)整流電路的工作及其導(dǎo)電情況進(jìn)行分析。如圖3.30（a）所示繪出了兩組整流橋各整流管輪流并聯(lián)導(dǎo)電電壓波形圖軌道交通牽引供變電技術(shù)第29頁/共96頁軌道交通牽引供變電技術(shù)(a)兩組橋各整流臂整流管輪流并聯(lián)導(dǎo)電電壓波形圖；第30頁/共96頁 兩組整流橋任意時(shí)刻并聯(lián)工作的必要條件是，導(dǎo)電時(shí)刻兩組橋路同時(shí)并聯(lián)導(dǎo)電支路的電壓必須相等且數(shù)值最大?？疾觳ㄐ螆D中 期間內(nèi)的導(dǎo)電情況，RCT1橋的D1、D6整流管和RCT2橋

15、的、整流管在 與 的分別作用下同時(shí)并聯(lián)導(dǎo)電，在 期間內(nèi)， ，加在平衡電抗器或換相電抗兩端的電壓為電壓差 ，于是在Lp各一半的繞組中產(chǎn)生相等的感應(yīng)電壓ub/2（總電壓為ub），其等效電路如圖3.30（f）所示軌道交通牽引供變電技術(shù)3t4( /6)abuabu3(/12) ababuubababuuu第31頁/共96頁 ub的方向力圖使兩導(dǎo)電支路線間電壓相等，也就是使整流電壓ud相等，故為軌道交通牽引供變電技術(shù)(f)均衡電流ib流通等值電路dabbabb/2/2uuuuu第32頁/共96頁從而得 式（3.38）表明，在前述 導(dǎo)電期間兩組整流橋并聯(lián)支路的整流電壓相等，且為兩組工作支路變壓器次邊線電壓

16、和的一半（瞬時(shí)值）。軌道交通牽引供變電技術(shù)bababuuuababd2uuu（3.38）/12第33頁/共96頁 在時(shí)刻內(nèi)，導(dǎo)電支路不變，但，則平衡電抗器感應(yīng)電壓的方向相反，ub為負(fù)，形成圖3.30（e）中的ub電壓正負(fù)脈動(dòng)的波形。此時(shí)Ud值仍保持式（3.38）的關(guān)系不變。此后在時(shí)刻，電路轉(zhuǎn)換為RCT1的D1、D2整流管和RCT2的、整流管在電壓與分別作用下并聯(lián)導(dǎo)電，如此交替進(jìn)行持續(xù)工作。軌道交通牽引供變電技術(shù)第34頁/共96頁軌道交通牽引供變電技術(shù)(e)均衡電壓波形（6f頻率）第35頁/共96頁 兩組整流橋各橋臂整流電流波形與導(dǎo)電整流管序號(hào)、并聯(lián)導(dǎo)電后的整流電壓波形分別示于圖3.30（b）、

17、（c）中。圖3.30（d）為整流電壓經(jīng)放大后的波形和幅值，圖3.30（e）為平衡電抗器或分裂電抗兩端的均衡電壓波形，其頻率為6倍的工業(yè)頻率。軌道交通牽引供變電技術(shù)第36頁/共96頁軌道交通牽引供變電技術(shù)（b）整流臂整流管并聯(lián)導(dǎo)電電流波形（c）12脈波整流電壓波形（d）整流電壓放大后的波形和幅值第37頁/共96頁 從以上分析和波形圖可知，當(dāng)時(shí)，帶平衡電抗器或不帶平衡電抗器具有較大分裂電抗的12脈波整流電路兩組并聯(lián)三相整流橋的工作特點(diǎn)如下：（1）在一個(gè)工頻周期內(nèi)，兩組三相整流橋每個(gè)橋臂整流管導(dǎo)電兩次，每次為 ，其總導(dǎo)電時(shí)間為 ，每個(gè)整流橋?qū)щ婋娏鳛?。和 的工況相比，提高了每個(gè)整流臂整流管的利用率

18、。軌道交通牽引供變電技術(shù)/32 /3d(1/2)IddgII第38頁/共96頁（2）并聯(lián)運(yùn)行的兩組整流橋互不干擾，獨(dú)立工作；在 并聯(lián)運(yùn)行的情況下，換相只在同一整流橋的變壓器二次繞組相間及整流臂間完成。（3）關(guān)于均衡電壓和均衡電流，平衡電抗器繞組（或軸向雙分裂結(jié)構(gòu)整流變壓器供電整流電路中的分裂電抗）兩端的均衡電壓波形，如圖3.30（e）所示，其值由通過平衡電抗器（或整流變壓器兩個(gè)二次繞組兩相串聯(lián)的分裂電抗 ）并聯(lián)運(yùn)行的兩組整流橋直流輸出電壓瞬時(shí)值之差（如 ）來確定。軌道交通牽引供變電技術(shù)ddgIIF2Xbababuuu第39頁/共96頁 因而在電源電壓一個(gè)周期內(nèi)，均衡電壓產(chǎn)生6次周期性交變，故其

19、頻率為電源頻率的6倍（6f）。只要兩組整流橋閥側(cè)整流變壓器兩個(gè)二次繞組交流輸出端的兩組線電壓幅值彼此相等，均衡電壓的正負(fù)半波將保持對(duì)稱；否則將出現(xiàn)直流分量，導(dǎo)致平衡電抗器鐵心飽和。 軌道交通牽引供變電技術(shù)第40頁/共96頁 均衡電壓的有關(guān)數(shù)值可參照?qǐng)D3.30（e）和圖3.27（b），按下列關(guān)系式求得瞬時(shí)值式中，軌道交通牽引供變電技術(shù)babab()uuu2L2 2sinsin12Ut2L( 31)sinUt（3.39）131sin122( 3 1)2 2第41頁/共96頁均衡電壓有效值（按近似正弦波考慮）：軌道交通牽引供變電技術(shù)2 12b ef2L 012( 31)sindUUtt2L2L121

20、( 31)0.11248UU（3.40）第42頁/共96頁 上述頻率為6f的均衡電壓的整流電路中，均衡電流可視為純感電流，并能反映到整流變壓器原邊繞組電流中去，但因均衡電流幅值較小，故在計(jì)算整流臂電流和整流變壓器繞組電流時(shí)均可忽略不計(jì)。在圖3.30（b）中也未計(jì)入均衡電流。軌道交通牽引供變電技術(shù)第43頁/共96頁（三）主要技術(shù)參數(shù)及其計(jì)算 1. 理想空載直流電壓 理想空載直流電壓又稱理論空載直流電壓，是指直流負(fù)載為零時(shí)的整流器實(shí)際直流電壓。軌道交通牽引供變電技術(shù)第44頁/共96頁在負(fù)載電流 （臨界電流）的運(yùn)行情況下，相當(dāng)于推挽工作狀態(tài)的12脈波整流電路，其直流輸出電壓脈波波頂高度為 ，如圖3.

21、30（d）所示，因而空載直流電壓為軌道交通牽引供變電技術(shù)ddgII2LmaxU /12doi2Lmax2L /1216cosd22sin/612UUttU （3.41）第45頁/共96頁 其中， 、 整流變壓器二次繞組輸出線電壓的最大值和有效值。2. 約定空載直流電壓 約定空載直流電壓是指整流機(jī)組負(fù)載特性曲線從臨界點(diǎn)延伸至零電流時(shí)的空載直流電壓。軌道交通牽引供變電技術(shù)2LmaxU2LUdooU第46頁/共96頁 按圖3.30（d），當(dāng)負(fù)載電流在大于臨界電流的情況下運(yùn)行時(shí)，平衡電抗器（或軸向雙分裂整流變壓器的分裂電抗）電抗反電勢(shì)起作用，兩組三相整流橋并聯(lián)運(yùn)行，直流輸出電壓脈波波頂高度降為 。因而

22、約定空載直流電壓為 軌道交通牽引供變電技術(shù)doicos12Udoc0.966UdooUdoo2L2L0.966 1.41.35UUU（3.42）第47頁/共96頁 比較式（3.41）和（3.42），可知由大于臨界點(diǎn)負(fù)載電流的正常工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換為空載時(shí)，直流輸出電壓實(shí)升百分率為3.52%（見圖3.28）。3. 均衡電流和臨界（點(diǎn)）負(fù)載電流 計(jì)算 前面談到在計(jì)算整流臂和整流變壓器繞組電流時(shí)，可不計(jì)6倍工頻的均衡電流 ，因相對(duì)負(fù)載電流 ，其數(shù)值較小?？紤] 的存在，實(shí)際上兩組整流橋的負(fù)載電流分別為軌道交通牽引供變電技術(shù)dgIbidIbi第48頁/共96頁 式中 、 、 分別為兩組橋負(fù)載電流和均衡電流瞬時(shí)

23、值。 由于整流管的單向?qū)щ娦再|(zhì)，因此兩組整流橋并聯(lián)運(yùn)行的另一條件是需滿足 ，即軌道交通牽引供變電技術(shù)d1dbd2db1212iIiiIi（3.43）d1id2ibid20i第49頁/共96頁 12脈波系統(tǒng)整流電路從一種工作狀態(tài)（空載）過渡到另一種工作狀態(tài)（如帶負(fù)載），反映在整流橋組負(fù)載電流變化至 時(shí)發(fā)生這種過渡。此時(shí)過渡點(diǎn)（臨界點(diǎn)）的總負(fù)載電流為過渡電流 ，又稱臨界電流，即軌道交通牽引供變電技術(shù)db12Ii（3.44）db12IidgIdgb2Ii（3.45）第50頁/共96頁 當(dāng)負(fù)載電流 時(shí)，整流電路進(jìn)入兩組整流橋完全并聯(lián)的工作狀態(tài)，在均衡電壓作用下，產(chǎn)生通過閥側(cè)兩個(gè)繞組的兩相（其中d繞組為

24、等值y接線的兩相）而不流經(jīng)負(fù)載的環(huán)向均衡電流 ，其流通路徑如圖3.30（f）的虛線所示。軌道交通牽引供變電技術(shù)ddgIIbi第51頁/共96頁 需要指出，因以6f頻率交變，圖中在RCT2的d繞組等值兩相繞組中通過的是 ，因而構(gòu)成均衡電流的環(huán)形通路。如忽略整流回路中整流元件、連接電纜、母線等的壓降，則回路中的均衡電抗 ，對(duì)不同結(jié)構(gòu)的兩組整流橋并聯(lián)構(gòu)成的12脈波整流電路，其數(shù)值和組成是不相同的，從而均衡電流和臨界負(fù)載電流 的數(shù)值也不同。軌道交通牽引供變電技術(shù)bibXdgI第52頁/共96頁（1）對(duì)于帶平衡電抗器的12脈波整流電路，均衡電抗 由下式組成：式中， 為整流變壓器短路電抗， 、 分別為一次

25、和二次繞組百分電抗值； 為平衡電抗器電抗。軌道交通牽引供變電技術(shù)bXbTP6 (2)XXX（3.46）T12XXX1X2XPX第53頁/共96頁 由式（3.40）和式（3.46），又因均衡電流滯后均衡電壓90相位，則可得到均衡電流有效值 和幅值 分別為軌道交通牽引供變電技術(shù)bIbmIb ef2LbbTP0.116(2)UUIXXX（3.47）2LbmTP0.1126(2)UIXX（3.48）第54頁/共96頁 從而由式（3.45）和式（3.47），可計(jì)算求得臨界電流 ：軌道交通牽引供變電技術(shù)dgI2LdgbbTP22 20.051 852UIiIXX（3.49）第55頁/共96頁（2）對(duì)于無平

26、衡電抗器的軸向雙分裂四繞組整流變壓器供電的12脈波整流電路，均衡電抗由兩個(gè)二次繞組導(dǎo)電兩相的分裂電抗構(gòu)成：式中 兩分裂繞組間每相的分裂阻抗； 、 每相分裂阻抗的等效電抗。軌道交通牽引供變電技術(shù)bFF621212()XXXXX（3.50）FXXX第56頁/共96頁則可得到相應(yīng)的均衡電流 和臨界電流 計(jì)算式分別為幅值軌道交通牽引供變電技術(shù)bIdgIb ef2L2LbbFF0.110.009 212UUUIXXX（3.51）2L2LbmFF0.1120.01312UUIXX（3.52）第57頁/共96頁臨界電流臨界電流值 的大小與12脈波整流裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)。從圖3.28可知， 值過大，將使

27、兩組整流橋并聯(lián)工作的區(qū)域縮小，對(duì)整流裝置的效率和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性都是不利的。軌道交通牽引供變電技術(shù)2LdgbF2 20.025 9UIIX（3.53）dgIdgI第58頁/共96頁從以上分析和計(jì)算式可知： 對(duì)于帶平衡電抗器的12脈波整流電路裝置，影響 值大小的主要因素是平衡電抗器電抗 值。 值過大，將使整流變壓器功率增大； 過小則使增大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理地選擇 值。軌道交通牽引供變電技術(shù)dgIPXPXPXdgIPX第59頁/共96頁 對(duì)于軸向雙分裂四繞組整流變壓器供電的12脈波整流電路裝置，限制 值大小的電抗是分裂電抗，或與整流變壓器的分裂系數(shù) 有關(guān)（其中 為穿越電抗）。分裂電抗和分裂系數(shù)越大，則值越小

28、。但因制造成本的約束，分裂系數(shù)一般在4.0以下。軌道交通牽引供變電技術(shù)dgIFXFFKXKXKXdgIdgI第60頁/共96頁4. 基于兩組三相整流橋并聯(lián)的12脈波整流電路其他主要技術(shù)參數(shù)現(xiàn)將表明該整流電路技術(shù)特性的主要技術(shù)參數(shù)及其計(jì)算式列于表3.2中。軌道交通牽引供變電技術(shù)第61頁/共96頁軌道交通牽引供變電技術(shù)序號(hào)參數(shù)名稱計(jì)算式及結(jié)果備 注1整流臂電流平均值 和有效值 與單臺(tái)三相全波整流橋的整流臂電流波形相同，但幅值為d1/2Ia,avIa,efI2 3a,avd 011d22IItdd111236II22 3a,efd 011d22IItdd10.28923II（3.54）（3.55）表

29、3.2 基于兩組三相整流流橋并聯(lián)的12脈波整流電路整流機(jī)組技術(shù)參數(shù)第62頁/共96頁軌道交通牽引供變電技術(shù)續(xù)表 3.2序號(hào)參數(shù)名稱計(jì)算式及結(jié)果備 注2整流變壓器二次繞組電流（線電流）有效值 由于正、負(fù)半波對(duì)稱，其有效值相等，故為半波有效值的2倍2efI2 2 /3d2ef 012d22IIt dd120.40823II（3.56）第63頁/共96頁軌道交通牽引供變電技術(shù)3整流變壓器二次繞組（y，d兩繞組）總?cè)萘縎2 、 分別見（3.42）、 （3.56）式22L2ef23SUIdoid2 30.4081.35UId1.05P（3.57）2LU2efI第64頁/共96頁軌道交通牽引供變電技術(shù)4整

30、流臂承受的反向電壓峰值 RimUdoiRim2L221.35UUUdoi1.05U（3.58）5整流變壓器一次繞組電流有效值 見圖 3.30，將二次繞組電流方形波（用Id表示）反映到一次繞組后按左列積分式求得1efI 221ef1 01d2Iitd0.788I（3.59）第65頁/共96頁軌道交通牽引供變電技術(shù)6整流變壓器一次繞組容量S1 將一次繞組電壓歸算到二次側(cè)1L2LUU11L 1ef3SU Idoi2 1efd330.7881.35UU IId1.01P （3.60）7整流變壓器等值（計(jì)算）容量SC 12ddC1.011.0522SSPPSd1.03P（3.61）8帶平衡電抗器時(shí)整流變

31、壓器計(jì)算容量 CCPSSSdd1.030.021 3PPd1.051 3P （3.62）第66頁/共96頁5. 對(duì)基于兩組三相整流橋并聯(lián)的12脈波整流電路的評(píng)價(jià)從以上工作原理分析和表3.2的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)值可知：（1）基于兩組三相整流橋并聯(lián)的12脈波整流電路的整流變壓器容量利用率高。（2）正常工作時(shí)橋臂整流管的反向工作峰值電壓較小，減少了產(chǎn)生逆?。ǚ聪?qū)щ姡┑目赡苄?。軌道交通牽引供變電技術(shù)第67頁/共96頁（3）臂電流為 ，使整流管陽極電流減小，改善了它的工作條件，并有利于提高整流器組的負(fù)荷能力。（4）在整流管產(chǎn)生逆弧事故狀態(tài)下（短路），內(nèi)部短路電流僅在三相橋的串聯(lián)導(dǎo)電支路中流通，與并聯(lián)整流橋無

32、關(guān)，且一般設(shè)有反向電流的自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備和熔斷器保護(hù)，使故障元件自動(dòng)被隔離并退出運(yùn)行。軌道交通牽引供變電技術(shù)d/6I第68頁/共96頁（5）該整流電路由于整流變壓器閥側(cè)y、d接線兩個(gè)二次繞組匝數(shù)比（1 ）實(shí)施中有誤差，以及y、d接線兩個(gè)繞組的相應(yīng)線電壓之間互差 角度，其瞬時(shí)線電壓并不相等，都將一方面導(dǎo)致直流負(fù)荷分配不均勻，另一方面對(duì)于帶平衡電抗器的整流電路，將使平衡電抗器的均衡電勢(shì)正、負(fù)半波不對(duì)稱（參見圖3.30），從而出現(xiàn)直流分量，引起直流磁化作用使其鐵心飽和，最終降低了平衡電抗器的平衡效果。軌道交通牽引供變電技術(shù)3/6第69頁/共96頁 因而在目前城軌交通牽引變電所中應(yīng)用的兩組整流橋并聯(lián)構(gòu)成的

33、12脈波整流電路中不采用平衡電抗器，而廣泛采用具有較大漏抗的軸向雙分裂四繞組整流變壓器供電，利用較大漏抗（分裂電抗）取代平衡電抗器的作用。軌道交通牽引供變電技術(shù)第70頁/共96頁（6）非線性的整流機(jī)組負(fù)荷接入城市電網(wǎng)中使用后，同時(shí)也向城市電網(wǎng)注入諧波電流。牽引變電所整流機(jī)組注入電網(wǎng)的諧波次數(shù)與含量，和整流機(jī)組輸出的脈波數(shù)有關(guān)。理想情況下，整流負(fù)載電流反映到整流機(jī)組網(wǎng)側(cè)后經(jīng)傅里葉分析，可分解為奇數(shù)次的高次諧波電流，其次數(shù)n由下列關(guān)系式確定：軌道交通牽引供變電技術(shù)1nkp第71頁/共96頁式中，p為脈波數(shù)，k為正整數(shù)（1，2，3，）。 在理想情況下，各次諧波電流的數(shù)值與網(wǎng)側(cè)一 次電流基波分量 的關(guān)

34、系：式中 諧波次數(shù)； 、網(wǎng)側(cè)一次電流基波電流和次諧波電流的有效值。軌道交通牽引供變電技術(shù)1I1nIInn1InI第72頁/共96頁 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行測(cè)試結(jié)果，12脈波整流機(jī)組網(wǎng)側(cè)（3335kV）特征高次諧波次數(shù)為11、13、23和25，另外還有3、5、7次和17、19次等非特征諧波。非特征諧波的存在主要是實(shí)際運(yùn)行中，電網(wǎng)三相電壓不完全對(duì)稱和整流管觸發(fā)延遲角不對(duì)稱所導(dǎo)致的。但諧波總含量較6脈波整流電路有所下降，可減少對(duì)城市電網(wǎng)造成的諧波污染。軌道交通牽引供變電技術(shù)第73頁/共96頁二、基于兩組三相整流橋串聯(lián)構(gòu)成的12脈波整流電路1. 整流電路構(gòu)成 兩組三相整流橋串聯(lián)連接的12脈波整流電路，與上述

35、兩組三相整流橋并聯(lián)構(gòu)成的12脈波整流電路的整流變壓器接線完全相同。軌道交通牽引供變電技術(shù)第74頁/共96頁 其主要區(qū)別就是它的兩整流橋?yàn)轫槝O性相加參見圖3.27（c），即RCT1整流橋的共陰極輸出經(jīng)負(fù)載回路接至RCT2的共陽極，后者的共陰極與前者的共陽極連接，不接平衡電抗器，兩串聯(lián)整流橋按12脈波供電電壓依次串聯(lián)輪流導(dǎo)電，故其輸出整流電壓是一組三相橋整流電壓的2倍。其整流電路圖如圖3.31（a）所示。軌道交通牽引供變電技術(shù)第75頁/共96頁軌道交通牽引供變電技術(shù)圖3.31兩組三相整流橋串聯(lián)構(gòu)成的12脈波整流電路（ ）dX （a）整流電路圖第76頁/共96頁2. 整流電路工作狀態(tài)及其主要特性 兩

36、個(gè)二次繞組三相對(duì)應(yīng)相線電壓彼此相位差為，分別向兩組三相整流橋供電，兩組整流橋各自獨(dú)立按序進(jìn)行換相。在任何期間，當(dāng)兩組橋中接入對(duì)應(yīng)相線電壓供電的四個(gè)串聯(lián)整流臂整流管處于通路，其合成線電壓最高時(shí)，則四個(gè)串聯(lián)整流管導(dǎo)電，負(fù)擔(dān)全部整流電流Id，整流器閥側(cè)換相交流電壓與整流電壓輸出圖形和兩組橋整流臂電流波形分別如圖3.31（b）、（c）所示，兩組整流橋換相順序與整流脈波電壓相量如圖3.31（d）所示。軌道交通牽引供變電技術(shù)第77頁/共96頁軌道交通牽引供變電技術(shù)（b）閥側(cè)交流線電壓換相和整流電壓波形（c）各整流臂整流管導(dǎo)電電流第78頁/共96頁軌道交通牽引供變電技術(shù)（d）換相順序和整流電壓脈波相量第79

37、頁/共96頁2. 整流電路工作狀態(tài)及其主要特性 兩個(gè)二次繞組三相對(duì)應(yīng)相線電壓彼此相位差為， 分別向兩組三相整流橋供電，兩組整流橋各自獨(dú)立按序進(jìn)行換相。在任何 期間，當(dāng)兩組橋中接入對(duì)應(yīng)相線電壓供電的四個(gè)串聯(lián)整流臂整流管處于通路，其合成線電壓最高時(shí)，則四個(gè)串聯(lián)整流管導(dǎo)電，負(fù)擔(dān)全部整流電流Id，整流器閥側(cè)換相交流電壓與整流電壓輸出圖形和兩組橋整流臂電流波形分別如圖3.31（b）、（c）所示，兩組整流橋換相順序與整流脈波電壓相量如圖3.31（d）所示。軌道交通牽引供變電技術(shù)/6/6第80頁/共96頁 現(xiàn)舉例進(jìn)一步予以說明，可考察圖3.31（a）、（d）所示 期間的導(dǎo)電情況。此時(shí)RCT2整流管經(jīng)變壓器二

38、次d繞組輸出端子 、 與整流管 和RCT1的整流管D6，再經(jīng)RCT1變壓器二次y繞組輸出端子b、a，最后與整流管D1，共計(jì)四個(gè)整流臂的整流管相串聯(lián)。軌道交通牽引供變電技術(shù)/6D6baD1第81頁/共96頁 該串聯(lián)電路首尾兩個(gè)交流輸出端子a和 之間的線電壓為 和 的相量和（表示為u1）具有最大值，因而這四個(gè)整流臂的整流管在此期間串聯(lián)導(dǎo)電，整流輸出電壓Ud等于u1，如圖3.31（b）所示。此后按順時(shí)針順序依次經(jīng) 后，轉(zhuǎn)換由u2，最大電壓供電的其他四個(gè)整流臂整流管導(dǎo)電，等等。軌道交通牽引供變電技術(shù)babuabu/6第82頁/共96頁 一個(gè)工頻周期內(nèi)每個(gè)整流臂整流管持續(xù)導(dǎo)電一次，導(dǎo)電時(shí)間為 。從圖3.

39、31（b）、（c）可知，兩組三相整流橋串聯(lián)構(gòu)成的12脈波整流電路的電流輸出電壓為單組三相整流橋輸出電壓（ ）的兩倍，即 。軌道交通牽引供變電技術(shù)2 /3dUdddd2UUUU第83頁/共96頁3. 主要技術(shù)參數(shù)及其計(jì)算基于兩組三相整流橋串聯(lián)構(gòu)成的12脈波整流電路主要技術(shù)參數(shù)及其計(jì)算式如表3.3所示。軌道交通牽引供變電技術(shù)表3.3 基于兩組三相整流橋串聯(lián)構(gòu)成的12脈波整流電路整流機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)序號(hào)參數(shù)名稱計(jì)算式及結(jié)果備 注1 理想空載直流電壓 按圖3.30（d）直流輸出電壓Ud的脈波波頂幅值為doiU 12doi2Lmax 012coscosd/1212UUtt 2L2L622.7UU（3.6

40、3）2Lmax2cos12U第84頁/共96頁軌道交通牽引供變電技術(shù)2整流臂電流平均值 Ia,av和有效值Ia,ef 與單臺(tái)三相全波整流橋的整流臂電流波形相同2 3a,avd 01d2IItd13I2 23a,efd 01d2IItdd10.5773II （3.64）（3.65）3整流變壓器二次電流有效值I2ef 因二次電流的正負(fù)半波對(duì)稱，其有效值相等，故為半波整流有效值的2倍 2 /322efd 012d2IIt dd20.8163II（3.66）第85頁/共96頁軌道交通牽引供變電技術(shù)4整流變壓器二次繞組（y、d兩繞組）總?cè)萘縎2 22L2ef23SUIdoid2 30.8162.70UI

41、d1.05P（3.67）5整流變壓器一次繞組電流有效值I1ef 按圖3.31（c），將二次繞組電流用Id表示的方形波反映到一次繞組后，按左列式求得 221ef1 01d2Iitd1.576I第86頁/共96頁軌道交通牽引供變電技術(shù)6整流變壓器一次繞組容量S1 將一次繞組電壓歸算到二次側(cè)U1LU2L11L1ef3SUIdoi2L1efd331.5762.70UUIId1.01P（3.69）7整流變壓器計(jì)算容量SC 12Cd1(1.01 1.05)22SSSPd1.03P （3.70）8整流臂承受的反向電壓峰值URim doiRim2L222.70UUUdoi0.525U（3.71）第87頁/共96頁4. 對(duì)基于兩組三相整流橋串聯(lián)的12脈波整流電路的評(píng)價(jià)從以上分析和表3.3的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)可知