軌道交通牽引供變電技術(shù)第3章第4節(jié)-基于兩套整流課件

第三章?tīng)恳┳冸婋姎庵髟O(shè)備原理第四節(jié)基于兩套整流機(jī)組四組三相整流橋并聯(lián)構(gòu)成的等效24脈波整流電路軌道交通牽引供變電技術(shù)第四節(jié)基于兩套整流機(jī)組四組三相整流橋并聯(lián)構(gòu)成的等效24脈波整流電路

由電工基本知識(shí)可知，經(jīng)整流機(jī)組整直電流的波紋系數(shù)愈小，愈接近直流，則其諧波總含量愈小，功率因數(shù)愈高，運(yùn)營(yíng)愈經(jīng)濟(jì)合理，并有利于提高電能質(zhì)量。要達(dá)到這一目標(biāo)，最簡(jiǎn)單的方法是增大整流電路每工頻周期的導(dǎo)電相數(shù)。近年來(lái)軌道交通中廣泛采用由兩套12脈波整流機(jī)組構(gòu)成的等效24脈波整流電路，從而可在一個(gè)工頻周期的時(shí)間內(nèi)形成24脈波整流的效果。軌道交通牽引供變電技術(shù)一、等效24脈波整流電路構(gòu)成原理等效24脈波整流電路的構(gòu)成原理接線圖如圖3.33所示。它由兩套相同等容量的12脈波整流機(jī)組構(gòu)成，其中各設(shè)有每臺(tái)具有原邊分別產(chǎn)生移相（電角度）和（－7.5°電角度）作用的軸向分裂式三相四繞組整流變壓器T1和T2，其接線組別分別為D、D；、和D、D；、。它們的二次繞組（d、y繞組）輸出分別連接至兩組三相整流橋，各組成一套12脈波整流電路，如圖3.33中的RCT2與RCT1和RCT4與RCT3。軌道交通牽引供變電技術(shù)

軌道交通牽引供變電技術(shù)圖3.33等效24脈波整流電路原理接線圖

每套整流電路兩組三相整流橋的直流輸出正、負(fù)極，相應(yīng)并聯(lián)連接到直流牽引變電所的同名（＋、－極）母線上。正常運(yùn)行情況下，等效整流電路兩臺(tái)整流變壓器閥側(cè)同名端線電壓的相位差為（15°電角度），如圖3.34所示，考慮各整流橋整流臂電壓的反相（－180°）導(dǎo)電后，可保證在一個(gè)工頻周期內(nèi)產(chǎn)生24脈波整流電壓。軌道交通牽引供變電技術(shù)

軌道交通牽引供變電技術(shù)圖3.3424脈波整流電路閥側(cè)線電壓相量圖注：反相（）電壓

由于采用了軸向雙分裂結(jié)構(gòu)的整流變壓器，歸算到閥側(cè)（二次側(cè)）繞組的每相漏抗和分裂電抗較大，可取代平衡電抗器的作用，故接線圖中不設(shè)平衡電抗器。整流變壓器原邊繞組采用延邊三角形接線移相方式，已在本章第二節(jié)中講述。軌道交通牽引供變電技術(shù)二、等效24脈波整流電路工作原理與特性

按圖3.33由兩套整流機(jī)組構(gòu)成的等效24脈波整流電路中，如以、、和、、分別表示D、D;、接線組別的整流變壓器（T1）d接線二次繞組和y接線二次繞組的三相輸出線電壓；接線組別為D、D；d2、y1的整流變壓器（T2）相應(yīng)d接線和y接線二次繞組的三相輸出線電壓，分別表示為、、和、、。軌道交通牽引供變電技術(shù)

由于整流變壓器T1和T2原邊d接線繞組移相后分別滯后（7.5°電角度）和超前（-7.5°電角度），同時(shí)考慮T1、T2二次繞組接線方式本身的移相作用，上述兩臺(tái)整流變壓器四組三相輸出電壓的數(shù)學(xué)表達(dá)式即可方便地得到。軌道交通牽引供變電技術(shù)現(xiàn)以四個(gè)二次繞組的a相為例，假定各繞組輸出電壓相等，其二次輸出電壓可表達(dá)為式中——整流變壓器二次繞組輸出線電壓最大瞬時(shí)值。軌道交通牽引供變電技術(shù)（3.72）其他b、c相二次輸出電壓的表達(dá)式，按三相電路對(duì)稱原則即可得到。例如，整流變壓器T1閥側(cè)y接線二次繞組b、c相輸出電壓為軌道交通牽引供變電技術(shù)（3.73）

如以整流變壓器T1二次繞組y接線組別的12點(diǎn)為基準(zhǔn)，兩臺(tái)整流變壓器并聯(lián)工作時(shí)，考慮上述四組二次輸出電壓12個(gè)相量及其反相（－180°）電壓在整流導(dǎo)電過(guò)程中的共同作用，各相量相位差依次為（15°電角度），從而構(gòu)成24脈波整流器閥側(cè)線電壓相量關(guān)系圖，如圖3.34所示。該圖同時(shí)也表明四組整流橋各整流管按順時(shí)針換相導(dǎo)電順序。軌道交通牽引供變電技術(shù)負(fù)載電流（Id）不同時(shí)，等效24脈波整流電路的工作原理、工作狀態(tài)和基本特性，將在下面予以分析，并對(duì)該電路設(shè)定必要的理想工作條件。1.設(shè)定的理想工作條件①并聯(lián)工作的兩臺(tái)整流變壓器的穿越阻抗（）和每臺(tái)整流變壓器的兩組換相阻抗均對(duì)稱平衡，保證四組橋式整流器的直流負(fù)載分配均勻。

軌道交通牽引供變電技術(shù)②忽略閥側(cè)各整流橋間均衡電流和網(wǎng)側(cè)變壓器勵(lì)磁電流的影響，網(wǎng)側(cè)和閥側(cè)（兩繞組）電壓比歸算為1∶1∶1。③并聯(lián)連接大電感性負(fù)載（），忽略各整流橋本身電流換相時(shí)的重疊角（）。2.負(fù)載電流（臨界電流）時(shí)的工作狀態(tài)與特性軌道交通牽引供變電技術(shù)

本節(jié)前述由軸向雙分裂四繞組整流變壓器供電的兩組整流橋構(gòu)成的12脈波整流電路相同，當(dāng)時(shí)，整流變壓器每相換相電抗（漏電抗）產(chǎn)生的漏感電勢(shì)（反電勢(shì)）較小，不足以使24脈波整流電路中的每套兩組整流橋（如RCT1，RCT2）以及四組整流橋并聯(lián)運(yùn)行。因而整流電路進(jìn)入24相推挽工作狀態(tài)，即24相輸入電壓按相序（見(jiàn)圖3.34）依次使控制其供電的整流臂整流管輪流導(dǎo)通，一個(gè)工頻周期內(nèi)各導(dǎo)電兩次。軌道交通牽引供變電技術(shù)

如圖3.35（a）、（b）所示分別為等效24脈波整流電路輸入電壓與整流電壓Ud波形和四組整流橋各整流臂整流管導(dǎo)電電流及順序圖。從圖中可知，在一工頻周期的每個(gè)時(shí)刻內(nèi)，四組整流橋的四組輸入電壓（含反相電壓）中，出現(xiàn)最高電壓瞬時(shí)值供電的整流臂整流管導(dǎo)通，其他整流臂整流管閉鎖。軌道交通牽引供變電技術(shù)

每個(gè)整流臂整流管每次導(dǎo)通，每個(gè)工頻周期導(dǎo)通兩次，共導(dǎo)通。例如，當(dāng)整流變壓器T1的RCT1整流橋閥側(cè)輸入電壓為最高瞬值時(shí)，D11和D16導(dǎo)通，此后該電壓為負(fù)半周達(dá)到反相最高瞬時(shí)值時(shí)，D11和D16又導(dǎo)通一次，共導(dǎo)通兩次，總導(dǎo)電時(shí)間為。在此時(shí)刻內(nèi)負(fù)擔(dān)全部直流負(fù)載。軌道交通牽引供變電技術(shù)負(fù)載電流時(shí)直流輸出電壓Ud的波形為四組閥側(cè)輸入線電壓曲線族的包絡(luò)線，從圖3.35中可知，每工頻周期Ud有24次脈動(dòng)，形成24脈波整流。軌道交通牽引供變電技術(shù)

軌道交通牽引供變電技術(shù)（a）（b）（c）（d）（e）圖3.35兩套整流機(jī)組四組整流橋并聯(lián)構(gòu)成的等效24脈波整流電路波形圖（時(shí)）（a）四組整流橋各整流臂整流管輪流導(dǎo)電電壓波形圖和整流電壓Ud波形圖；（b）、（c）、（d）、（e）RCT1～RCT4各整流臂整流管推挽狀態(tài)導(dǎo)電電流波形3.負(fù)載電流（臨界電流）時(shí)的工作狀態(tài)與特性由兩臺(tái)軸向雙分裂四繞組整流變壓器為電源的四組三相整流橋并聯(lián)連接，向直流負(fù)載供電的等效24脈波整流電路，在的理想情況下，由于換相電抗電感電勢(shì)的作用，四組整流橋達(dá)到并聯(lián)工作狀態(tài)，總負(fù)載電流Id在四組整流橋間平均分配，各承擔(dān)。軌道交通牽引供變電技術(shù)

此時(shí)，等效24脈波整流電路的整流效果，可看成各導(dǎo)電相相位差為的兩套雙整流橋并聯(lián)組成的12脈波整流電路，共同作用于直流負(fù)載產(chǎn)生的整直效果。而各整流橋的負(fù)載電流僅為12脈波整流橋的一半。由于兩套整流機(jī)組的電路和磁路系統(tǒng)是分開(kāi)的，各整流變壓器及其所屬兩組整流橋之間互不干擾，獨(dú)立工作。軌道交通牽引供變電技術(shù)

換相只在同一整流機(jī)組的變壓器二次繞組相間及整流臂間進(jìn)行，換相次序與前述單機(jī)組雙整流橋并聯(lián)構(gòu)成的12脈波整流電路并無(wú)區(qū)別，因而可按12脈波整流電路的分析方法，來(lái)分析等效24脈波整流電路在時(shí)的工作狀態(tài)及其特性。軌道交通牽引供變電技術(shù)如圖3.36（a）、（b）～（e）所示為兩套整流機(jī)組、四組整流橋并聯(lián)連接的等效24脈波整流電路中，T1和T2所屬兩組整流橋各整流臂整流管輪流并聯(lián)導(dǎo)電電壓波形和整流電壓Ud波形圖，以及各整流橋整流管電流與導(dǎo)電次序圖［見(jiàn)圖3.36（b）～（e）］。其相應(yīng)的兩套整流機(jī)組、四組整流橋和電源接線圖如圖3.33所示。下面對(duì)其主要工作狀態(tài)和特性進(jìn)行分析。軌道交通牽引供變電技術(shù)

軌道交通牽引供變電技術(shù)（a）（b）（c）（d）（e）（f）圖3.36兩套整流機(jī)組四組整流橋并聯(lián)構(gòu)成的等效24脈波整流電路波形圖（時(shí)）（a）、（f）四組整流橋各整流臂整流管輪流并聯(lián)導(dǎo)電電壓波形圖和整流電壓Ud波形圖以及局部波形放大圖；（b）、（c）、（d）、（e）RCT1～RCT4各整流臂整流管并聯(lián)導(dǎo)電電流波形圖（1）在的負(fù)載情況下，與前述雙整流橋并聯(lián)連接的12脈波整流電路相同，此時(shí)每套整流機(jī)組的兩組整流橋任意時(shí)刻均為并聯(lián)導(dǎo)電工作。并聯(lián)導(dǎo)電的必要條件是，導(dǎo)電時(shí)刻同一機(jī)組（T1或T2）兩組整流橋同時(shí)并聯(lián)導(dǎo)電支路的電壓必須相等且數(shù)值為最大。軌道交通牽引供變電技術(shù)現(xiàn)分析圖3.36（a）、（b）和（f）中K、L、M、N、O、P各點(diǎn)時(shí)刻整流電路導(dǎo)電情況［圖（f）為圖（a）的局部圖形放大］。首先了解T1整流機(jī)組的工作狀態(tài)，其RCT2整流橋的D21、D26整流管和RCT1整流橋的D11、D16整流管，在閥側(cè)線電壓和的分別作用下，從L點(diǎn)（）開(kāi)始的LM區(qū)間（）同時(shí)并聯(lián)導(dǎo)電軌道交通牽引供變電技術(shù)

經(jīng)M點(diǎn)（）到達(dá)MN（）區(qū)間（）一直保持兩者并聯(lián)導(dǎo)電，其中在LM和MN區(qū)間由于T1換相電抗反電勢(shì)的作用，它反對(duì)導(dǎo)電支路電壓的變化，力圖使兩導(dǎo)電支路線間電壓相等，亦即使整流電壓Ud相等。從而上述兩支路保持繼續(xù)并聯(lián)導(dǎo)電直至N點(diǎn)。軌道交通牽引供變電技術(shù)其兩整流橋相應(yīng)整流臂整流管電流波形見(jiàn)圖3.36（c）、（d）。N點(diǎn)后轉(zhuǎn)換為由閥側(cè)線電壓和分別對(duì)RCT2的D21、D26整流管支路和RCT1的D15、D14整流管支路作用而并聯(lián)導(dǎo)電，持續(xù)經(jīng)歷N（）區(qū)間（）、O點(diǎn)（）和OP（）區(qū)間（），與前述相同的原因，該兩導(dǎo)電支路一直保持并聯(lián)導(dǎo)電，直到P點(diǎn)為止，其并聯(lián)導(dǎo)電總時(shí)延為。軌道交通牽引供變電技術(shù)P點(diǎn)以后又轉(zhuǎn)換為T1整流機(jī)組RCT1、RCT2整流橋的其他兩導(dǎo)電支路并聯(lián)導(dǎo)電，如此交替，循環(huán)工作，按圖3.34的電壓換相順序進(jìn)行。兩整流橋并聯(lián)導(dǎo)電支路整流臂整流管電流波形見(jiàn)圖3.35（b）、（c），可知每個(gè)并聯(lián)導(dǎo)電支路整流管導(dǎo)電一次總時(shí)延為。軌道交通牽引供變電技術(shù)（2）同理，T2整流機(jī)組兩組整流橋RCT4、RCT3的工作狀態(tài)與T1整流機(jī)組的兩組整流橋類似。如圖3.35（a）、（b）和（f）中，觀察、L、、N、等各點(diǎn)時(shí)刻的導(dǎo)電情況。在閥側(cè)線電壓和的分別作用下，RCT4的D45、D46整流管和RCT3的D35、D36整流管從點(diǎn)開(kāi)始并聯(lián)導(dǎo)電，并持續(xù)經(jīng)歷、兩個(gè)區(qū)間（各為）軌道交通牽引供變電技術(shù)然后在點(diǎn)轉(zhuǎn)換為在、線電壓分別作用下，RCT4的D45、D46整流管和RCT3的D31、D36整流管并聯(lián)導(dǎo)電，依然持續(xù)時(shí)延。此后又轉(zhuǎn)換為RCT4、RCT3整流橋的其他兩導(dǎo)電支路并聯(lián)導(dǎo)電，如此交替循環(huán)運(yùn)行，和上述T1整流機(jī)組整流橋的工作狀態(tài)相似，每個(gè)并聯(lián)導(dǎo)電支路整流管導(dǎo)電一次，總時(shí)延同樣是。軌道交通牽引供變電技術(shù)（3）整流電壓Ud波形如圖3.35（a）、（f）所示。兩套閥側(cè)線電壓互差角度的12脈波整流機(jī)組并聯(lián)連接導(dǎo)電時(shí)，各自按12脈波整流電路的并聯(lián)導(dǎo)電規(guī)律運(yùn)行，每隔有一導(dǎo)電支路線電壓達(dá)到最大值。軌道交通牽引供變電技術(shù)

由于各整流變壓器換相電抗反電勢(shì)的作用，任何時(shí)刻施加至輪流導(dǎo)電的同一機(jī)組兩并聯(lián)導(dǎo)電支路整流管的電壓，均為導(dǎo)電時(shí)間內(nèi)兩支路線電壓的平均值［如］，兩并聯(lián)導(dǎo)電支路并聯(lián)導(dǎo)電時(shí)間為，隨后進(jìn)行換相。因而形成24脈波波動(dòng)的整流電壓。軌道交通牽引供變電技術(shù)

從以上分析和相關(guān)波形圖可知，當(dāng)時(shí)，由兩套整流機(jī)組四組整流橋并聯(lián)連接構(gòu)成的等效24脈波整流電路的工作和換流特點(diǎn)主要有：（1）兩套整流機(jī)四組整流橋任何時(shí)刻均為并聯(lián)導(dǎo)電，兩機(jī)組相對(duì)獨(dú)立工作，互不干擾。整流換相只在同一機(jī)組的兩組整流橋的變壓器y、d二次繞組相間和相關(guān)整流臂整流管之間進(jìn)行，與另一機(jī)組無(wú)關(guān)。軌道交通牽引供變電技術(shù)（2）在一個(gè)工頻周期內(nèi)，四組整流橋各整流臂整流管各導(dǎo)電2次（含反相電壓作用時(shí)），每次延續(xù)，總導(dǎo)電。電流波形為矩形波（不計(jì)均衡電流影響），每組整流橋輸出電流幅度為，如圖3.36（b）～（e）所示。和的工況相比較，此時(shí)提高了整流臂整流管的利用率。軌道交通牽引供變電技術(shù)（3）負(fù)載電流時(shí)，整流電壓Ud的波形為同一機(jī)組兩并聯(lián)導(dǎo)電支路導(dǎo)電時(shí)間內(nèi)線電壓平均值曲線族的包絡(luò)線。每工頻周期內(nèi)，Ud有24次脈動(dòng)，形成24脈波整流。三、主要技術(shù)參數(shù)及其計(jì)算

1.理想空載直流電壓軌道交通牽引供變電技術(shù)在負(fù)載電流（臨界電流）的運(yùn)行情況下，24脈波整流電路處于推挽工作狀態(tài)，其直流輸出電壓脈波的波頂高度為，如圖3.36（f）所示，因而空載直流電壓為軌道交通牽引供變電技術(shù)（3.74）式中、——分別為整流變壓器二次繞組（閥側(cè)）輸出線電壓的最大值和有效值。2.約定空載直流電壓按圖3.35（a）、（b），當(dāng)在負(fù)載電流的情況下運(yùn)行時(shí)，在軸向雙分裂式整流變壓器的換相電抗產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)的作用下，兩套機(jī)組的四組整流橋并聯(lián)運(yùn)行，相當(dāng)于兩套閥側(cè)線電壓互差角度的12脈波整流電路并聯(lián)導(dǎo)電軌道交通牽引供變電技術(shù)此時(shí)直流輸出電壓脈波波頂高度與12脈波整流電路相同，降低為。因而理想空載直流電壓為3.其他主要技術(shù)參數(shù)計(jì)算基于兩套整流機(jī)組四組三相整流橋并聯(lián)構(gòu)成的等效24脈波整流電路其他主要技術(shù)參數(shù)軌道交通牽引供變電技術(shù)（3.75）

包括整流臂電流平均值和有效值，單臺(tái)整流變壓器二次繞組電流有效值I2ef和一次繞組電流有效值I1ef、整流變壓器二次繞組容量S2和一次繞組容量S1，以及單臺(tái)整流變壓器等值（計(jì)算）容量SC等參數(shù)和量值的計(jì)算方法與計(jì)算公式，和表3.2所列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)的計(jì)算方法相似，但主要區(qū)別有以下幾點(diǎn)：軌道交通牽引供變電技術(shù)①等效24脈波整流電路各整流橋整流臂電流平均值和有效值的計(jì)算中，整流臂電流波形相同，但幅值為。②單臺(tái)整流變壓器二次繞組和一次繞組線電流有效值I2ef和I1ef的計(jì)算中，正、負(fù)半波整流電流值均為。③單臺(tái)整流變壓器容量，由于等效24脈波整流電路由兩套整流機(jī)組構(gòu)成，其單臺(tái)整流變壓器容量應(yīng)為相同整流功率的12脈波整流電路整流變壓器容量的1/2。軌道交通牽引供變電技術(shù)四、對(duì)基于兩套整流機(jī)組四組三相整流橋并聯(lián)構(gòu)成的等效24脈波整流電路的評(píng)價(jià)從以上工作原理分析和技術(shù)參數(shù)特性介紹可知：（1）基于兩機(jī)組四組整流橋并聯(lián)構(gòu)成的等效24脈波整流電路的容量利用率，與單機(jī)組雙整流橋構(gòu)成的12脈波整流電路相同。軌道交通牽引供變電技術(shù)在同等直流負(fù)載功率（Pd）情況下，等效24脈波整流電路需要兩套雙整流橋并聯(lián)的整流機(jī)組，而每臺(tái)整流變壓器和整流器的容量均為12脈波整流電路的，即各分別為和。（2）各并聯(lián)整流橋整流臂電流為，是12脈波整流電路整流橋臂電流的，改善了了整流管陽(yáng)極的工作條件（電流減?。欣谔岣哒髌鞯呢?fù)荷能力。軌道交通牽引供變電技術(shù)（3）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行測(cè)試結(jié)果，等效24脈波整流電路網(wǎng)側(cè)（33～35kV）特征高次諧波為23、25次諧波電流，此外還有3、5、7、11、13次非特征諧波，而諧波總含量較12脈波整流電路有較大下降，從而可減少城軌交通牽引系統(tǒng)對(duì)城市電網(wǎng)造成的諧波污染，提高供電質(zhì)量。軌道交通牽引供變電技術(shù)（4）均衡電流存在的影響和雙整流橋并聯(lián)連接的12脈波整流電路一樣，等效24脈波兩套整流機(jī)組的每套機(jī)組整流變壓器兩組二次繞組和整流臂整流管之間有6f頻率的均衡電流流通［見(jiàn)圖3.30（f）］，而不流至牽引負(fù)荷。由于兩套整流機(jī)組任意時(shí)刻導(dǎo)電支路整流管導(dǎo)通、關(guān)斷時(shí)間不同，兩套機(jī)組的均衡電流流通路徑互不影響、各自獨(dú)立。為減小均衡電流造成的附加電能損耗，應(yīng)減小整流變壓