交直電力機車主電路實用教案

1、4.1 概述(i sh) 組成：牽引變壓器、牽引電動機及其相關電氣設備。組成：牽引變壓器、牽引電動機及其相關電氣設備。 特點：高電壓、大電流、控制復雜、工作條件差等。特點：高電壓、大電流、控制復雜、工作條件差等。 作用：傳遞功率，實現(xiàn)電能向動能的轉換。作用：傳遞功率，實現(xiàn)電能向動能的轉換。一、對主電路的基本要求一、對主電路的基本要求 滿足起動、調(diào)速、制動滿足起動、調(diào)速、制動(zh dn)要求，保證牽引要求，保證牽引電機轉矩、轉速獨立可調(diào)，且范圍寬。（如：升弓帶電電機轉矩、轉速獨立可調(diào)，且范圍寬。（如：升弓帶電下下)二、主電路的結構特點二、主電路的結構特點1、變流調(diào)壓方式、變流調(diào)壓方式 變壓器高

2、壓側自耦調(diào)壓，再整流，如早期變壓器高壓側自耦調(diào)壓，再整流，如早期6Y2、SS2機車。機車。 變壓器次邊分段調(diào)壓，再整流，如變壓器次邊分段調(diào)壓，再整流，如SS1機車（有級）。機車（有級）。 第1頁/共95頁第一頁，共96頁。4.1 概述(i sh) 變流器調(diào)壓，如變流器調(diào)壓，如SS3SS3SS9SS9機車（無級調(diào)壓）。相控調(diào)壓有全控、機車（無級調(diào)壓）。相控調(diào)壓有全控、半控調(diào)壓。無再生制動用半控，因可改善功率系數(shù)。半控調(diào)壓。無再生制動用半控，因可改善功率系數(shù)。2 2、供電方式、供電方式(fngsh)(fngsh)（1 1）集中供電方式）集中供電方式(fngsh)(fngsh) 一組調(diào)壓整流（半波或

3、全波）給所一組調(diào)壓整流（半波或全波）給所有牽引電機供電。有牽引電機供電。 電路配線、布置簡單；整流容量大，電路配線、布置簡單；整流容量大，電機可全并聯(lián)，防空轉性能好；整流電機可全并聯(lián)，防空轉性能好；整流并聯(lián)元件多，故障短路并聯(lián)元件多，故障短路(dunl)(dunl)時時分流分流圖圖4-1 4-1 集中供電電路集中供電電路 好好，對元件短路保護低些。，對元件短路保護低些。 電機特性差異電機特性差異負載分配不均負載分配不均；被拖動被拖動與原方向與原方向相反運動相反運動，電機，電機因剩磁發(fā)電因剩磁發(fā)電，高者通過其他電機形成自勵回路，造成并聯(lián)，高者通過其他電機形成自勵回路，造成并聯(lián)自勵發(fā)電自勵發(fā)電短路

4、短路（加設線路接觸器）（加設線路接觸器）；一一臺電機臺電機環(huán)火環(huán)火，可引起，可引起另一臺另一臺電機電機環(huán)火環(huán)火。中。中抽半波整流，一組故障時電壓減半，功率也減半。抽半波整流，一組故障時電壓減半，功率也減半。 優(yōu)點優(yōu)點：缺點缺點：第2頁/共95頁第二頁，共96頁。4.1 概述(i sh)（2 2）半集中供電方式）半集中供電方式 兩組調(diào)壓整流裝置，每組給一半兩組調(diào)壓整流裝置，每組給一半的電機供電。的電機供電。優(yōu)點：整流器容量小些。優(yōu)點：整流器容量小些。缺點：一組故障時，功率降低一半。缺點：一組故障時，功率降低一半。注意：注意：C0-C0C0-C0、B0-B0B0-B0軸式機車軸式機車(jch)(j

5、ch)，半集中供電也叫轉向架，半集中供電也叫轉向架獨立供電。獨立供電。MMMMMM. 圖4-2 半集中(jzhng)供電電路 .MMMMMM. . .MMMMMMM(a) (b)(a) (b)圖圖4-3 4-3 獨立供電電路獨立供電電路 （3 3）獨立供電方式）獨立供電方式 一整流器一整流器對對一電機一電機獨立獨立供電供電。圖（圖（a a）變壓器二次共用繞組中變壓器二次共用繞組中抽供電，繞組結構簡單，但整抽供電，繞組結構簡單，但整流易出現(xiàn)各支路逐個換向流易出現(xiàn)各支路逐個換向各輸出平均電壓不相等，加大了電機特性差異的后果。各輸出平均電壓不相等，加大了電機特性差異的后果。第3頁/共95頁第三頁，共

6、96頁。4.1 概述(i sh) 圖（圖（b b）變壓器二次獨立繞組供電，能克服（）變壓器二次獨立繞組供電，能克服（a a）的缺點，二）的缺點，二次電流減小，但繞組增多，結構復雜及繞組間絕緣問題。次電流減小，但繞組增多，結構復雜及繞組間絕緣問題。注意注意(zh y)(zh y)：現(xiàn)代交：現(xiàn)代交- -直電力機車用半集中供電（交直電力機車用半集中供電（交- -直直- -交亦如此）。交亦如此）。3 3、調(diào)速與磁場削弱方式、調(diào)速與磁場削弱方式調(diào)速：起動及低速時調(diào)電機端壓、高速時用削磁來調(diào)速。調(diào)速：起動及低速時調(diào)電機端壓、高速時用削磁來調(diào)速。削磁方式：電阻分流（三級）、可控硅分流（無級）。削磁方式：電阻

7、分流（三級）、可控硅分流（無級）。4 4、電制動方式、電制動方式 電阻制動、再生制動。（見前述）電阻制動、再生制動。（見前述）5 5、牽引電動機型式及聯(lián)結方式、牽引電動機型式及聯(lián)結方式 型式：串勵（常用）、復勵（型式：串勵（常用）、復勵（6K6K、SS7SS7）。）。第4頁/共95頁第四頁，共96頁。4.1 概述(i sh) 聯(lián)結方式：牽引電機并聯(lián)，更好利用粘著力。聯(lián)結方式：牽引電機并聯(lián)，更好利用粘著力。6 6、檢測及保護方式、檢測及保護方式（1 1）檢測）檢測交流側：交流電壓、電流互感器，測網(wǎng)壓、變壓器一次電流。交流側：交流電壓、電流互感器，測網(wǎng)壓、變壓器一次電流。直流側：直流電壓、電流互感

8、器或傳感器，檢測牽引電機端壓、直流側：直流電壓、電流互感器或傳感器，檢測牽引電機端壓、電樞電流、勵磁電流（電氣制動狀態(tài)）。電樞電流、勵磁電流（電氣制動狀態(tài)）。（2 2）保護）保護種類：過流（含短路和過載）、接地、過壓、欠壓及其它保護。種類：過流（含短路和過載）、接地、過壓、欠壓及其它保護。方式：切斷機車總電源、切斷故障電路方式：切斷機車總電源、切斷故障電路(dinl)(dinl)電源等，或僅電源等，或僅給司機信號引起注意。給司機信號引起注意。 第5頁/共95頁第五頁，共96頁。4.1 概述(i sh)三、電力機車的功率系數(shù)三、電力機車的功率系數(shù) “ “交交- -直直”環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)(hunji)(h

9、unji)，使電力機，使電力機車具有功率系數(shù)的特殊性。車具有功率系數(shù)的特殊性。1 1、功率因數(shù)與功率系數(shù)、功率因數(shù)與功率系數(shù) 交流電路（交流電路（U U、I I正弦），有功正弦），有功P P與視在與視在S S之比，叫功率因數(shù)。之比，叫功率因數(shù)。 “ “交交- -直直”機車，電壓正弦，電流畸變機車，電壓正弦，電流畸變（理想情況下為矩形波）。牽引變壓器原邊有（理想情況下為矩形波）。牽引變壓器原邊有功功P P與視在與視在S S之比叫功率系數(shù)，用之比叫功率系數(shù)，用來表示。來表示。2 2、功率系數(shù)的物理意義、功率系數(shù)的物理意義（1 1）定義）定義 （4-14-1） 電壓正弦，電流非正弦電壓正弦，電流非正

10、弦基波、諧波，基波、諧波，其與電壓同頻基波產(chǎn)生有功功率、不同頻諧波其與電壓同頻基波產(chǎn)生有功功率、不同頻諧波只產(chǎn)生無功功率。因此只產(chǎn)生無功功率。因此 SP第6頁/共95頁第六頁，共96頁。4.1 概述(i sh) (4-2) 式中，U為正弦有效值，I為電流總有效值，I(1)為基波電流有效值, 為基波電流的相位系數(shù)， 為基波電流的有功分量。 引入電流波形畸變系數(shù)（亦即電流基波系數(shù)）=I(1)/I，則有 （4-3）可見：畸變，=1無畸變，有 。通常情況(qngkung)， 。（2）淺析 1：一是基波電流與電壓不同相， 1；二是電流畸變有諧波，1。 提高，一是使I(1)與U同相，二是使電流接近正弦。

11、IIUIUISP1)1(1)1(coscos1cos1)1(cosI11)1(coscosII1cos1cos1cos第7頁/共95頁第七頁，共96頁。4.2 理想整流(zhngli)電路 理想情況：硅元件正向管壓降為零；直流側理想情況：硅元件正向管壓降為零；直流側Ld=Ld=；變；變壓器繞組漏抗、電阻忽略不計；變壓器次邊電壓正弦。壓器繞組漏抗、電阻忽略不計；變壓器次邊電壓正弦。一、不可控整流電路一、不可控整流電路(dinl)(dinl) 二極管整流，有級調(diào)速，如二極管整流，有級調(diào)速，如SS1SS1機車。機車。（一）中抽式整流電路（一）中抽式整流電路(dinl)(dinl) 圖圖4-14-1原

12、理電路。集中供電，每三原理電路。集中供電，每三臺電機并聯(lián)串臺電機并聯(lián)串PKPK后再并聯(lián)；后再并聯(lián)；M1M1M6M6均串均串勵；變壓器副邊勵；變壓器副邊aoao、bobo兩段，其電壓大兩段，其電壓大小小(dxio)(dxio)相等而相位相反。相等而相位相反。理想情況理想情況: :變壓器變壓器u2u2正弦、正弦、i2i2直流，直流，u1u1正弦、正弦、iTiT方波；方波；D1D1換流到換流到D2D2瞬間（瞬間（0 0、）完成，即瞬間自然換相。）完成，即瞬間自然換相。 PK1PK2MMMMMM. . .abi2D1D2iD2i2iD10u2u2u1iT圖圖4-1 4-1 中抽式整流電路中抽式整流電路

13、 第8頁/共95頁第八頁，共96頁。4.2 理想整流(zhngli)電路1 1、整流電壓與電流、整流電壓與電流分析分析(fnx)(fnx)有：有：整流電壓整流電壓 （4-44-4）式中，式中，UdUd為平均電壓，為平均電壓，Ud0Ud0為理想空載電壓。為理想空載電壓。整流平均電流整流平均電流 （4-54-5）式中，式中，R R為直流電路的總電阻（為直流電路的總電阻（6 6臺電機并聯(lián)的總電阻）。臺電機并聯(lián)的總電阻）。牽引變壓器：牽引變壓器： 副邊：電壓每段正弦有效值副邊：電壓每段正弦有效值 （4-64-6） 電流每段矩形波有效值電流每段矩形波有效值 （4-74-7） 原邊：電壓正弦原邊：電壓正弦

14、 電流方波有效值電流方波有效值 （KTKT變壓器變比）變壓器變比） （4-84-8）2209 . 022UUUUddRURUIdd2220000uiD2iD1iu,ttttudUdIdIdu1iT圖圖4-5 4-5 整流電路整流電路(dinl)(dinl)波形波形 dUU11. 12dddIItdII707. 0221022TMTdTKIKIII61第9頁/共95頁第九頁，共96頁。4.2 理想整流(zhngli)電路2 2、整流元件的電壓、整流元件的電壓(diny)(diny)電流參數(shù)電流參數(shù)（1 1）硅元件電流）硅元件電流 整流器電流有效值整流器電流有效值I=0.707Id=0.707I=

15、0.707Id=0.707（6IM6IM）=4.242IM=4.242IM。（2 2）硅元件電壓）硅元件電壓(diny)(diny) 中抽整流，中抽整流，D1D1導通時，導通時，D2D2反向電壓反向電壓(diny)(diny)為變壓器副邊兩段繞組電壓為變壓器副邊兩段繞組電壓(diny)(diny)之和，則整流元件反向峰值電壓之和，則整流元件反向峰值電壓(diny)(diny)為（代入為（代入U2U2） (4-9) (4-9)可見：由電機電壓可見：由電機電壓(diny)(diny)（即（即Ud)Ud)、電流選擇整流元件參數(shù)。、電流選擇整流元件參數(shù)。3 3、牽引變壓器的計算容量、牽引變壓器的計算容

16、量 副邊兩段，計算容量副邊兩段，計算容量 （4-104-10）ddRMUUUU2222222dddPIUIUP57. 122222222第10頁/共95頁第十頁，共96頁。4.2 理想(lxing)整流電路 原邊計算原邊計算(j sun)容量容量 （4-11） 銘牌容量（標志變壓器重量和尺寸的大小）計算銘牌容量（標志變壓器重量和尺寸的大?。┯嬎?j sun) （4-12）整流功率整流功率Pd=UdId （6臺電機臺電機Pd=6UMIM）。）。4、機車功率系數(shù)、機車功率系數(shù) 變壓器原邊正弦電壓與方波電流同相位，據(jù)電流付氏級變壓器原邊正弦電壓與方波電流同相位，據(jù)電流付氏級數(shù)可得數(shù)可得 （4-13）

17、 dddTdTPIUKIUKIUP11. 122.2111ddTpPPPP34. 1257. 111. 12219 . 04.21cos1TTII注意：當忽略電路電阻和變壓器銅、鐵耗時，注意：當忽略電路電阻和變壓器銅、鐵耗時，可表示為整流可表示為整流(zhngli)功率與變壓器副邊視在功率的比功率與變壓器副邊視在功率的比 （4-14） 9 . 022UUIUIUdddd第11頁/共95頁第十一頁，共96頁。4.2 理想整流(zhngli)電路可見：不可控中抽整流電力機車，功率系數(shù)較高；且在調(diào)壓過程中可見：不可控中抽整流電力機車，功率系數(shù)較高；且在調(diào)壓過程中相位不變、電流畸變相位不變、電流畸變(

18、jbin)不變、功率系數(shù)不變。不變、功率系數(shù)不變。（注：（注： 對橋式整流，除整流管受反壓比中抽式小一半、變壓器原副對橋式整流，除整流管受反壓比中抽式小一半、變壓器原副邊及銘牌容量都相等外，邊及銘牌容量都相等外，iT、u1波形和波形和、都相同都相同 ）（二）整流的脈動與平波電抗器（二）整流的脈動與平波電抗器 實際中（實際中（Ld），電壓脈動，電流亦有脈動，影響直流），電壓脈動，電流亦有脈動，影響直流電機的安全換相。電機的安全換相。1、整流電壓、電流的脈動、整流電壓、電流的脈動（1）電壓脈動系數(shù)）電壓脈動系數(shù) 脈動電壓付氏級數(shù)分解，僅考慮直流和最大幅值諧波分量，脈動電壓付氏級數(shù)分解，僅考慮直流和

19、最大幅值諧波分量，則有則有第12頁/共95頁第十二頁，共96頁。4.2 理想整流(zhngli)電路 （4-15）電壓脈動系數(shù)（脈動程度）：交流分量的脈動幅值與直流分量之比 (4-16)注意：考慮其它諧波時，脈動系數(shù)Ku還會增大。（2）電流脈動系數(shù) 電流脈動與整流電路負載性質有關： 純阻負載：電流脈動與整流電壓的脈動相同，Ki與Ku相同。 感性負載：電流脈動減小，若Ld=則為直流，Ki為零。注意：電力機車(din l j ch)負載為牽引電動機，屬反電勢性質負載。為安全換相，結構上特殊設計，電路串平波電抗器（Ld足夠大）。 tUUud2cos3222222266. 03222322222UUK

20、u第13頁/共95頁第十三頁，共96頁。4.2 理想整流(zhngli)電路2 2、平波電抗器的作用、平波電抗器的作用 Ld Ld產(chǎn)生自感電勢阻止電流變化，電流脈動產(chǎn)生自感電勢阻止電流變化，電流脈動;Ld;Ld足夠大，可敷平電流。足夠大，可敷平電流。二、可控整流電路二、可控整流電路（一）全控整流電路（一）全控整流電路 全橋可控硅整流。全橋可控硅整流。 改變可控硅改變可控硅改變整流電壓改變整流電壓udud波形波形改變改變UdUd。注意：在注意：在ntn+ntn+期間，因期間，因Ld=Ld=出現(xiàn)負的整流電壓，且出現(xiàn)負的整流電壓，且IdId為常數(shù)為常數(shù)(chngsh)(chngsh)； 在在t=n+

21、t=n+瞬間換向，可控硅電流、變壓器原邊電流瞬間換向，可控硅電流、變壓器原邊電流i i都滯后都滯后角。角。PKabT1T2u2u1MT4T3udiT圖圖4-6 4-6 全控整流全控整流(zhngli)(zhngli)電路電路 第14頁/共95頁第十四頁，共96頁。4.2 理想(lxing)整流電路1 1、整流電壓、整流電壓 依電力電子學有依電力電子學有 （4-174-17）可見：可見：當當=0=0，同不可控整流，同不可控整流，當當=90=90時，有時，有Ud=0Ud=0（整流電壓波形正負面積相等（整流電壓波形正負面積相等(xingdng)(xingdng)）。）。當當9090時，時，cosco

22、s為負，有為負，有UdUd為負，整流電路逆變狀態(tài)。為負，整流電路逆變狀態(tài)。另：可控硅元件承受反向電壓峰值為另：可控硅元件承受反向電壓峰值為 （4-184-18） i0iu,tu1iTITi(1)0utud00ttIdIdiiT1iT2iT4iT3coscos22sin21022ddUUttdUU圖圖4-7 4-7 全控橋整流全控橋整流(zhngli)(zhngli)波形波形 2209 . 022UUUUdd002222. 22ddRMUUUU第15頁/共95頁第十五頁，共96頁。4.2 理想整流(zhngli)電路2 2、變壓器電流、變壓器電流 Ld= Ld=，IdId直流，變壓器原、副邊電流

23、均為方波，其副邊直流，變壓器原、副邊電流均為方波，其副邊I2=IdI2=Id、原邊、原邊I1=IT=Id/KTI1=IT=Id/KT。3 3、機車功率系數(shù)、機車功率系數(shù)(xsh)(xsh) 因因iTiT基波基波i(1) i(1) 與電壓與電壓u1u1相位差相位差角，即角，即 = =。 （4-194-19）將式（將式（4-174-17）代入式（）代入式（4-194-19）得）得 （4-204-20）可見：全橋整流的可見：全橋整流的與與UdUd成正比。成正比。 當當=0=0（全導通），（全導通）， Ud=Ud0 Ud=Ud0最大，最大，=0.9=0.9最高。最高。 隨隨UdUd；當；當=90=90

24、Ud=0=0Ud=0=0。則調(diào)壓時，須考慮。則調(diào)壓時，須考慮降降低問題。低問題。 1cos9 . 0cos22coscos)1(1)1(IIII09 . 0ddUU第16頁/共95頁第十六頁，共96頁。4.2 理想(lxing)整流電路 據(jù)（據(jù)（4-194-19）、（）、（4-204-20），不同），不同對應有對應有Ud/Ud0Ud/Ud0、值，值，可繪制出可繪制出=f(Ud/Ud0)=f(Ud/Ud0)特性曲線，見后圖特性曲線，見后圖4-144-14中曲線中曲線2 2所示。所示。（注意：可控整流，因變壓器原邊（注意：可控整流，因變壓器原邊i(1) i(1) 與電壓與電壓u1u1不同相，電源不

25、同相，電源視在功率視在功率S S中有中有P P和和Q Q，還有畸變功率。，還有畸變功率。Q Q和畸變功率不提供有效和畸變功率不提供有效功率，其無功電流、高次諧波電流還產(chǎn)生損耗和壓降，影響變功率，其無功電流、高次諧波電流還產(chǎn)生損耗和壓降，影響變壓器、接觸網(wǎng)和變電所設備容量，并使損耗增大，機車的輸出壓器、接觸網(wǎng)和變電所設備容量，并使損耗增大，機車的輸出力降低，且高次諧波干擾通訊。因此，提高力降低，且高次諧波干擾通訊。因此，提高(t go)(t go)是一是一項重要任務，也是選擇整流電路調(diào)壓方式的重要指標。）項重要任務，也是選擇整流電路調(diào)壓方式的重要指標。）（二）半控橋式整流電路（二）半控橋式整流電

26、路共陰電路：全控橋的共陰電路：全控橋的T3T3、T4T4為二極管。由導通的可控硅與其串的為二極管。由導通的可控硅與其串的二極管續(xù)流二極管續(xù)流( (缺點：半周無觸發(fā)，則為半波整流）。缺點：半周無觸發(fā)，則為半波整流）。不共陰電路：全控橋的不共陰電路：全控橋的T2T2、T3T3為二極管。無前者缺點，電力機車為二極管。無前者缺點，電力機車廣泛采用。廣泛采用。第17頁/共95頁第十七頁，共96頁。4.2 理想(lxing)整流電路 不共陰半控橋電路如圖不共陰半控橋電路如圖4-8所示。所示。 1、整流電壓、整流電壓 由波形圖得由波形圖得 （4-21）可見：當可見：當=0時，同不可控整流電壓，時，同不可控整

27、流電壓，即即 當當=90時，時，Ud=0.5Ud0=0.45U2；而當；而當=時，時，Ud=0。與全控橋比：與全控橋比：Ud同樣在最大與零間平滑同樣在最大與零間平滑調(diào)節(jié)，但控制調(diào)節(jié)，但控制(kngzh)角角大一倍大一倍（0180）。）。 整流元件反壓同全控橋。整流元件反壓同全控橋。 （注：整流波形圖中沒有負的陰影面積）（注：整流波形圖中沒有負的陰影面積）PKabT1D1u2u1MT2D2udiTcdIdi2.圖圖4-8 不共陰半控橋整流不共陰半控橋整流(zhngli)電路電路 圖圖4-9 不共陰半控橋整流波形不共陰半控橋整流波形 2cos12cos122sin21022ddUUttdUU220

28、9 . 022UUUUdd第18頁/共95頁第十八頁，共96頁。4.2 理想(lxing)整流電路2 2、變壓器電流、變壓器電流 Ld= Ld=，IdId直流。變壓器繞組在直流。變壓器繞組在內(nèi)無電流，是斷續(xù)矩形波。內(nèi)無電流，是斷續(xù)矩形波。i2i2的大小的大小(dxio)(dxio)為為IdId、iTiT的大小的大小(dxio)(dxio)為為Id/KTId/KT，iTiT的有效值為的有效值為 （4-224-22）4 4、機車功率系數(shù)、機車功率系數(shù)變壓器原邊視在功率變壓器原邊視在功率 （4-234-23）變壓器原邊有功功率（不計變壓器、整流器的損耗）變壓器原邊有功功率（不計變壓器、整流器的損耗）

29、 （4-244-24）機車的功率系數(shù)機車的功率系數(shù) （4-254-25） 據(jù)（據(jù)（4-214-21）、（）、（4-254-25），不同），不同對應有對應有Ud/Ud0Ud/Ud0、值，可繪制值，可繪制=f(Ud/Ud0)=f(Ud/Ud0)曲線，見后圖曲線，見后圖4-144-14曲線曲線3 3。 )(1)(121TdTdTKItdKIIIdTdTIUKIUKIUS2211)(1ddddIUIUIUp22)cos1 (22cos122)()cos1 (2SP第19頁/共95頁第十九頁，共96頁。4.2 理想整流(zhngli)電路比較曲線比較曲線2 2、3 3可見：可見： 半控橋改善了半控橋改善

30、了，它高于全橋，但它低于不可控。，它高于全橋，但它低于不可控。 UdUd/Ud0,UdUd/Ud0,其其；反之則相反。；反之則相反。 Ud/Ud01Ud/Ud01時，半控橋的時，半控橋的iTiT比不可控橋更接近比不可控橋更接近(jijn)(jijn)正弦，其正弦，其0.90.9。 另：由波形圖知，半控橋變壓器原邊電流基波量另：由波形圖知，半控橋變壓器原邊電流基波量I(1) I(1) 與與橫軸交于橫軸交于(/2)(/2)處，故相位移系數(shù)處，故相位移系數(shù) 。（三）多段橋順序控制（三）多段橋順序控制 可控整流在低壓區(qū)，可控整流在低壓區(qū)，、高次諧波電流較大，電網(wǎng)污染、高次諧波電流較大，電網(wǎng)污染大。多段

31、橋可改善。大。多段橋可改善。2coscos1第20頁/共95頁第二十頁，共96頁。4.2 理想(lxing)整流電路1 1、兩段半控橋式整流、兩段半控橋式整流(zhngli)(zhngli)電路電路（1 1）整流）整流(zhngli)(zhngli)電壓電壓 變壓器副邊兩段，分別給半控橋變壓器副邊兩段，分別給半控橋RM1RM1、RM2RM2供電，兩橋供電，兩橋串后向電機供電。其中，二極管串后向電機供電。其中，二極管D1D1D4D4提供直流續(xù)流通路。提供直流續(xù)流通路。低壓段，低壓段，RM1RM1逐漸開放，逐漸開放，RM2RM2關斷，由關斷，由D3D3、D4D4聯(lián)通電路，同聯(lián)通電路，同前述半控橋前

32、述半控橋 （4-264-26）可見，可見，1=1=，Ud=0Ud=0；1=01=0，Ud=0.5Ud0Ud=0.5Ud0。即低壓段，。即低壓段，11由由0 0，UdUd從從0 00.5Ud00.5Ud0。高壓段，高壓段，RM1RM1全開放，全開放，RM2RM2逐漸開放，（即疊加）有逐漸開放，（即疊加）有 abMudcdId.T3D3T1D1T2D2T4D4.RM1RM2iTu1iT20utuditId2RM1itId2RM200t0iT圖圖4-10 4-10 兩段半控橋電路兩段半控橋電路(dinl) (dinl) 圖圖4-11 4-11 兩段半控橋波形兩段半控橋波形 4cos12cos12si

33、n2211101221ddUUttdUU第21頁/共95頁第二十一頁，共96頁。4.2 理想(lxing)整流電路 （4-27）可見，2=，Ud=0.5Ud0；2=0，Ud=Ud0。即高壓段，2由0，Ud從0.5Ud0Ud0。（2）功率系數(shù) 由iT波形得有效值IT，再得出變壓器視在功率S、有功功率P，最后得功率系數(shù)（見講義） （4-28） 據(jù)（4-27）、（4-28），不同2有Ud/Ud0、值，得=f(Ud/Ud0)特性曲線，見后圖4-14曲線4所示。 比較曲線3、4可見，兩段比一段的高得多，但總體比較低，特別在Ud/Ud0=0.557附近(fjn)下降較多。另，電流波形畸變也有所改善。 （6

34、G、SS6機車采用。另：SS5是全控橋與半空橋串聯(lián)） )cos3(41sin22112120202dddUttdUUU)34()cos3(222SP第22頁/共95頁第二十二頁，共96頁。4.2 理想(lxing)整流電路2 2、三段不等分橋式整流電路、三段不等分橋式整流電路 SS4 SS4改、改、SS8SS8、SS34000SS34000等機車采用等機車采用(ciyng)(ciyng)。 圖示電路，變壓器副邊圖示電路，變壓器副邊ax1ax1、bx2bx2兩段，其兩段，其ax1ax1段半控橋，段半控橋，bx2bx2段中抽式半控橋，段中抽式半控橋，故實際上是三段不等分（電壓比例為故實際上是三段不

35、等分（電壓比例為1 1：1 1：2 2）。）。D1D1D4D4提供續(xù)流通道。提供續(xù)流通道。 abMudcx1T3D3T1D1T2D2T4D4.T5T6.x2iTu1iT10utt0iTit0iT2iT2iT4iT1iT3iT2iT4iT6iT1iT3iT5Id2KT3Id4KTIdKT圖圖4-12 4-12 三段三段(sn dun)(sn dun)不等不等分半控橋電路分半控橋電路 圖圖4-13 4-13 三段不等分半控橋波形三段不等分半控橋波形 第23頁/共95頁第二十三頁，共96頁。4.2 理想(lxing)整流電路第一段，低壓調(diào)節(jié)（大橋調(diào)壓）。繞組第一段，低壓調(diào)節(jié)（大橋調(diào)壓）。繞組ax1a

36、x1、T1T1、T2T2、D1D1、D2D2工作，工作，D3D3、D4D4聯(lián)通電路；聯(lián)通電路；T3T3T6T6均關斷。據(jù)波形，整流均關斷。據(jù)波形，整流電壓平均值為電壓平均值為 (4-29)(4-29) 式中，式中，Uax1Uax1為為ax1ax1段電壓有效值，是副邊總電壓有效值的段電壓有效值，是副邊總電壓有效值的一半（即一半（即0.5U20.5U2）。）。可見可見:1=:1=，Ud=0Ud=0；1=01=0，Ud=0.9Uax1=0.5Ud0Ud=0.9Uax1=0.5Ud0。即。即11由由0 0，UdUd從從0 00.5Ud00.5Ud0。第二段，中壓調(diào)節(jié)（小橋第二段，中壓調(diào)節(jié)（小橋(xio

37、 qio)(xio qio)調(diào)壓）。大橋滿調(diào)壓）。大橋滿開放（即開放（即1=01=0），繞組），繞組bcbc、T3T3、T4T4、及、及D3D3、D4D4投入工作，投入工作，整流電壓平均值為整流電壓平均值為 (4-30) (4-30) 4cos12cos19 . 0sin21101111daxaxdUUttdUU)cos5(818cos15 . 02cos19 . 05 . 0202020ddodbcddUUUUUU第24頁/共95頁第二十四頁，共96頁。4.2 理想整流(zhngli)電路 式中，式中，UbcUbc為為bcbc段電壓有效值，為副邊總電壓有效值的四分之段電壓有效值，為副邊總電壓

38、有效值的四分之一（即一（即0.25U20.25U2）。）?？梢娍梢?2=:2=，Ud=0.5Ud0Ud=0.5Ud0；2=02=0，Ud=0.75Ud0Ud=0.75Ud0。即。即22從從0 0，UdUd從從0.5Ud00.5Ud00.75Ud00.75Ud0。第三段，高壓調(diào)節(jié)，前兩段橋滿開放（即第三段，高壓調(diào)節(jié)，前兩段橋滿開放（即1=01=0、2=02=0），繞），繞組組cx2cx2、T5T5、T6T6也工作也工作(gngzu)(gngzu)，整流電壓平均值為，整流電壓平均值為 （4-314-31） 式中，式中，Ucx2Ucx2為為cx2cx2段電壓有效值，為副邊總電壓有效值的四分段電壓有效

39、值，為副邊總電壓有效值的四分之一（即之一（即0.25U20.25U2）。）?？梢姡嚎梢姡?=3=，Ud=0.75Ud0Ud=0.75Ud0；3=03=0，Ud=Ud0Ud=Ud0。即。即33從從0 0，UdUd從從0.75Ud00.75Ud0Ud0Ud0。)cos7(818cos175. 02cos19 . 075. 03030320ddodcxddUUUUUU第25頁/共95頁第二十五頁，共96頁。4.2 理想整流(zhngli)電路 按前述方法，可求出按前述方法，可求出，并得，并得=f(Ud/Ud0)=f(Ud/Ud0)曲線，見曲線，見后圖后圖4-144-14的曲線的曲線5 5所示。所示。

40、 比較曲線比較曲線4 4、5 5可見，三段比兩段的可見，三段比兩段的高，且波形畸變高，且波形畸變小，故被小，故被“交交- -直直”機車機車(jch)(jch)廣泛用。廣泛用。（注：（注：SS4SS4改、改、SS8SS8、SS34000SS34000等機車等機車(jch)(jch)采用三段不等采用三段不等分橋調(diào)壓。分橋調(diào)壓。8K8K機車機車(jch)(jch)亦之，不同的是第一段橋為全亦之，不同的是第一段橋為全控橋，類似半控橋工作，可再生制動；第一段全橋移相控橋，類似半控橋工作，可再生制動；第一段全橋移相/2/20 0，當，當1=01=0時再順序開放第二段橋）時再順序開放第二段橋）3 3、四段經(jīng)

41、濟橋式整流電路、四段經(jīng)濟橋式整流電路 四段經(jīng)濟橋與三段不等分橋電路相同（見圖四段經(jīng)濟橋與三段不等分橋電路相同（見圖4-144-14），），只是控制順序不同。只是控制順序不同。SS4SS4機車機車(jch)(jch)應用。應用。 第一段，移相控制第一段，移相控制T3T3、T4T4，繞組，繞組bcbc、T3T3、T4T4、D3D3、D4D4工作，工作，D1D1、D2D2聯(lián)通電路，聯(lián)通電路，T1T1、T2T2、T5T5、T6T6均封鎖，僅均封鎖，僅bcbc段繞組流過段繞組流過電流，整流電壓的平均值為電流，整流電壓的平均值為 第26頁/共95頁第二十六頁，共96頁。4.2 理想整流(zhngli)電路

42、 （4-32）可見：1=，Ud=0；1=0，Ud=0.9Ubc=0.25Ud0。即1從0，Ud從00.25Ud0。第二段，一段橋滿開放，移相控制T5、T6，繞組bc和cx2、T3T6、D3、D4工作，D1、D2聯(lián)通電路，T1、T2封鎖，整流電壓的平均值為 （4-33）可見：2=，Ud=0.25Ud0；2=0，Ud=0.5Ud0。即2從0，Ud從0.25Ud00.5Ud0。過渡，2=0時，將bx2段負載全轉移到ax1上。（二繞組匝數(shù)相等，合理(hl)控制實現(xiàn)無沖擊平滑轉移）電壓過零時刻滿開放T1、T2，并封鎖T3T6。電機端壓不變，即 8cos12cos19 . 0101dbcdUUU8cos3

43、2cos19 . 04120220dcxddUUUU012120cos19 . 0daxdUUU第27頁/共95頁第二十七頁，共96頁。4.2 理想整流(zhngli)電路第三段，維持第三段，維持T1T1、T2T2滿開放，再次滿開放，再次(zi c)(zi c)控制控制T3T3、T4T4，使使bcbc段再次段再次(zi c)(zi c)投入工作投入工作 (4-34) (4-34)可見可見:3=:3=，Ud=0.5Ud0Ud=0.5Ud0；3=03=0，Ud=0.75Ud0Ud=0.75Ud0。即。即33從從0 0，UdUd從從0.5Ud00.5Ud00.75Ud00.75Ud0。第四段，維持第

44、四段，維持T1T1T4T4滿開放，再次滿開放，再次(zi c)(zi c)控制控制T5T5、T6T6，使使cx2cx2段再次段再次(zi c)(zi c)投入工作投入工作 (4-35) (4-35) 可見可見:4=:4=，Ud=0.75Ud0Ud=0.75Ud0；4=04=0，Ud=Ud0Ud=Ud0。即。即44從從0 0時，時，UdUd從從0.75Ud00.75Ud0Ud0Ud0。 8cos52cos141212cos19 . 0213030030dddbcddUUUUUU8cos72cos141432cos19 . 04340400420dddcxddUUUUUU第28頁/共95頁第二十八

45、頁，共96頁。4.2 理想整流(zhngli)電路綜上，三段綜上，三段(sn dun)(sn dun)不等分橋可獲四段等分橋效果，降低不等分橋可獲四段等分橋效果，降低了機車造價，故中抽橋叫經(jīng)濟橋，因調(diào)節(jié)電壓又叫移相橋。了機車造價，故中抽橋叫經(jīng)濟橋，因調(diào)節(jié)電壓又叫移相橋。另一半控橋起存儲電壓作用，故叫開關橋。另一半控橋起存儲電壓作用，故叫開關橋。niUUidd2cos) 12(0123456 按四段等分橋推類，可歸納出按四段等分橋推類，可歸納出n n段等分橋段等分橋i i段橋工作的整流電壓為段橋工作的整流電壓為 (i=1 (i=1、2 2、n)n) （4-364-36） 按前述方法，同樣可得按前

46、述方法，同樣可得=f(Ud/Ud0)=f(Ud/Ud0)特性特性(txng)(txng)曲線，曲線，見圖見圖4-144-14中的曲線中的曲線6 6所示。可見，所示?？梢?，四段半控橋已有較滿意的四段半控橋已有較滿意的。圖圖4-14 4-14 不同整流電路功率系數(shù)不同整流電路功率系數(shù) 第29頁/共95頁第二十九頁，共96頁。4.2 理想(lxing)整流電路綜述：綜述：不可控橋，變壓器副邊抽頭調(diào)壓，不可控橋，變壓器副邊抽頭調(diào)壓，恒在恒在0.90.9；半控橋，移相調(diào)壓，半控橋，移相調(diào)壓，隨分段數(shù)的增加隨分段數(shù)的增加(zngji)(zngji)而改而改善。起動時較明顯，而在運行范圍內(nèi)善。起動時較明顯，

47、而在運行范圍內(nèi)約在約在0.7780.7780.9330.933間波動。間波動。注意：分段多，利于改善注意：分段多，利于改善，但電路復雜。，但電路復雜。三、機車調(diào)壓方式與功率系數(shù)補償三、機車調(diào)壓方式與功率系數(shù)補償 由前述知，整流實現(xiàn)交由前述知，整流實現(xiàn)交直、調(diào)壓直、調(diào)壓調(diào)速、影響調(diào)速、影響。1 1、機車調(diào)壓方式、機車調(diào)壓方式（1 1）整流電路聯(lián)接形式）整流電路聯(lián)接形式 機車整流：中抽式、橋式。機車整流：中抽式、橋式。 橋式比中抽式的變壓器利用率高（約橋式比中抽式的變壓器利用率高（約2020）。現(xiàn)代機）?，F(xiàn)代機車用橋式。車用橋式。第30頁/共95頁第三十頁，共96頁。4.2 理想整流(zhngli

48、)電路（2 2）機車調(diào)壓方式）機車調(diào)壓方式中抽式：變壓器副邊抽頭調(diào)壓，變壓器結構較為復雜。中抽式：變壓器副邊抽頭調(diào)壓，變壓器結構較為復雜。橋式：可控硅調(diào)壓。全控橋橋式：可控硅調(diào)壓。全控橋在在0 0/2/2內(nèi)調(diào)壓，半控橋則在內(nèi)調(diào)壓，半控橋則在0 0內(nèi)調(diào)壓。多段橋調(diào)壓范圍更寬。內(nèi)調(diào)壓。多段橋調(diào)壓范圍更寬。注意：一般用半控橋（僅再生制動才用全控橋），因移相范圍范注意：一般用半控橋（僅再生制動才用全控橋），因移相范圍范圍大一倍（圍大一倍（0 0），機車的平均），機車的平均值高，且控制簡單。值高，且控制簡單。2 2、機車功率系數(shù)補償、機車功率系數(shù)補償性能評價指標：功率系數(shù)、諧波性能評價指標：功率系數(shù)、諧

49、波(xi b)(xi b)干擾。干擾。低，設備利低，設備利用率低；諧波用率低；諧波(xi b)(xi b)高，影響電網(wǎng)供電質量（電網(wǎng)污染）。高，影響電網(wǎng)供電質量（電網(wǎng)污染）。提高提高、降低諧波、降低諧波(xi b)(xi b)重要課題。重要課題。限制要求：限制要求：=0.9=0.9、I(3)=3.9AI(3)=3.9A。第31頁/共95頁第三十一頁，共96頁。4.2 理想(lxing)整流電路注意注意(zh y)(zh y)：相控機車：相控機車僅為僅為0.780.780.800.80、諧波等效干、諧波等效干擾最大值擾最大值IpmaxIpmax9.2A9.2A。（主要是。（主要是3 3、5 5次

50、偕波影響）次偕波影響）（1 1）采用多段橋）采用多段橋 多段橋多段橋、諧波、諧波，但變壓器副邊抽頭多、整流復雜，但變壓器副邊抽頭多、整流復雜，故一般不超四段。故一般不超四段。（2 2）采用功率系數(shù)補償器）采用功率系數(shù)補償器。LC。RLC。RC圖圖4-15 4-15 濾波濾波(lb)(lb)電路電路 功率系數(shù)補償器功率系數(shù)補償器：跨接于變壓器：跨接于變壓器副邊副邊的的LCLC、RCRC、或或RLCRLC電路電路（兼作濾波兼作濾波，如圖示），如圖示）。補償原理補償原理：補償前補償前：L Ld d作用作用i i2 2方波方波諧波諧波，負載感性及控制，負載感性及控制角角作用作用i i2 2滯后滯后u

51、u2 2； 補償后補償后： LRCLRC串聯(lián)串聯(lián)諧振于諧振于3 3次諧波次諧波基波呈容性基波呈容性原原滯后滯后負載電流負載電流，且，且LRCLRC對對3 3次呈低阻性次呈低阻性吸收絕大部分吸收絕大部分3 3次諧波次諧波流向電網(wǎng)流向電網(wǎng)電網(wǎng)電網(wǎng)諧波干擾諧波干擾。 第32頁/共95頁第三十二頁，共96頁。4.2 理想(lxing)整流電路試驗表明，加補償器后，可不用多段橋。試驗表明，加補償器后，可不用多段橋。應用應用(yngyng)(yngyng)：SS6SS6機車采用兩段橋機車采用兩段橋加功率補償，加功率補償， 6K 6K、8K8K機車在補償器全機車在補償器全投時投時0.90.9。注意：限于機車

52、空間，可在車下補償注意：限于機車空間，可在車下補償（變電所和接觸網(wǎng)上），但側重不同。（變電所和接觸網(wǎng)上），但側重不同。 MRsLsi2i1ifLfCf.(a)(a)(b)(b)圖圖4-16 4-16 機車濾波器工作機車濾波器工作(gngzu)(gngzu)原理原理 第33頁/共95頁第三十三頁，共96頁。4.3 非理想整流(zhngli)電路 實際電路非理想，如整流管壓降不為零、實際電路非理想，如整流管壓降不為零、LdLd、變、變壓器有漏抗等。因太復雜壓器有漏抗等。因太復雜(fz)(fz)，僅對，僅對LdLd、Xc0Xc0進行討論。進行討論。一、一、Xc0Xc0、Xd=Xd=整流電路整流電路

53、Xc0 Xc0（變壓器繞組漏抗），整流不是瞬間完成換相；（變壓器繞組漏抗），整流不是瞬間完成換相；Xd=Xd=，整流電流被完全敷平；換相過程中電機電流保持，整流電流被完全敷平；換相過程中電機電流保持恒值。恒值。（一）橋式整流電路（一）橋式整流電路換相前：換相前：b b端正，端正，D2D2、D4D4通，電流通，電流IdId。換相開始（換相開始（t=0t=0）：）：a a端正，電流從端正，電流從D2D2、D4D4換相到換相到D1D1、D3D3。由于變壓器漏抗由于變壓器漏抗XcXc的磁場儲能，使副邊繞組中的電流的磁場儲能，使副邊繞組中的電流i2i2不不能躍變，只能從能躍變，只能從-Id-Id逐漸變到

54、逐漸變到+Id+Id。換相期間：換相期間：D1D1D4D4均通，副邊短路，均通，副邊短路，D2D2、D4D4電流的減少與電流的減少與D1D1、D3D3第34頁/共95頁第三十四頁，共96頁。4.3 非理想(lxing)整流電路 電流的增加相等，電流的增加相等，IdId不變。不變。換相結束（換相結束（t=t=）：）：D2D2、D4D4電流下降到零電流下降到零而關斷，而關斷，D1D1、D3D3電流增至電流增至IdId，并一直保持，并一直保持到到t=t=時開始時開始(kish)(kish)下次換相為止。下次換相為止。1 1、換相重疊角、換相重疊角 t=0 t=0時，時，iD2=iD4=Id-is/2

55、iD2=iD4=Id-is/2，iD1=iD3=is/2iD1=iD3=is/2，副邊電流為，副邊電流為i2=is-Idi2=is-Id。t=t=時，短路電流增加到時，短路電流增加到is=2Idis=2Id，D2D2、D4D4電流降到零，電流降到零，iD1iD1、iD3iD3增到增到IdId，副邊電，副邊電流改變方向為流改變方向為IdId。 換相期間（換相期間（0t0t）副邊短路電）副邊短路電流流isis僅受僅受XcXc的限制，可寫出方程式的限制，可寫出方程式 PKabD1D2MD4D3iTIdis12is12cd.u1uudt00iDti20tiD1、 3iD2、 4Id-IdId圖圖4-1

56、7 Xc04-17 Xc0橋式整流橋式整流(zhngli)(zhngli)電路電路 圖圖4-18 Xc04-18 Xc0橋式整流波形橋式整流波形 第35頁/共95頁第三十五頁，共96頁。4.3 非理想整流(zhngli)電路 （4-37） 積分可得短路電流 （4-38）故，副邊短路電流為 （4-39） 當t=時，is=2Id，由式（4-38）可得計算換相重疊角式為 （4-40） 式中，Is=U2m/Xc為短路電流峰值?？梢姡簱Q相重疊角是漏抗Xc、負載Id、電壓U2m的函數(shù)(hnsh)。2、換相時直流電壓損失 副邊同中抽式，整流電壓波形也相同（參見書），經(jīng)分析有整流電壓平均值 （4-41）dtd

57、iXtUuscmsin22)cos1 (sin022tXUttdXUitcmcmsdcmdsItXUIii)cos1 (22sddmcIIIUX2121cos22cos1sin102dmdUttdUU第36頁/共95頁第三十六頁，共96頁。4.3 非理想(lxing)整流電路 代入式（代入式（4-40） （4-42）可見：可見：Xc引起直流電壓損失引起直流電壓損失IdRc=2IdXc/，Rc=Xc/使使Ud隨隨Id線性降低。線性降低。3、變壓器參數(shù)、變壓器參數(shù) 電壓正弦。電流非正弦（見前波形圖），且原副邊波電壓正弦。電流非正弦（見前波形圖），且原副邊波形相同形相同(xin tn)、大小差一個變

58、比，分析（參見講義）、大小差一個變比，分析（參見講義）知有效值是換向角知有效值是換向角的函數(shù)。的函數(shù)。 容量，分析（參見講義）知也是容量，分析（參見講義）知也是的函數(shù)。的函數(shù)。4、機車功率系數(shù)、機車功率系數(shù) 分析（參見講義）知，分析（參見講義）知，Xc影響使影響使。 )1 (2000sdddcddcddIIUIRUIXUU第37頁/共95頁第三十七頁，共96頁。4.3 非理想整流(zhngli)電路（三）半控橋整流電路（三）半控橋整流電路電路：參見圖電路：參見圖4-84-8。換相前，。換相前，D1D1、T2T2通。通。t=0t=0時，時，a a端正，端正，T2T2向向D2D2自然換相，換相后自

59、然換相，換相后D1D1、D2D2續(xù)流，續(xù)流，副邊無電流副邊無電流(dinli)(dinli)。t=t=時，觸發(fā)時，觸發(fā)T1T1，D1D1向向T1T1觸發(fā)換相，換相后由觸發(fā)換相，換相后由T1T1、D2D2導導通到通到t=t=。t=t=時，又由時，又由T1T1向向D1D1自然換相，換后自然換相，換后D1D1、D2D2續(xù)流。續(xù)流。t=+t=+時，觸發(fā)時，觸發(fā)T2T2，由，由D2D2向向T2T2觸發(fā)換相。觸發(fā)換相。 如此重復。如此重復。 圖圖4-19 Xc04-19 Xc0半控橋整流半控橋整流(zhngli)(zhngli)波形波形 第38頁/共95頁第三十八頁，共96頁。4.3 非理想整流(zhng

60、li)電路1 1、換相重疊角、換相重疊角第一次換相（第一次換相（D1D1向向T1T1換相，觸發(fā)換相，觸發(fā)(chf)(chf)換相）換相） t= t=時，觸發(fā)時，觸發(fā)(chf)T1(chf)T1，D1D1、T1T1通，副邊短路，電壓方程式同（通，副邊短路，電壓方程式同（4-374-37），），積分得積分得 （4-434-43） t(+1) t(+1)換相期間，各橋臂電流換相期間，各橋臂電流iT1=isiT1=is，iD1=Id-isiD1=Id-is，iT2=0iT2=0，iD2=IdiD2=Id。 t=(+1) t=(+1)時，第一次換相結束，有時，第一次換相結束，有iT1=is=IdiT1=