二十四脈波整流資料

1、3. 24脈波整流機(jī)組整流機(jī)組是地鐵直流牽引供電系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一。整流機(jī)組的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)特 點(diǎn)和保護(hù)方式關(guān)系到整個(gè)直流牽引供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。目前，為了提高直流電的供 電質(zhì)量，降低直流電源的脈動(dòng)量，城市軌道交通多數(shù)采用等效24脈波整流機(jī)組，一 般都由兩臺(tái)相同容量12脈波的整流變壓器9和與之匹配的整流器共同組成。3.1 24脈波整流機(jī)組的作用及要求在地鐵供電系統(tǒng)中，牽引變電所高壓側(cè)的電壓多為35kV AC（或33kVAC）,而 接觸網(wǎng)的電壓為1500VDC（或750VDC）,所以需要降壓和整流。整流機(jī)組包括整流 變壓器和整流器，其作用是將35kVAC（或33kVAC）降壓、整流，輸出1500V

2、DC（或 750V DC）電壓供給地鐵接觸網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)直流牽引。地鐵牽引變電所一般設(shè)于地下，所 以整流機(jī)組也安裝在地下室內(nèi)。整流變壓器宜采用干式、戶內(nèi)、自冷、環(huán)氧樹脂澆注變壓器，其線圈絕緣等級(jí)為 F級(jí)，線圈溫升限值為70K/90K（高壓，低壓），其承受極限溫度為155,鐵心溫升 在任何情況下不應(yīng)產(chǎn)生損壞鐵心金屬部件及其附近材料的溫度。在高濕期內(nèi)可能產(chǎn)生 凝露，應(yīng)采取措施防止凝露對(duì)設(shè)備的危害。整流器采用自然風(fēng)冷式，適用于戶內(nèi)安裝。整流器柜宜采用獨(dú)立式金屬柜，二極 管及其它元件的布置應(yīng)考慮通風(fēng)流暢、接線方便，同時(shí)便于維護(hù)、維修。整流器與外 部連接的跳閘信號(hào)采用接點(diǎn)方式，報(bào)警信號(hào)采用數(shù)字方式。柜的上部及

3、底部開口，采 取措施防止小動(dòng)物進(jìn)入，正面和后面有門，各部件與柜應(yīng)絕緣。整流變壓器應(yīng)從結(jié)構(gòu) 上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以抑制諧波的產(chǎn)生，減少電磁波干擾。整流機(jī)組產(chǎn)生的諧波電流應(yīng) 滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并滿足我國(guó)電磁兼容相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)期。根據(jù)IEC164規(guī)定，地鐵作為重型牽引負(fù)荷，其負(fù)荷等級(jí)為VI級(jí)，整流機(jī)組設(shè) 備的負(fù)荷特性滿足如下要求：100%額定負(fù)荷時(shí)可連續(xù)運(yùn)行；150%額定負(fù)荷時(shí)可持續(xù) 運(yùn)行2h： 300%額定負(fù)荷時(shí)可持續(xù)運(yùn)行1mm。整流器的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足當(dāng)任一臂并聯(lián)的整 流管有1個(gè)損壞時(shí)，能全負(fù)荷正常運(yùn)行。整流器每個(gè)臂并聯(lián)整流管的電流不平衡度小 于10%o直流側(cè)空載情況下，整流變壓器施加35x（1十0.05）

4、kV的交流電壓時(shí)，直流側(cè)輸出電壓不超過(guò)1800 Vo3.2 24脈波整流機(jī)組的構(gòu)成24脈波整流機(jī)組的主電路原理圖如圖3-1所示。整流機(jī)組主要有兩臺(tái)12脈波軸 向雙分裂式牽引整流變壓器和四組全波整流橋組成。每臺(tái)變壓器閥側(cè)二套繞組分別接 成d接法和y接法，其線電壓天然形成30。的相差。兩臺(tái)變壓器的網(wǎng)側(cè)采用延邊三角 形接法，分別移相±7.5。，這樣形成的兩臺(tái)變壓器的四套閥側(cè)繞組的線電壓相量互差 15。相位，分別經(jīng)全波整流后，在直流側(cè)并聯(lián)運(yùn)行，形成24脈波整流系統(tǒng)。3.3 24脈波整流機(jī)組原理分析圖3-2為軸向雙分裂式變壓器的繞組布置示意圖。這種變壓器的網(wǎng)側(cè)為一個(gè)不分 裂的繞組，分為上下兩個(gè)

5、支路，兩支路并聯(lián)聯(lián)結(jié)。兩組閥側(cè)繞組沿軸向布置于同一鐵 心柱上，其本身并沒(méi)有串聯(lián)或并聯(lián)，而是將其頭尾各自采用y聯(lián)結(jié)和d聯(lián)結(jié)分別引出， 分裂成兩個(gè)支路。這種閥側(cè)繞組分裂為兩個(gè)支路布置在同一個(gè)鐵心柱上的軸向雙分裂 變壓器可以使閥側(cè)兩個(gè)支路并聯(lián)運(yùn)行，同時(shí)向負(fù)載供電，即同時(shí)各供一三相橋式整流 器。閥側(cè)繞組一組采用y聯(lián)結(jié)，另一組采用d聯(lián)結(jié)，使它們的線電壓有效值相等。變壓器閥側(cè)繞組同名端線電壓的相位差為2兀/12(電角度為30。)，這就形成每周期含有 12脈波的6相整流系統(tǒng)。如果有兩臺(tái)這樣的變壓器，一臺(tái)移相十7.5。，另一臺(tái)移相-7.5。, 兩臺(tái)變壓器組成一套移相變壓器組，這就形成了 12相24脈波的移相變

6、壓器，其閥側(cè) 同名端線電壓的相位差為2兀/24(電角度為15。)，閥側(cè)電壓相量圖如圖3-3所示。圖3-2軸向雙繞組雙分裂變壓器繞組布置圖3-3閥側(cè)電壓相量圖在選擇地鐵整流機(jī)組的規(guī)格時(shí)，盡量考慮采用帶三角形聯(lián)結(jié)的變壓器，同時(shí)盡可 能的增加整流的相數(shù)，變壓器采用Dylld0-Dyld2或Dy5dO-Dy7d2都符合這一設(shè)想。 變壓器采用Dylld0-Dyld2聯(lián)結(jié)的整流機(jī)組，單臺(tái)變壓器運(yùn)行時(shí)只是12脈波，要獲 得24脈波，需兩分并聯(lián)運(yùn)行。對(duì)于變壓器采用Dy5dO-Dv7d2接線的整流機(jī)組同樣如 此。在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)變壓器退出運(yùn)行，則聯(lián)跳另一臺(tái)變壓器，可通過(guò)鄰近變電所 實(shí)行大雙邊供電保證列車運(yùn)行。

7、如果只運(yùn)行一臺(tái)變壓器，則電網(wǎng)諧波含量會(huì)較正常時(shí) 增加。24脈波整流機(jī)組輸出直流電壓的紋波系數(shù)較12脈波小，Dylld0-Dyld2兩分 變壓器互換性好，從Dylld0-Dyld2的結(jié)法可以看出，兩臺(tái)變壓器的互換只需改變一 次側(cè)接入電網(wǎng)的相序即可。當(dāng)勵(lì)磁電流的3次諧波或零序分量能夠流通時(shí)，三倍次諧 波或三的整數(shù)次諧波電流就不注入電網(wǎng)，可選擇兩臺(tái)軸向雙分裂的變壓器，一臺(tái)(T1) 聯(lián)結(jié)組為DyllDdO,如圖3-4所示；另一臺(tái)(T2)為DylDd2,其中D聯(lián)結(jié)為延邊三角 形，如圖3-5所示。根據(jù)兩臺(tái)變壓器的接線，可繪制出其相量圖如圖3-6(Tl)和圖 3-7 (T2)所示“I10HLn a3b3c3

8、(a)高壓繞組(b)低壓繞組圖3乂 T1整流變壓器Dyll-dO繞組聯(lián)結(jié)圖a3b3c3(a)高壓繞組(b)低壓繞組圖3-5 T2整流變壓器Dyl-d2繞組聯(lián)結(jié)圖AU1(a) 一次側(cè)D結(jié)繞組聯(lián)結(jié) 上(a) 一次側(cè)D結(jié)繞組聯(lián)結(jié)A AiA Ai(b)二次側(cè)y結(jié)繞組相量圖(c)二次側(cè)d結(jié)繞組相量圖圖3-6變壓器T1的結(jié)構(gòu)及相量圖A AA A；(b)二次側(cè)y結(jié)繞組相量圖(c)二次側(cè)d結(jié)繞組相量圖圖3-7變壓器T2的結(jié)構(gòu)及相量圖分析圖3-6和3-7的相量圖可知，若以水平右方向?yàn)閰⒖挤较?，則可得其它電壓 相量的相位角分別為：（1）對(duì)于變壓器T1一次側(cè)電壓相量Uaibi的相位角為112.5°；二次側(cè)

9、電壓相量Ua2b2的相位角為142.5。（y結(jié)），a3b3的相位角為112.5?！敖Y(jié)）。（2）對(duì)于變壓器T2一次側(cè)電壓相量Uaibi的相位角為127.5°；二次側(cè)電壓相量以2b2的相位角為97.5。（y結(jié)），（A3b3的相位角為67.5。（d結(jié)）。觀察圖3-6和3-7的相量圖并利用上述分析的結(jié)果可知，對(duì)于同一臺(tái)變壓器，其 閥側(cè)（二次側(cè)）繞組同名端線電壓的相位差為30。（142.5。-112.5。=97.5。-67.5。=30。）；而 兩臺(tái)變壓器的網(wǎng)側(cè)（一次側(cè)）并聯(lián)接入電網(wǎng)時(shí)，相當(dāng)于其一次側(cè)各移相7.5。（不同的旋 轉(zhuǎn)方向），使T1變壓器一次側(cè)三角形繞組電壓與T2變壓器原邊三角形繞組線

10、電壓有 15。的相位差（127.5。-112.5。=15。），而兩臺(tái)變壓器二次側(cè)對(duì)應(yīng)的線電壓相位差為3.4 24脈波移相整流變壓器網(wǎng)側(cè)繞組分析1.網(wǎng)側(cè)繞組電壓、匝數(shù)及移相角的確定網(wǎng)側(cè)繞組的±7.5。移相是通過(guò)兩種不同的延邊三角形接線來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其繞組接線 原理圖與相量圖分別如圖3-4（34）和3-6G-7）所示。由于二臺(tái)變壓器的網(wǎng)側(cè)僅接線方式不同，其它的參數(shù)都完全相同以。以下就一種 接法來(lái)討論三角段的電勢(shì)“、延邊段電勢(shì)Uy和移相角a之間的關(guān)系。由網(wǎng)側(cè)電壓相量及三角函數(shù)關(guān)系可知(。=7.5。)：(3-1)"y sin a 2-=sma% sml20° V3_ sm(6

11、00-a) _ 2sml20° 布sin(60 - a)(3-2)(3-3)"d _ 6 sin(300 - a)sinaV3 3cos a- sin arza22_，33sina 2tga 2(3-4)sin 120則 n = sin(60。- a) _ sin a = 2 cos 30。sin(3°j)=1$(30。_ a) U sin 120 sin 120"如設(shè)計(jì)時(shí)取匝電勢(shì)為,那么三角段線圈匝數(shù)和延邊段線圈匝數(shù)，可按式(3-5)及式(3-6)確定:(3-5)(3-6)但線圈的匝數(shù)必須取整數(shù)，因此當(dāng)確定了 Nd和Ny之后，還必須校核移相角a及線電

12、勢(shì)5的幅值。由(3-4)可得：. 7 6 . T GUy (3-7)(3-8)因此其幅值同時(shí)由相量圖3-6可知:u；= "力 + U j + U" - 2" + U) Uy cos 120* *N； + 3NyN + N：et2 .網(wǎng)側(cè)繞組中的基波電流由于延邊段線圈電流&是三角形段線圈電流/d二相電流的相量和, 為：(3-9)且相位相差30。相角，正移相為-30。，負(fù)移相為十30。在忽略激磁電流的條件下，初次級(jí)繞組的磁勢(shì)平衡如下式:NyIy + NdId = N2I2(3-10)其相位關(guān)系由相量圖3-9所示。由相量圖3-9的幾何關(guān)系可知:sin/? sii

13、i(30 -P)由此導(dǎo)出:M _ 4 sm(30 尸)_ Csin(30' p)4 sm/7sm/?(3-12)而由式(3-4)可知:$ Ud _Gsin(30&-a)N、. U(3-13)sin。兩式比較可知£=口,將磁勢(shì)平衡方程進(jìn)行分解，可得兩組磁勢(shì)平衡組:cos(30 - a) + NJd cos a = NJ2縱向分量Ny/y sm(30 -a)- NdId sma正交分量(3-14)(3-15)其中縱向分量是與次級(jí)磁勢(shì)平衡的基本分量，而正交分量是三角段線圈與延邊段線圈相互平衡的附加部分。將縱向分量式(3-14)代入式G-9),并考慮式(3-1)和(3-3)及

14、S=Met,/d =Nd cos a + j3Ny cos(30° - a)、也Ud cos a + cos(30 - a)可得:(3-16)2q sin(30 - a) cos a + 2U、sin a cos(30' - a)UJ2 _ UJ22U sin3(T -石7(3-17)網(wǎng)側(cè)繞組的基波容量為：S= 聞人=®人=3UJ2 = S2(3-18)可見變壓器網(wǎng)側(cè)與閥側(cè)的交流基波容量是一致的，但是由于網(wǎng)側(cè)采用了延邊三角形接法，其設(shè)計(jì)時(shí)的材料容量是有所增加的。SiC = 3( + 0.1.)=同/(鳳 + U.)=業(yè)/2 sin a + 2 sm(30,- a)

15、= S1 K:c其中材料容量系數(shù)：Kzq = 2sui a + sin(300 - ct) = 4 sinl 50 cos(l 5, - a) (3-19)當(dāng)移相角a=7.5。時(shí)，/Csc=l.02642即網(wǎng)側(cè)繞組材料增加2.642%。3 .考慮諧波電流時(shí)閥側(cè)與網(wǎng)側(cè)等效容量變壓器兩組閥側(cè)均為橋式全波整流，在忽略換相時(shí)的重疊角，且負(fù)載為電感性負(fù) 載等理想條件下，閥側(cè)電流因素4=340.408,電壓因素組=±g、1.35。那么閥側(cè)二組繞組的總的交流等效容量為:S；=2x®/ = 2x"(3-20)=104724。由于二繞閥側(cè)中除了尸切±1 (hl, 2,)特

16、征諧波外的其他高次諧波都相互抵消廠口3了，因此網(wǎng)側(cè)歸算到閥側(cè)的電流因素為人=匕喜。則網(wǎng)側(cè)繞組的交流等效容量為:翳/，.壺/= gUd°/d'L0472乙。(3-21)考慮到額定運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的宜流電壓降為6%左右，因此變壓器的等效交流容量為: ,1 ,、S = -(S1 + S2)«l.O3o «1.092/.(3-22)故軌道交通牽引變壓器的額定容量一般為直流額定功率的L1倍。4. 24脈波整流電路的仿真4.1 24脈波整流電路的仿真在MATLAB-simulnik的環(huán)境下對(duì)24脈波整流電路進(jìn)行仿真，Matlab7.5版本中 的電力電子系統(tǒng)匚具箱(Powei

17、 System Blockset)可用于電力電子電路和系統(tǒng)的仿真， 文中的模型就是基于該工具箱建立的四。1 . 24脈波整流電路建模24脈波整流電路仿真模型如圖4-1所示口叫其中電源為三相對(duì)稱交流電壓源， 電源側(cè)繞組延邊三角形接線以移相變壓器/十7.5。和/-7.5。組成，移相后接入 -/-Y連接變壓器T1和T2,目的是在每臺(tái)變壓器的二組低壓繞組間引入30。相位 差。Continuous powergui圖4-1 24脈波整流電路仿真模型由于三相橋式6脈波整流器輸出電壓諧波小，為了減少輸出諧波，則每臺(tái)整流變壓器由兩個(gè)6脈波橋式整流器ABridge> B Bridge (C BridgeD

18、 Budge)以并聯(lián)方式來(lái)構(gòu)成12脈波橋式整流機(jī)組T1 (T2)。2臺(tái)12脈波整流機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行構(gòu)成等效24脈波整流 器。2 .模型參數(shù)設(shè)置三相對(duì)稱交流電壓源參數(shù)設(shè)置：三相對(duì)稱交流電壓源的幅值設(shè)為35kV,頻率為 50Hz,相位分別為 0。，120。，-120。移相變壓器參數(shù)設(shè)置：與聯(lián)結(jié)組號(hào)為DyllDdO相連的移相變壓器移相十7.5。，與 聯(lián)結(jié)組號(hào)為DylDd2相連的移相變壓器移相-7.5。，三個(gè)繞組的額定電壓分別為： 35/2kV, 35/2kV, 10kV；整流變壓器參數(shù)設(shè)置：三個(gè)繞組額定電壓分別為10kV, 1180V, 1180V；三相二極管整流橋參數(shù)設(shè)置：使用默認(rèn)值；RLC負(fù)載參數(shù)設(shè)

19、置：R取200。, L 取 0, C 取 inf。3 .仿真參數(shù)設(shè)置仿真時(shí)間設(shè)為0.04s,周期為0.02s,數(shù)值算法采用ode23tb,完成上述步驟后運(yùn) 行仿真模型，從示波器中觀察輸出波形。圖4-6為純電阻負(fù)載情況下輸出電壓Ud。4.2 整流機(jī)組理想空載直流輸出電壓計(jì)算1 .整流機(jī)組直流輸出波形分析 2000 r1500L'>明1000500 -0.020?025030?0350X)4時(shí)間(s)圖4-2 T1橋6脈波整流電路的空載輸出電壓波形2000-1500 >*000-500-0.02025030350X)4時(shí)間(S)圖4-3 T1Y橋6脈波整流電路的空載輸出電壓波形

20、與整流變壓器二次側(cè)型繞組相接的整流橋輸出電壓為6脈波，換相導(dǎo)通角 為71/3,輸出脈波的寬度為71/3,如圖4-2所示，脈波幅值等于由倍的閥側(cè)“”接 線電壓；與整流變壓器二次側(cè)“Y”型繞組相接的整流橋輸出電壓為6脈波，換相導(dǎo) 通角也為兀/3,它將滯后橋整流機(jī)組空載輸出電壓波形30。如圖4-3所示。整流機(jī)組閥側(cè)接線電壓空載電壓輸出脈波的幅值等于也倍的閥側(cè)“Y”接 線電壓。由于“Y”繞組的匝數(shù)是“”繞組匝數(shù)的1/g，所以它們的線電壓是相等 的，即“”橋和“Y”橋整流輸出電壓脈波的幅值是相等的，它們都等于加倍的閥 側(cè)線電壓。整流變壓器T1橋和“Y”橋整流機(jī)組空載電壓疊加后的輸出電壓波形如圖4-4所示

21、，由于橋和“Y”橋整流電壓相差30。，所以它們并聯(lián)疊加后 得到12脈波的空載直流輸出電壓，其脈波寬度為兀/6,幅值仍為加倍的閥側(cè)線電壓。圖4-4 T1整流機(jī)組12脈波空載輸出電壓波形圖4-5 T2整流機(jī)組12脈波空載輸出電壓波形T2整流機(jī)組的輸出空載直流電壓波形如圖4-5所示，同T1整流機(jī)組的輸出空載 直流電壓波形具有15。的相位差。所以當(dāng)把兩臺(tái)整流機(jī)組輸出的兩個(gè)12脈波電壓并聯(lián)疊加時(shí)，就能得到24脈波的 整流機(jī)組空載直流電壓波形，如圖4-6所示，它的脈波寬度為兀"2,其脈波幅值仍然 等于加倍的閥側(cè)線電壓。1700 1600> 150014001300州上 0.022 0.02

22、4 0.026 0.0280i3-0.032 0.034 0.036 0.038-0X)4時(shí)間(S)圖4-6 24脈波整流器空載輸出電壓波形2 .整流機(jī)組空載直流輸出電壓的計(jì)算(1) 橋或Y橋(6脈波)輸出電壓的計(jì)算橋或Y橋(6脈波)輸出電壓的計(jì)算對(duì)于橋或Y橋6脈波的整流輸出電壓波 形如圖4-2(4-3)所示，設(shè)整流變壓器的閥側(cè)空載線電壓為5,整流機(jī)組的空載宜流 輸出電壓為Ud,則Ud =(嗎)t y/2U2 cos cotdcot = L35U(4-1)(2)單臺(tái)機(jī)組運(yùn)行(12脈波)輸出電壓的計(jì)算對(duì)于單臺(tái)整流機(jī)組運(yùn)行情況下，12脈波的整流波形如圖4-4(4-5)所示，空載直 流輸出電壓Ud為

23、：cos cotdojt = 1.398U、(4-2)(3)兩臺(tái)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行(24脈波)輸出電壓計(jì)算對(duì)于雙臺(tái)整流機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行情況下，24脈波的整流波形如圖4-6所示，空載直 流輸出電壓Ud為：(4-3)& = (1 / 洌三 2 COS cotdcot = lA 必在理想空載條件下，直流輸出電壓Ud=L35S，根據(jù)以上計(jì)算我們可以得到24 脈波整流機(jī)組雖然是四個(gè)六脈波模塊的并聯(lián)運(yùn)行，但輸出電壓并不是簡(jiǎn)單的并聯(lián)，在 實(shí)際空載條件下，由于二極管的單向?qū)щ娦再|(zhì)，均衡電流是不能流通的，實(shí)際上四橋 單獨(dú)交替運(yùn)行后構(gòu)成了 24脈波整流機(jī)組“6】。5.諧波分析由于二極管的阻斷作用，在整流變壓器繞組中

24、流過(guò)的是斷續(xù)的正弦波，其由基波 電流和高次諧波電流組成，輸出的直流電流是含有脈波成分的脈動(dòng)直流，而饋入電網(wǎng) 的則是含有諧波電流的非正弦電流。這里采用傅里葉分解對(duì)其進(jìn)行諧波分析切。5.1 直流側(cè)電流諧波分析圖5-1是三種常用的帶紋波的直流輸出電流波形，輸出負(fù)載設(shè)定為阻性。(a) 6脈波191%17-< 16-檜15 - 甌4.13-1i3dm = 0.95577/dm3cos2 cotdcot =0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 0.04時(shí)間(S )(c) 24脈波圖5-1直流側(cè)電流波形(1) 6脈波直流電流圖5-1

25、(a)為6脈波直流電流波形，其表達(dá)式為id(<“)=/dmC0SG3周期gjT=ti/3, 為交流側(cè)電源的角頻率(注：下文同)。從而可以求出直流電流均方根值 出為：(5-1)/d=?£如處以"=?如(5-2)將id=/dmCOS如展開成傅氏級(jí)數(shù)，其一般形式為:18北=一 a。+ cos ncot + " sill ncot) 2=i(5-3)所以26/o = -|7/dm cos cot d cot = I F(5-4)7TqRq8s"cos以加=±£+T Y=兀(，r - I)2“=；/dm cos cot sm ncotdc

26、ot = 0 T -31id =YcosW)，n=6k(k=l, 2, 3)7T- 1(5-5)(5-6)(5-7)等式右側(cè)首項(xiàng)為直流分量，其等于直流電流平均值 小 余項(xiàng)為交流分量，由直流電流平均值/d為:=6女=1,2, 3)次諧波電流之和組成，且攵為奇數(shù)時(shí)諧波為正，我為偶數(shù)時(shí)諧波為 負(fù)。由此可以求出直流電源中的總諧波電流均方根值約等于直流電流平均值的4.2%O(2) 12脈波直流電流圖5-1為12脈波直流電流波形，其表達(dá)式id=IdmCOSCOt,周期69T=jc/6o從而可 以求出直流電流均方根值/dN為：直流電流平均值/d為:(5-9)612 .兀,一 一 J cos cotdcot

27、= snlJ兀 12id的傅氏級(jí)數(shù)為：/. = sin ± Vcos&), n=12k(k=l, 2, 3)(5-10)兀 12-1等式右側(cè)首項(xiàng)為直流分量，其等于直流電流平均值人 余項(xiàng)為交流分量，是由 =12女=1,2,3)次諧波電流之和組成，且左為奇數(shù)時(shí)諧波為正，k為偶數(shù)時(shí)諧波為 負(fù)。由此可以求出12脈波宜流電源中的總諧波電流均方根值約等于直流電流平均值 的 1.03%o(3) 24脈波直流電流圖5-1 (3)為24脈波直流電流波形，其表達(dá)式/d=/dmcoscyr,周期/r=兀/12。從而 可以求出直流電流均方根值/dN為：r 112. r-7->1 6 . 兀 r

28、/ - 11、2 代上盧cos-0=自+7dm (3一11)直流電流平均值/d為:(5-12),12 座 ,.24 .兀,4=一S Q cos= sin7V如兀J-虧7i 24一rid的傅氏級(jí)數(shù)為:登山或土£*3如,=24 =1,2,3)(5-13)等式右側(cè)首項(xiàng)為直流分量，其等于直流電流平均值人 余項(xiàng)為交流分量，是由 =2必=1,2,3)次諧波電流之和組成，且左為奇數(shù)時(shí)諧波為正，k為偶數(shù)時(shí)諧波為 負(fù)。由此可以求出24脈波宜流電源中的總諧波電流均方根值約等于直流電流平均值的 0.26%o(a) 6脈波啾他燼典女犯(b) 12脈波(c) 24脈波圖5-2直流側(cè)電流的頻譜分析基于理想狀態(tài)下

29、的理論分析，進(jìn)行24脈波整流電路的仿真，其直流側(cè)輸出電流 波形進(jìn)行頻譜分析，結(jié)果見圖5-2?？傊琾脈波直流側(cè)電源中除了直流分量外，所 含諧波電流的次數(shù)為p的整數(shù)倍，即片kp, p為脈波數(shù)，k=l, 2, 3?？傊C波電流 均方根值占直流電流平均值的比值，隨著p值的增加而大幅度減小。5.2閥側(cè)電流諧波分析圖5-3(5-4)是Y(D)結(jié)繞組在理想狀態(tài)下，一個(gè)時(shí)間周期廠內(nèi)閥側(cè)繞組中的相電 流波形，其中輸出負(fù)載為純電阻性負(fù)載。cotiy(叫cot圖5-4 D結(jié)電流波形(1)閥側(cè)(整流變壓器二次側(cè))繞組為Y結(jié) 圖5-3中，電流波形的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：Q cos("-5 O. 兀、/g cos(6y

30、/ + -) ore 兀40兀1兀2兀5兀 c 7 兀,-Z7TJ兀 2兀4兀 5兀一 ， 133 33(5-14)將Y結(jié)閥側(cè)繞組相電流iyz展開成傅氏級(jí)數(shù)為:12L& (m)=一 / + Z(% cos neat + bn sin ncot) 2n=l(5-15)由于iyz®力尸衣儂什兀)，故不出現(xiàn)直流分量和偶次諧波分量，所以可得:=0"=02 J=I 7/() cosT v2 r-兀=3 / cos(" )cos ncotn Jo6一 JIcos(函 + *) cos n cold cot2/.兀 兀。 . 兀 rr 、=sin cos (2 sin7

31、1(1-/?-)263(5-16)將式(5-16)代入式(5-15)得:(5-17)L (勿)=(1 +cos 由一 ；cos 5函 + ( cos 7 cot一一 cos 11" + cos 13初一一 cos 17初 + cos 19。/57810式中勒(勿尸cos0位基波分量，其余各項(xiàng)為諧波分量。繞組電流均方根值:I'=0.7804Z.dm(5-18)基波電流均方根值:,dm (卷+ f)(5-19)2 5 = 07459Q總諧波電流均方根值為:/k=心-*=02295/必(5-20)總諧波電流均方根值/基波電流均方根值=0.308:1。繞組電流均方根值占基波電流均方根

32、值的百分?jǐn)?shù)為(/yzyzDxl00%=104.63%。 (2)閥側(cè)繞組為D結(jié)圖5-4中，電流波形的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：1 _/ 兀彳/如 cos( -)5o-dm C0S( - T)D乙1 7,5兀、八 cos(yf -)36八 兀4兀10一，兀133兀2兀4兀 5兀7一,33332兀5兀-I兀,2兀33(5-21)將D結(jié)閥側(cè)電流展展開成傅氏級(jí)數(shù):。的= ($W)Qc°s +牛(3°S5由-cosV6y/- -cosily+ cos 131014(5-22)+ cosl76yr- -cosl9fz?/)1620式中展1（函）=g+£乂dm COS COt為基波電流，其余

33、為諧波電流。繞組電流均方根值:Dz 2 1&(§/dm cos coty dw + 2底(丁dm cos cotydcotS3Q = 04506%(5-23)基波電流均方根值為:Dzl/ +烏=0.43067.dm(5-24)總諧波電流均方根值為:=7=0.1328/(5-25)總諧波電流均方根值/基波電流均方根值=0.308:1。繞組電流方均根值占基波電流方均根值的百分?jǐn)?shù)為（/dzDz1）x100%=104.63%。L8035404550II £ 202530諧波次數(shù)圖5-5閥側(cè)電流的頻譜分析閥側(cè)電流的頻譜分析見圖5-5,從以上分析得出：閥側(cè)電流中不含三次及三的整

34、 數(shù)次諧波，除基波外,只包括6&±1次諧波，&=1,2, 3。5.3網(wǎng)側(cè)繞組電流諧波分析根據(jù)變壓器磁勢(shì)平衡理論，網(wǎng)側(cè)（整流變壓器一次側(cè)）各繞組負(fù)載電流磁勢(shì)總和應(yīng) 與閥側(cè)各繞組負(fù)載電流磁勢(shì)總和大小相等、方向相反。圖3-4中，整流變壓器T1 （或 T2）接兩組三相整流橋輸出，閥側(cè)總電流磁勢(shì)之和為£加=秋地必+/»3）岫，其中匝 數(shù)Nd=73N用上述傅式變換后的電流表達(dá)式代入，可以得到網(wǎng)側(cè)繞組負(fù)載電流。設(shè)定輸出負(fù)載為純電阻性負(fù)載，則網(wǎng)側(cè)繞組電流凌可展開成如下的傅氏級(jí)數(shù):32 兀(由)=(1 + p) cos d - m cos 11函 + 7 cos 1

35、33-cos23 + 1113cos25也(5-26)式中ig =孑（1 +宗）c°s組為基波電流，其余為諧波電流。繞組電流均方根值為:WZ23= 1.5076/, dm(5-27)基波電流均方根值為:/g = (l+3X-F-/dm=1-49177dm I dm(5-28)總諧波電流均方根值=盾$ = 0.2187圖5-6網(wǎng)側(cè)電流的頻譜分析總諧波電流均方根值/基波電流均方根值=0.1462:1。繞組電流均方根值占基波電流均方根值的百分?jǐn)?shù)（AJAvzD xl00%=101.07%。網(wǎng)側(cè)電流的頻譜分析見圖5-6,在理論分析的基礎(chǔ)上經(jīng)仿真得知:變壓器網(wǎng)側(cè)電流 中除了基波外，只含（12女&

36、#177;1）次諧波，攵=1,2,3 。5.3注入電網(wǎng)的諧波電流分析在圖3-4和3-5中，T1和T2兩臺(tái)變壓器的結(jié)構(gòu)參數(shù)完全一致，因此可以獲得相 同的漏電抗。不同的是T1左移相位角7.5。，T2右移相位角7.5。，它們之間對(duì)應(yīng)相的 相位差為15。，只是外部接線略有不同以便組成合適的聯(lián)結(jié)組。帶負(fù)載（純電阻負(fù)載） 運(yùn)行時(shí)，兩組12脈波整流電路完全對(duì)稱，由T1和T2兩臺(tái)變壓器流入電網(wǎng)的合成電 流的傅氏級(jí)數(shù)形式如下：idv=（6y/）= （l + ）cos6y/-cos23. + 5cos256y/（5-29）式中:曰（函）=乎（1+?言"。53為基波電流，其余為諧波電流。繞組電流均方根值為

37、：/&z=2.9894/dm基波電流均方根值為：/&zi=2.9835/dm總諧波電流均方根值=限-/： = 0.18787總諧波電流均方根值/基波電流均方根值=0.063:1。繞組電流均方根值占基波電流均方根值的百分?jǐn)?shù)為（/d、2dwzDxl00%=100.20%。0lL1,J.L_LLII05101520253035404550諧波次數(shù)圖5-7電網(wǎng)電流的頻譜分析24脈波牽引整流變壓器注入電網(wǎng)的諧波含量大大減少，其頻譜分析如圖5-7所 示，從圖中清晰地看到，注入電網(wǎng)的主要是2必±1 （hl, 2, 3）次諧波?？傊?，24脈 波牽引整流變壓器直流側(cè)輸出的直流電流諧波含

38、量對(duì)基波的比值很小，而饋入電網(wǎng)的 交流電力諧波含量大為降低。6.24脈波整流機(jī)組在廣州地鐵中的應(yīng)用1 .地鐵牽引供電系統(tǒng)概況廣州地鐵一號(hào)線車輛段牽引變電所內(nèi)設(shè)置兩套由整流變壓器和整流器柜組成的 整流機(jī)組，接于同段33kV母線上，并聯(lián)運(yùn)行。每套整流機(jī)組為12脈波整流方式。 兩套整流機(jī)組并列運(yùn)行構(gòu)成等效24脈波整流方式。經(jīng)過(guò)變壓器整流后，輸出直流 1500V電壓，通過(guò)接觸網(wǎng)向地鐵機(jī)車供電。2 .諧波的產(chǎn)生及危害變流器等非線性電力設(shè)備接在電網(wǎng)中使用時(shí)，它們?cè)趶碾娋W(wǎng)吸收有功電流和無(wú)功 電流的同時(shí)，也向電網(wǎng)注入諧波電流，而諧波電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生的諧波壓降，使 電網(wǎng)各點(diǎn)電壓產(chǎn)生畸變，干擾了電網(wǎng)中其他設(shè)備的良好運(yùn)行。地鐵供電系統(tǒng)中，整流 裝置是主要的諧波源。只要減少整流裝置產(chǎn)生的諧波，就可以減少地鐵供電系統(tǒng) HOkV側(cè)注入公用電網(wǎng)的諧波量。3 . 24相軸向雙分裂整流變壓器的主要技術(shù)參數(shù)表6-1 24相軸向雙分裂整流變壓器的技術(shù)參數(shù)牽引整流變壓器24脈波絕緣介質(zhì)環(huán)氧樹脂澆注繞組數(shù)4額定容量/kVA2500移相角度±7.5。聯(lián)結(jié)組別DdO-y5 或 Dd2-y7額定電壓33/1.18/1.18短路阻抗8.01絕緣等