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

第三章牽引供變電電氣主設(shè)備原理第四節(jié)基于兩套整流機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

由電工基本知識可知，經(jīng)整流機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，運營愈經(jīng)濟合理，并有利于提高電能質(zhì)量。要達(dá)到這一目標(biāo)，最簡單的方法是增大整流電路每工頻周期的導(dǎo)電相數(shù)。近年來軌道交通中廣泛采用由兩套12脈波整流機組構(gòu)成的等效24脈波整流電路，從而可在一個工頻周期的時間內(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脈波整流機組構(gòu)成，其中各設(shè)有每臺具有原邊分別產(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。正常運行情況下，等效整流電路兩臺整流變壓器閥側(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），同時考慮T1、T2二次繞組接線方式本身的移相作用，上述兩臺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點為基準(zhǔn)，兩臺整流變壓器并聯(lián)工作時，考慮上述四組二次輸出電壓12個相量及其反相（－180°）電壓在整流導(dǎo)電過程中的共同作用，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。該圖同時也表明四組整流橋各整流管按順時針換相導(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，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)工作的兩臺整流變壓器的穿越阻抗（）和每臺整流變壓器的兩組換相阻抗均對稱平衡，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的重疊角（）。2.負(fù)載電流（臨界電流）時的工作狀態(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，整流變壓器每相換相電抗（漏電抗）產(chǎn)生的漏感電勢（反電勢）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)運行。因而整流電路進入24相推挽工作狀態(tài)，即24相輸入電壓按相序（見圖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時刻內(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)

每個整流臂整流管每次導(dǎo)通，每個工頻周期導(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，D11和D16導(dǎo)通，此后該電壓為負(fù)半周達(dá)到反相最高瞬時值時，D11和D16又導(dǎo)通一次，共導(dǎo)通兩次，總導(dǎo)電時間為。在此時刻內(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，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）（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）時的工作狀態(tài)與特性由兩臺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，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。由于兩套整流機組的電路和磁路系統(tǒng)是分開的，各整流變壓器及其所屬兩組整流橋之間互不干擾，獨立工作。軌道交通牽引供變電技術(shù)

換相只在同一整流機組的變壓器二次繞組相間及整流臂間進行，換相次序與前述單機組雙整流橋并聯(lián)構(gòu)成的12脈波整流電路并無區(qū)別，因而可按12脈波整流電路的分析方法，來分析等效24脈波整流電路在時的工作狀態(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［見圖3.36（b）～（e）］。其相應(yīng)的兩套整流機組、四組整流橋和電源接線圖如圖3.33所示。下面對其主要工作狀態(tài)和特性進行分析。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）（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，此時每套整流機組的兩組整流橋任意時刻均為并聯(lián)導(dǎo)電工作。并聯(lián)導(dǎo)電的必要條件是，導(dǎo)電時刻同一機組（T1或T2）兩組整流橋同時并聯(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各點時刻整流電路導(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（）開始的LM區(qū)間（）同時并聯(lián)導(dǎo)電軌道交通牽引供變電技術(shù)

經(jīng)M點（）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換相電抗反電勢的作用，它反對導(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。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圖3.36（c）、（d）。N點后轉(zhuǎn)換為由閥側(cè)線電壓和分別對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（）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點為止，其并聯(lián)導(dǎo)電總時延為。軌道交通牽引供變電技術(shù)P點以后又轉(zhuǎn)換為T1整流機組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的電壓換相順序進行。兩整流橋并聯(lián)導(dǎo)電支路整流臂整流管電流波形見圖3.35（b）、（c），可知每個并聯(lián)導(dǎo)電支路整流管導(dǎo)電一次總時延為。軌道交通牽引供變電技術(shù)（2）同理，T2整流機組兩組整流橋RCT4、RCT3的工作狀態(tài)與T1整流機組的兩組整流橋類似。如圖3.35（a）、（b）和（f）中，觀察、L、、N、等各點時刻的導(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整流管從點開始并聯(lián)導(dǎo)電，并持續(xù)經(jīng)歷、兩個區(qū)間（各為）軌道交通牽引供變電技術(shù)然后在點轉(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)運行，和上述T1整流機組整流橋的工作狀態(tài)相似，每個并聯(lián)導(dǎo)電支路整流管導(dǎo)電一次，總時延同樣是。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脈波整流機組并聯(lián)連接導(dǎo)電時，各自按12脈波整流電路的并聯(lián)導(dǎo)電規(guī)律運行，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的作用，任何時刻施加至輪流導(dǎo)電的同一機組兩并聯(lián)導(dǎo)電支路整流管的電壓，均為導(dǎo)電時間內(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)電時間為，隨后進行換相。因而形成24脈波波動的整流電壓。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，由兩套整流機組四組整流橋并聯(lián)連接構(gòu)成的等效24脈波整流電路的工作和換流特點主要有：（1）兩套整流機四組整流橋任何時刻均為并聯(lián)導(dǎo)電，兩機組相對獨立工作，互不干擾。整流換相只在同一機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行，與另一機組無關(guān)。軌道交通牽引供變電技術(shù)（2）在一個工頻周期內(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），每次延續(xù)，總導(dǎo)電。電流波形為矩形波（不計均衡電流影響），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，整流電壓Ud的波形為同一機組兩并聯(lián)導(dǎo)電支路導(dǎo)電時間內(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，形成24脈波整流。三、主要技術(shù)參數(shù)及其計算

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)載電流的情況下運行時，在軸向雙分裂式整流變壓器的換相電抗產(chǎn)生的反電動勢的作用下，兩套機組的四組整流橋并聯(lián)運行，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)計算基于兩套整流機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，以及單臺整流變壓器等值（計算）容量SC等參數(shù)和量值的計算方法與計算公式，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)的計算方法相似，但主要區(qū)別有以下幾點：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算中，整流臂電流波形相同，但幅值為。②單臺整流變壓器二次繞組和一次繞組線電流有效值I2ef和I1ef的計算中，正、負(fù)半波整流電流值均為。③單臺整流變壓器容量，由于等效24脈波整流電路由兩套整流機組構(gòu)成，其單臺整流變壓器容量應(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、對基于兩套整流機組四組三相整流橋并聯(lián)構(gòu)成的等效24脈波整流電路的評價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)的整流機組，而每臺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，改善了了整流管陽極的工作條件（電流減?。?，有利于提高整流器的負(fù)荷能力。軌道交通牽引供變電技術(shù)（3）根據(jù)現(xiàn)場運行測試結(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脈波兩套整流機組的每套機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［見圖3.30（f）］，而不流至牽引負(fù)荷。由于兩套整流機組任意時刻導(dǎo)電支路整流管導(dǎo)通、關(guān)斷時間不同，兩套機組的均衡電流流通路徑互不影響、各自獨立。為減小均衡電流造成的附加電能損耗，應(yīng)減小整流變壓