浅析地铁 24 脉波整流系统

浅析地铁 24 脉波整流系统

王东东 1 王岩 2

中铁电气化局集团有限公司设计研究院 北京 100166

摘要：在城市轨道交通直流牵引供电系统中，往往采用12和24脉波多脉波数的整流线路。脉波数越多，整流元件的导通电角度的间隔越小，直流成分也就越纯净。为了提高直流成分的纯净要求，目前我国城市轨道交通设施中多采用等效24脉波整流机组，一般由两台12脉波的轴向双分裂牵引整流变压器和与之匹配的整流器共同组成。而12脉波的形成也是由两组全波整流桥组成。

一 等效24脉波的形成

等效24脉波的形成是由每台整流变压器阀侧两绕组分别经整流器全波整流后形成。现着重分析三相桥式全控整流电路的工作原理。

目前在各种整流电路中，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路，其工作原理如图1所示，VT₁、VT₃、VT₅称为共阴极组；VT₄、VT₆、VT₂称为共阳极组。6只晶闸管按图示的顺序编号，导通的顺序依次为VT₁、VT₂、VT₃、VT₄、VT₅、VT₆。以电阻负载进行分析。

图1 三相桥式全控整流电路原理图

以α=0°进行分析，此时各晶闸管均在自然换相点处换相，波形图如图2所示。

图2 三相桥式全控整流电路带电阻负载α=0°时的波形图

第Ⅰ段 ：当 = ，即晶闸管VT₁的α=0°，给VT₁加触发脉冲，假设VT₆已导通，由于此时 ＞0，则VT_1、VT₆导通，负载电压_。

第Ⅱ段 ：VT₁导通 后，即 = 时，此时VT₂的α=0°，给晶闸管VT₂加触发脉冲，由于 ＞0，则VT₂导通，同时迫使同处在共阳极组的VT₆反偏关断（ 仍最高 为最低）VT_1、VT₂导通，负载电压 。

第Ⅲ段 ：VT₂导通 后，即₌时，此时VT₃的α=0°，给晶闸管VT₃加触发脉冲，由于 ＞0，则VT₃导通，同时迫使同处在共阴极组的VT₁反偏关断，VT_2、VT₃导通，负载电压 。

第Ⅳ段 ：VT₃导通 后，即₌时，此时VT₄的α=0°，给晶闸管VT₄加触发脉冲，由于 ＞0，则VT₄导通，同时迫使同处在共阳极组的VT₂反偏关断，VT_3、VT₄导通，负载电压 。

第Ⅴ段 ：VT₄导通 后，即₌时，此时VT₅的α=0°，给晶闸管VT₅加触发脉冲，由于 ＞0，则VT₅导通，同时迫使同处在共阴极组的VT₃反偏关断，VT_4、VT₅导通，负载电压 。

第Ⅵ段 ：VT₅导通 后，即₌时，此时VT₆的α=0°，给晶闸管VT₆加触发脉冲，由于 ＞0，则VT₆导通，同时迫使同处在共阳极组的VT₄反偏关断，VT_5、VT₆导通，负载电压 。

通过以上分析可知，一周期内负载上的输出电压 是由6个线电压波头拼接而成，6只晶闸管依次触发，相位差60°，每一段中导通的晶闸管及输出整流电压的情况如表1所示。

表1 三相桥式全控整流电路带电阻负载α=0°时晶闸管工作情况

由6脉波生成12脉波，需满足整流变压器阀侧绕组同名端线电压相位差30°。而单台机组形成12脉波的连接组别，就城市轨道交通系统而言一般采用Dy11d0、Dy1d2、Dy5d0、Dy7d2 连接方式，且均满足线电压（y11与d0、y1与d2、y5与d0、y7与d2）相位差30°的要求。单机组12相系统，若需构成24相系统，需要每台整流变压器前加移相变压器，也可直接在一次绕组上进行移相。但y组和d组既要保证其本身30°的相位差，又要兼顾2台机组15°的相位差。这样的整流变压器结构相对比较复杂，而延长三角形接线的整流变压器则不同，通过延长三角形的边线进行移相，由此增加的变压器容量很小。

为了实现一个周期内输出24脉波的直流电压，线电压的相位差15°，整流变压器网侧绕组需分别移相±7.5°而对于阀侧绕组，理论上只要满足12相24脉波整流系统的要求，组成24脉波的两台变压器的联结组可以有很多组，如Dy5d0（网侧移相±7.5°）、Dy1d0（网侧移相±7.5°）但需要改变网侧绕组的相别，而普遍采用的Dy11d0（＋7.5°）-Dy1d2（－7.5°）、Dy5d0（＋7.5°）-Dy7d2（－7.5°）联结方式，只需改变网侧绕组的连接方向即可，相别不用改变且阀侧绕组的引线结构完全一致，便于生产制造和安装运行。

以Dy1d2（－7.5°）联结绕组为例说明延边三角形移相原理，其向量图如图3所示，其中D联结为延边三角形。

图3 变压器Dy1d2（－7.5°）接线向量图

观察向量图可知，变压器网侧绕组右行移相7.5°，其阀侧绕组同名端线电压相位差不变仍为30°（97.5°－67.5°）

这样由两台12脉波的轴向双分裂整流变压器网侧绕组均采用延边三角形接线分别移相±7.5°相位角，阀侧绕组线电压相量互差15°相位，经全波整流后并联运行，形成12相24脉波的整流变电系统。

二 定量分析

24脉波线电压

_{通过以上分析可知，24脉波的波形波峰与6脉波的波形波峰一致，只是通过移相改变了相角差。整流输出电压}的波形在以周期内脉动24次，每次脉动的波形相同，因此在计算其平均值时，只需对一个脉波（即1/24周期）进行计算即可。以线电压 的过零点为时间坐标的零点。_{式中 为变压器阀侧绕组线电压。以自然换相点作为晶闸管触发角的起点，即 ，以城市轨道交通35kV供电系统而言，整流变阀侧绕组线电压一般为1180V，代入上式得出整流出的直流电压为1664V。}

_{三 结束语}

_{本文以广泛应用的三相桥式全控整流电路入手，从最基本的6脉波整流电路引申至轨道交通直流牵引供电系统常用的24脉波整流电路。并以整流变阀侧绕组线电压为依据，定量的分析整流等效的直流电压值。}

_{参考文献：}

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