二十四脉波整流资料

--10-3．24脉波整流机组电质量，降低直流电源的脉动量，城市轨道交通多数承受等效24脉波整流机组，一l2脉波的整流变压器[9]和与之匹配的整流器共同组成。24脉波整流机组的作用及要求接触网的电压为1500VDC(或750VDC)，所以需要降压和整流。整流机组包括整流35kVAC(或33kVAC1500VDC(或750VDC)电压供给地铁接触网，实现直流牵引。地铁牵引变电所一般设于地下，所以整流机组也安装在地下室内。F级，线圈温升限值为70K/90K(高压，低压)，其承受极限温度为155℃，铁心温升凝露，应实行措施防止凝露对设备的危害。满足国家标准的规定，并满足我国电磁兼容相应的标准[10]。依据IEC164规定，地铁作为重型牵引负荷，其负荷等级为VI级，整流机组设备的负荷特性满足如下要求：100%额定负荷时可连续运行；150%额定负荷时可持续运行2h；300%额定负荷时可持续运行1min1于10%。直流侧空载状况下,整流变压器施加35×(1+0.05)kV的沟通电压时,直流侧输出电压不超过1800V。24脉波整流机组的构成3-112脉波轴30°的相差。两台变压器的网侧承受延边三角24脉波整流系统。AC(35kV)Dy11Dd0网侧移相+7.5 T1

Dy1Dd2网侧移相-7.5B1 B2 B3 B4+DC(1.5kV)-3-124脉波整流机组主电路原理图24脉波整流机组原理分析图3-2yd。阀侧绕组一组承受y联结，另一组承受d联结，使它们的线电压有效值相等。变2π/1230°)，这就形成每周期含有126+7.512242π/2415°3-3所示。ax1 1 XaxA

caca 3311ba44ba22ba33ba11bc44bc22

caca22 ca

4 cb11cb33cb22cb44ab11ab33ab22bc33b1c1aca 442 2

ab44acac ac 11322 33图3-2轴向双绕组双分裂变压器绕组布置 图3-3阀侧电压相量图Dy5d0-Dy7d2都符合这一设想。Dy11d0-Dy1d212脉波，要获24脉波，需两台并联运行。对于变压器承受Dy5d0-Dy7d2接线的整流机组同样如此。在实际运行时，一台变压器退出运行，则联跳另一台变压器，可通过邻近变电所增加。24脉波整流机组输出直流电压的纹波系数较12脉波小，Dy11d0-Dy1d2两台变压器互换性好，从Dy11d0-Dy1d2的结法可以看出，两台变压器的互换只需转变一次3T1，如图3-5所示。依据两台变压器的接线，可绘制出其相量图如图3-6(T1)和图3-7(T2)所示[11]。A B C A B Ca2 b2 c2a3 b3 c3

a2 b2 c2a3 b3 c3 〔a〕高压绕组 〔b〕低压绕组 〔a〕高压绕组 〔b〕低压绕组图3-4T1整流变压器Dy11-d0绕组联结图 图3-5T2整流变压器Dy1-d2绕组联结图A1UCA1UCUd1B1yAA1a2C1b2B1c2BAA1a3C1c3bB31BC B C U1〔a〕一次侧D结绕组联结 〔b〕二次侧y结绕组相量图 〔c〕二次侧d结绕组相量图图3-6变压器T1的构造及相量图A1CB11a1A1CB11a12c2b2B1C1B1ca33CbB131BC BC C一次侧D结绕组联结 〔b〕二次侧y结绕组相量图 〔c〕二次侧d结绕组相量图图3-7变压器T2的构造及相量图相量的相位角分别为：T1112.5°；a2b2142.5°(ya3b3T2UA1B1127.5°；

d结。Ua2b297.5°(y结)，Ua3b367.5°(d结)。3-63-7的相量图并利用上述分析的结果可知，对于同一台变压器，其阀侧(二次侧)绕组同名端线电压的相位差为30°(142.5°-112.5°=97.5°-67.5°=30°)；而7.5°(不同的旋转方向)，使T1T2变压器原边三角形绕组线电压有15°127.5°-112.5°=15°)，而两台变压器二次侧对应的线电压相位差为3-8所示。UA1B1

(T1)

Ua3b3

(T1)NIyyUA1B1

(T2)

Ua2b2

(T2)

Ua3b3

(T2)

30°30°-βUa2b2

NI22NI(T1) ddβ图3-8两台变压器的相量关系图 图3-9磁势平衡相量图24脉波移相整流变压器网侧绕组分析网侧绕组电压、匝数及移相角确实定网侧绕组的±7.5°移相是通过两种不同的延边三角形接线来实现的，其绕组接线3-4(3-53-6(3-7)所示。[12]UdUy之间的关系。由网侧电压相量及三角函数关系可知(α=7.5°)：Uy

sin

2sin

〔3-1〕)U1 sin120 )UdUy

sin(60 )

2sin(60

〔3-2〕则UdU1

U1 sin120 3

sin(60sin(60) sinsin120 sin1202cos30 sin(30)2sin(30sin120)Ud

3cos3sin) 2 2

3 3

〔3-4〕Uy sin sin 2tg 2如设计时取匝电势为et，那么三角段线圈匝数和延边段线圈匝数，可按式(3-5)及式(3-6)确定：N Ud e

d 〔3-5〕tUN yy e

〔3-6〕t但线圈的匝数必需取整数，因此当确定了Nd和Ny之后，还必需校核移相角α及线电U1的幅值。由(3-4)可得：´tg1

tg1 〔3-7〕33U N33

U´1

2 d 2 d3U Ny y

U2U22UU)U cos120d y y d y y 3N23NNN2ey y d网侧绕组中的基波电流IyId二相电流的相量和，因此其幅值为：Iy 3Id 〔3-9〕30°相角，正移相为-30°，负移相为+30°。在无视激磁电流的条件下，初次级绕组的磁势平衡如下式：NI NI NI 〔3-10〕yy dd 22

sin(30)ddNysin(30)dd

〔3-11〕sin由此导出：

Nd

Isin(30)y

3sin(30)

〔3-12〕3-4)可知：

N Isin siny dUNd dUN Uy y

)sin

〔3-13〕β=α，将磁势平衡方程进展分解，可得两组磁势平衡组：NI yy

cos(30)NI)d)

cosNI22

纵向重量 〔3-14〕NyIy

sin(30

NIdd

sin

正交重量 〔3-15〕线圈相互平衡的附加局部。将纵向重量式(3-14)代入式(3-9)，并考虑式(3-1)和(3-3U2=N2et，可得：Ncos3Ncos3Ncos(30)22dd yUcosUcos3Ucos(30)22d y2Usin(302Usin(30)cos2Usincos(30)22UIUI22 22UUI

〔3-16〕1I 3I y d

1223UI 〔3-1722U网侧绕组的基波容量为：S1

3UI11

1 3UI1y

S22 2

〔3-18〕形接法，其设计时的材料容量是有所增加的。S 1c yy

UIdd

) 11

( 3Uy

U)d

3U1

I[2sin2sin(30 )]SK1 1 scK 2[sinsin(30)]4sin15 cos(15) 〔3-19〕sc2.642%。考虑谐波电流时阀侧与网侧等效容量63 21 载等抱负条件下，阀侧电流因素Iv 0.408，电压因素d0 63 21 I U πd v那么阀侧二组绕组的总的沟通等效容量为：π 1S´2 3UI2 vv

2

U I3 26d0 d3 26π U Iπ3 d0d

1.0472Pd0

〔3-20〕由于二绕阀侧中除了γ=kp±1(k=1,2,…)特征谐波外的其他高次谐波都相互抵消123123[13]31Id

11 32 3S´ 3UI´v1

I U3 2d d03 2π U Iπ3 d0d

1.0472Pd0

〔3-21〕6%1S´ (S´S´)1.03P 1.092P

〔3-22〕2 1 2 d0 dN故轨道交通牵引变压器的额定容量一般为直流额定功率的1.1倍。24脉波整流电路的仿真24脉波整流电路的仿真24脉波整流电路进展仿真，Matlab7.5版本中的电力电子系统工具箱(PowerSystemBlockset)可用于电力电子电路和系统的仿真，文中的模型就是基于该工具箱建立的[14]。24脉波整流电路建模244-1所示[15]，其中电源为三相对称沟通电压源，差。ContinuousContinuouspowerguiA+BABA+B+C+A-B-C-a3Ab3Ba2b2c2a3b3c3CABridge-C三相电压源Ac3C+D+7.5 T1Dy11Dd0BC-+vBBridge-UdA+RScopeBA+B+C+A-B-C-a3ABc3Ca2b2c2a3b3c3CCBridge-b3A+IdD-7.5T2Dy1Dd2BCDBridge-i-+4-124脉波整流电路仿真模型21224脉波整流器。模型参数设置35kV，频率为0°，120°，-120°。Dy11Dd0相连的移相变压器移相+7.5°，与联结组号为Dy1Dd2-7.5°，三个绕组的额定电压分别为：35/2k35/2kV10kVL0，Cinf。仿真参数设置0.02sode23tb，完成上述步骤后运Ud。整流机组抱负空载直流输出电压计算整流机组直流输出波形分析2023〕1500V〔压1000电5000.02 0.025

0.03 0.035 0.04时间〔s〕4-2T16脉波整流电路的空载输出电压波形2023〕1500V〔压1000电5000.02

时间〔时间〔〕4-3T1Y6脉波整流电路的空载输出电压波形6为π/3，输出脉波的宽度为π/3，如图4-2所示，脉波幅值等于√2倍的阀侧“△”接Y6脉波，换相导π/330°4-3所示。√2倍的阀侧“Y”接线电压。由于“Y”绕组的匝数是“△”绕组匝数的1/√3，所以它们的线电压是相等√2倍的阀侧线电压。整流变压器T1“△”桥和“Y”桥整流机组空载电压叠加后的输出电压波4-4所示，由于“△”桥和“Y30°，所以它们并联叠加后得到12脉波的空载直流输出电压，其脉波宽度为π/6，幅值仍为√2倍的阀侧线电压。17001600V〕1500V〔压1400电130012000.02 0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 0.04时间〔s〕4-4T112脉波空载输出电压波形17001600〕V 1500〔压1400电130012000.02 0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 0.04时间〔s〕4-5T212脉波空载输出电压波形T2整流机组的输出空载直流电压波形如图4-5T1整流机组的输出空载15°的相位差。所以当把两台整流机组输出的两个1224脉波的整流机组空载直流电压波形，如图4-6所示，它的脉波宽度为π/12，其脉波幅值照旧等于√2倍的阀侧线电压。17001600V〕1500V〔压1400电130012000.02 0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 0.04时间〔s〕4-624脉波整流器空载输出电压波形整流机组空载直流输出电压的计算Y桥(6脉波)输出电压的计算2d△桥或Y桥(6脉波)输出电压的计算对于△桥或Y桥6脉波的整流输出电压波4-2(4-3U，整流机组的空载直流U，则2dππU (1/ )6 2Ucostdt1.35Uππ

〔4-1〕d 3 π 2 26单台机组运行(12脉波)输出电压的计算d对于单台整流机组运行状况下，124-4(4-5)所示，空载直U为：dππU (1/ )12 2Ucostdt1.398Uππ

〔4-2〕d 6 π 2 212两台机组并联运行(24脉波)输出电压计算d244-6所示，空载直U为：dU (1/

π π)24)

1.41U

〔4-3〕d 12 π 2 224d在抱负空载条件下，直流输出电压Ud

=1.35U

，依据以上计算我们可以得到24224脉波整流机组[16]。2谐波分析的则是含有谐波电流的非正弦电流。这里承受傅里叶分解对其进展谐波分析[17]。直流侧电流谐波分析5-1是三种常用的带纹波的直流输出电流波形，输出负载设定为阻性。20〕15A〔流1050.0250.020.0220.0240.0260.08.0s0.032 0.034 0.036 0.0380.04〔a〕6脉波19181716151413〕A〔流电120.02 0.022 0.024 0.026 8

.0s0.032 0.034 0.036 0.038 0.04〔b〕12脉波1918〕17A 16〔流15电1413120.02 0.022 0.024 0.026 8

.0s0.032 0.034 0.036 0.038 0.04〔c〕24脉波5-1直流侧电流波形6脉波直流电流dm图5-()为6脉波直流电流波形，其表达式为idt)I cot，周期T=π3ωdmdN为沟通侧电源的角频率(注：下文同)。从而可以求出直流电流均方根值I 为：dN3π3π I2π6π dmcos2tdt6I IdN 2 4π dm

0.95577Idm

〔5-1〕dd

I 6d 3 63

I costdtdm

3Iπ dm

〔5-2〕dm将id=I cosωt开放成傅氏级数，其一般形式为：dmi 1ad 2 (acostbn n1

sinnt) 〔5-3〕2a2 TI2

costdt6I πcostdt6I

〔5-4〕60 T T 26

π 6

π dmπ2 2Iπ

costcosntdt 3I

〔5-5〕dmn T π 2dm

π(n21)22πn T 2所以

I costsinntdt0 〔5-6〕dmi 3Id π

1n21

〔5-7〕d等式右侧首项为直流重量，其等于直流电流平均值 d

，余项为沟通重量，由n=6k(k=1,2,3…)次谐波电流之和组成，且k为奇数时谐波为正，k为偶数时谐波为4.2%。12脉波直流电流dmdN图5-1(b)为12脉波直流电流波形，其表达式id=I cosωt，周期ωT=π/6。从而可以求出直流电流均方根值I 为：dmdN6ππ126ππ12I cost22π dm12

13I

〔5-8〕dNdI为：d

2 2πdm6 I 12I6

costdt12sinπI

〔5-9〕di的傅氏级数为：d

d ππ 12

π 12dmi 12sinπI

(1

cosnt)，n=12k(k=1,2,3…)〔5-10〕d π 12 dm

n21dI，余项为沟通重量，是由n=12k(k=1,2,3…)次谐波电流之和组成，且k为奇数时谐波为正，k为偶数时谐波为12脉波直流电源中的总谐波电流均方根值约等于直流电流平均值1.03%。d24脉波直流电流dmdN图5-1(3)为24脉波直流电流波形，其表达式id=I cosωt，周期ωT=π/12。从而可以求出直流电流均方根值I 为：dmdN12ππ2412ππ24I cost22π dm24

16sinπI

〔5-11〕dNdI为：d

2 π 12dm24I 12π I24

costdt

I

〔5-12〕di的傅氏级数为：d

d π π 24

π 24dmi 24sinπI

(1

cosnt)，n=24k(k=1,2,3…)〔5-13〕d π 24 dm

n21Id，余项为沟通重量，是由n=24k(k=1,2,3…)次谐波电流之和组成，且k为奇数时谐波为正，k为偶数时谐波为24脉波直流电源中的总谐波电流均方根值约等于直流电流平均值--16-0.26%。x1045量4含3波谐2对相100 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50谐波次数〔a〕6脉波x1045量4含3波谐2对相100 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50谐波次数〔b〕12脉波x1055量4含3波谐2对相100 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50谐波次数〔c〕24脉波5-2直流侧电流的频谱分析基于抱负状态下的理论分析，进展24脉波整流电路的仿真，其直流侧输出电流5-2。总之，p脉波直流侧电源中除了直流重量外，所npn=kp，p为脉波数，k=1,2,3…。总谐波电流p值的增加而大幅度减小。阀侧电流谐波分析--17-T内阀侧绕组中的相电流波形，其中输出负载为纯电阻性负载。yIdmyIdm0π 2π π 4π 5π 2πyImdImd230π 2πππ 4π3135π 233 3 3 3 3 3图5-3Y结电流波形 图5-4D结电流波形5-3中，电流波形的数学表达式为：I cos(tπ) [0~π，π~4π]dm 6 3 3π 2π 5πi (t)Iyz dm

cos(t ) [ ~π，~2π] 〔5-14〕6 3 30 [π

2π 4π 5π~ 3 Yiyz开放成傅氏级数为：

，~ ]3 3i (t)1a(acost

sinnt) 〔5-15〕yz 2 0

n nn1000n2a 2 Ti2

(t)cosntdtn T Tyz232[πI3π 0 dm

6

〔5-16〕π2π3

I cos(tdm

π)cosntdt]6 2I nπ dm sin cos (2sinπ(1n2) 2 6 3将式(5-16)代入式(5-15)得：2π3 3i (t)3Idm[(1 )cost]1cos5t1cos7t2π3 3yz 2π 2 4

〔5-17〕1cos11t1cos13t1cos17t1cos19t式中iyz1

I ( t) 2π

5 7 8 102π3 3(1 )cost位基波重量，其余各项为谐波重量。2π3 3绕组电流均方根值：2π2π I2π6π 6cos2tdtI Iyz 3 2πdm

0.7804Idm

〔5-18〕基波电流均方根值：

I yz1

0.7459I 〔5-19〕I (I (31)dm2π32I yzx

0.2295III2I2yz yz1

〔5-20〕总谐波电流均方根值/基波电流均方根值=0.308:1。ID结5-4中，电流波形的数学表达式为：

yz1)×100%=104.63%。1I cos(tπ) [0~π，π~4π]3dm 6 3 322i (t) Dz

cos(tπ) [π~2π 4π 5π] 〔5-21〕，~2 3 3 3 3，~1I cos(t5π) [2π~π5π

2π]33dm 6 3 ，~3DiDz开放成傅氏级数：3Idm1i (t)(1 3)I cost ( cos5t3Idm1Dz 3 2π dm π 41cos13t 〔5-22〕8 10 14)1cos17t1cos19t)16 20式中iDz1

(t)(1 3)I3 2π dm

cost为基波电流，其余为谐波电流。绕组电流均方根值：2π[2π[ππ66(2I3cos t)2d t2π16dmπ6( I3cost)dt]2dmDz191912 Idm dm

〔5-23〕基波电流均方根值为：

2I (1 3)2I Dz1

dm3 2π

0.4306Idm

〔5-24〕

I Dzx

0.1328III2 I2Dz Dz1

〔5-25〕总谐波电流均方根值/基波电流均方根值=0.308:1。绕组电流方均根值占基波电流方均根值的百分数为(绕组电流方均根值占基波电流方均根值的百分数为(I /IDz Dz1)×100%=104.63%。80量含波谐对相604020005101520谐波次数2530354045505-5阀侧电流的频谱分析6k±1次谐波，k=1,2,3…。网侧绕组电流谐波分析3-4中，整流变压器T1(或T2)接两组三相整流桥输出，阀侧总电流磁势之和为∑iN=iy(ωt)Ny+iD(ωt)ND，其中匝N3N--20-wz定输出负载为纯电阻性负载，则网侧绕组电流i 可开放成如下的傅氏级数：wz i ( t) wz π

2π)cost1cos11t1cos13t3 3 5 71cos23t1cos25t] 〔5-26〕式中iwz1

11 133I 2π dm(1 )cost为基波电流，其余为谐波电流。π 3 3绕组电流均方根值为：I

6 2 1

1.5076I

〔5-27〕wz 2 3 2πdm dm基波电流均方根值为：I

(12π) 3 I 1.4917I

〔5-28〕wz1

3 3 2π dm dm总谐波电流均方根值= I2wz

I2wz1

0.218Idm总谐波电流均方根值/基波电流均方根值=0.1462:1。wz 绕组电流均方根值占基波电流均方根值的百分数(I /I wz 3量含2波谐对1相00 5 10 15

25 30 35 40 45 50谐波次数5-6网侧电流的频谱分析5-中除了基波外，只含(12k±1)次谐波，k=1,2,3…。5.3注入电网的谐波电流分析3-5中，T1T2两台变压器的构造参数完全全都，因此可以获得一样的漏电抗。不同的是T17.5°，T27.5°，它们之间对应相的--21-运行时，两组12脉波整流电路完全对称，由T1和T2两台变压器流入电网的合成电dwz的傅氏级数形式如下：i (t)6I [(12π)cost1cos23t1cos25tdm〔5-29〕dwzπ3 31113]式中i (t)6Idmdwz1(12π)cost为基波电流，其余为谐波电流。π 3 3绕组电流均方根值为：I =2.9894Idwzdm基波电流均方根值为：I总谐波电流均方根值dwz1I2=2.9835IdmI2 0.1878Idwz dwz1 dm总谐波电流均方根值/基波电流均方根值=0.063:1。绕组电流均方根值占基波电流均方根值的百分数为(I /Idwz dwz1)×100%=100.20%。3量含2波谐对相1005101520谐波次数2530354045505-7电网电流的频谱分析245-7所示，从图中清楚地看到，注入电网的主要是24k±1(k=1,2,3…)次谐波。总之，24脉沟通电力谐波含量大为降低。--22-24脉波整流机组在广州地铁中的应用地铁牵引供电系统概况广州地铁一号线车辆段牵引变电所内设置两套由整流变压器和整流器柜组成的12脉波整流方式。两套整流机组并列运行构成等效24脉波整流方式。经过变压器整流后，输出直流1500V电压，通过接触网向地铁机车供电。谐波的产生及危害装置是主要的谐波源。只要削减整流装置