《轨道交通牵引供变电技术第3章第3节12脉波整流机课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《轨道交通牵引供变电技术第3章第3节12脉波整流机课件（96页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章第三章 牵引供变电电气主设备牵引供变电电气主设备原理原理第三节第三节 12 12脉波整流机组整流电路及其工脉波整流机组整流电路及其工作特性作特性 轨道交通牵引供变电技术第三节第三节 12 12脉波整流机组整流电路及其工作特脉波整流机组整流电路及其工作特性性 本章第二节已全面介绍了12脉波、24脉波牵引整流变压器与硅整流器的结构原理及其技术特性。在此基础上，本节和第四节将分析12脉波、24脉波整流机组整流电路及其工作特性，该类整流电路都是以6脉波三相全波桥式整流电路为基本电路构成的。将整流机组结构特点和整流电路两者结合起来，从而全面完整地给出12脉波、24脉波整流机组的整流过程及其工作原理
2、与特性，就是本节和第四节内容讲述的目的。轨道交通牵引供变电技术一、基于两组三相全波整流桥并联构成的12脉波整流电路（一）12脉波整流电路构成原理 12脉波整流电路如图3.27（c）所示。轨道交通牵引供变电技术轨道交通牵引供变电技术图3.27 Dyd（四绕组DDyd）接线整流变压器构成12脉波整流电路图（c）两组三相桥并联工作整流电路 它由三相三绕组（或四绕组）整流变压器T和两组并联三相全波桥式整流电路RCT1、RCT2组成。其中RCT为基本整流单元，具有两组整流管，一组为共阴极接线（如D1、D3、D5），另一组为共阳极接线（如D2、D4、D6），它们共同由三相整流变压器的两个二次绕组分别供电，
3、即可获得6脉波的整流输出电压。轨道交通牵引供变电技术 对两组三相整流桥阀侧供电的整流变压器次边两个绕组分别为三角形（d）和星形（y）接线，两者阀侧的线电压之间形成（电角度为30）的相位移，如图3.27（a）所示，从而两组整流桥同时并联工作，即构成十二相12脉波整流电路。轨道交通牵引供变电技术轨道交通牵引供变电技术（a）原次边线电压相量 图3.27（c）中Xd、Rd为负载的电抗和电阻，Lp为集中电抗的平衡电抗器，其中点与负载电路的一端连接，负载的另一端则和两组整流桥的阳极连接。由于两组整流桥阀侧线电压相位相差，它们交替导电的各桥臂整流管瞬时电压实际上不相等，将产生均衡电流ib，使整流桥的负载分配
4、不均，平衡电抗器的作用是限制ib值，同时Lp产生的感应电势（Ub）通常是阻碍导电相电压的变化。由于Ub对导电相电压的助增作用，从而延长了导电相的导电时间，这一点在下面介绍12脉波整流电路工作特性时，将作进一步的分析。轨道交通牵引供变电技术 近年来，国内外在城轨交通中广泛使用12脉波整流电路及其装置的基础上，对它进行了开发研究和试验，提出采用轴向双分裂式结构四绕组牵引整流变压器，由于其归算到阀侧电压的变压器每相漏抗和两个二次绕组间的每相分裂电抗增大，可以取代平衡电抗器的作用。此时图3.27（c）中可不设平衡电抗器，如图中虚线所示。然而，这种情况下，12脉波整流电路的工作特性基本上和带平衡电抗器电
5、路的工作特性相同，可采用相同的分析方法进行分析。轨道交通牵引供变电技术（二）12脉波整流电路工作原理与特性 现以图3.27（c）所示的D,d0,y11接线构成两组并联三相整流桥的十二相脉波整流电路为例进行说明，设uab、ubc、uca和、分别表示整流变压器T二次绕组y接线和d接线两个绕组的三相输出电压，可知这两组三相线电压依次形成30相移。轨道交通牵引供变电技术 如以二次绕组y接线的12点为基准，考虑上述两组三相输出电压及其反相（180）电压在整流过程中的共同作用，12个电压相量相位差依次为（30电角度），构成12脉波整流器阀侧线电压相量关系图如图3.27（b）所示。该图同时也表示各整流臂整流
6、管按顺时针换相的导电顺序。轨道交通牵引供变电技术轨道交通牵引供变电技术（b）十二相电压相量（表示反相电压） 按不同负载电流下，上述12脉波整流电路的工作原理、工作状态和基本特性，分别分析如下：1. 负载电流IdIdg（临界电流）时的工作状态与特性 整流器工作时输出的整流电压Ud与负载电流Id之间呈某种函数曲线下降特性变化，如图3.28所示。轨道交通牵引供变电技术轨道交通牵引供变电技术图3.28 整流器负载特性曲线 对于带平衡电抗器的12脉波整流电路的整流器见图3.27（c），当负载电流Id达到一定数量，即平衡电抗器激磁电流增大，平衡电抗器产生的感应电势（Ub）足够大，致使12脉波整流电路两组整
7、流桥并联工作。这时的负载电流称为临界电流（Idg）。当IdIdg时，平衡电抗器失去使两组整流桥任何时间都并联运行且均担负一半负载电流（1/2Id）的作用。轨道交通牵引供变电技术 对于轴向双分裂四绕组整流变压器的12脉波整流电路（不带平衡电抗器）而言，当IdIdg时，整流变压器每相换相电抗产生的漏感电势（反电势）较小，和带平衡电抗器的整流电路一样，不足以使两组整流桥并联运行。因此，整流电路进入简单的十二相推挽工作状态。轨道交通牵引供变电技术（1）时整流电路工作状态 为了进一步说明Id小于临界点电流时整流电路的工作状态，现以特征点IdIdg，接近空载状态下的情况进行分析，图3.29（a）表示这种工
8、作情况的整流电压和整流电流。轨道交通牵引供变电技术轨道交通牵引供变电技术（a） 时直流电压和整流臂电流波形 在图3.27（c）中两组整流桥共6个交流输入线电压端子（a、b、c、a、b、c），当任意时刻任一整流桥输入线电压瞬时值最高，则该线电压接入的整流臂整流管导电，其他整流臂整流管不导电，且导电的整流臂必须属于同一组整流桥，才能形成闭合回路。因而在任何 导电期间，全部负载电流Id只能由其中的一组整流桥承担，两组整流桥轮流交替工作，处于非并联运行状态。轨道交通牵引供变电技术 如图3.29（a）所示，整流变压器阀侧y接线和d接线绕组连接的两组整流桥，在交流输出线电压曲线族的交点（M点）处进行换相。
9、由于负载电流趋近于零，故换相角 （为非同一换相组间的换相角，例如，同一整流桥中D1、D3、D5和D4、D6、D2共为二组换相组）。每隔 以负载电流值Id在两组整流桥中轮换导电一次，形成矩形电流波形，在一个工频周期（ ）内，每个桥臂整流管导电二次，每次导通 ，总导电角为 。轨道交通牵引供变电技术 空载时直流输出电压Ud的波形为线电压曲线族的包络线；每工频周期有12次脉动，形成十二相整流，如图3.29（a）所示。（2）IdIdg、 整流臂整流管电流出现断口时的工况。轨道交通牵引供变电技术 随着Id增大，但仍为 ，两组整流桥间换相时将产生换相角 ，整流电压和电流波形将发生变化，如图3.29（b）所示
10、。在换相角 的一段时间内，两组整流桥并联运行，各承担一部分负载电流。轨道交通牵引供变电技术轨道交通牵引供变电技术（b） 、 时的上述波形 从图中线电压曲线uab和 的交点M处开始，由整流桥RCT1（经D1和D6管）向整流桥RCT2（经和管）转移负载电流Id时，由于存在平衡电抗器电抗为主的换相电流（在无平衡电抗器的轴向双分裂四绕组整流变压器供电的12脉波整流电路中，换相电抗为变压器的穿越电抗），使换相过程延续时间 ，直到P点才结束，RCT1的负载电流为零。此后一段时间，全部负载电流由RCT2单独承担。轨道交通牵引供变电技术 当 时见图3.29（b），由于整流桥RCT1的交流线电压曲线uab和ua
11、c在N点相交，因而RCT1中的整流臂整流管D6和D2也发生换相，由于整流变压器阀侧同一接线组输出端的相间漏抗（包括一次、二次绕组在内）较小，即换相电抗很小，故其换相作用瞬时完成。此时uac电压尚未达到使D2导电的数值，因而在PA时刻内出现了整流臂整流管负载电流断口，直流输出电压Ud也产生了锯齿形波形。轨道交通牵引供变电技术（3）当负载电流增大，且IdIdg（临界点电流）时，换相角 增大至 ，进入临界点的工作状态。此时两组整流桥之间的换相过程变为连续性的周期过程，即整流臂整流管的负载电流正好不出现断口参考图3.29（c）。而直流输出电压Ud为两组整流桥整流输出电压瞬时值的平均值，脉波数为12，且
12、脉波波顶高度较空载时的波顶高度明显降低，如图3.29（c）所示。轨道交通牵引供变电技术轨道交通牵引供变电技术（c） 、 ，过渡点 时的上述波形 综合上述 的几种运行工况可知，两组三相整流桥并联构成的12脉波整流电路，在负载电流 区域内工作时，两组三相整流桥基本上处于推挽工作状态。此时的主要特点：直流输出电压波形虽然为12脉波，但电压平均值突升较高（Id接近空载时）；整流机组效率降低；交直流侧的谐波含量也要增大，必须尽量降低临界点电流Idg的数值，将在下面进一步分析。轨道交通牵引供变电技术2. 负载电流 （临界点电流）时的工作状态与特性 当带平衡电抗器的12脉波整流电路两组三相整流桥通过平衡电抗
13、器并联连接，或轴向双分裂四绕组整流变压器供电的12脉波整流电路中两组三相整流桥，不带平衡电抗器而直接并联连接时，在 （临界电流）的理想情况下，两组整流桥达到并联工作状态，总负载电流Id在两组整流桥间平均分配， 各承担 。轨道交通牵引供变电技术 现结合图3.27（c）所示带平衡电抗器或不带平衡电抗器（虚线短接）的12脉波整流电路两组整流桥并联连接时，对整流电路的工作及其导电情况进行分析。如图3.30（a）所示绘出了两组整流桥各整流管轮流并联导电电压波形图轨道交通牵引供变电技术轨道交通牵引供变电技术(a)两组桥各整流臂整流管轮流并联导电电压波形图； 两组整流桥任意时刻并联工作的必要条件是，导电时刻
14、两组桥路同时并联导电支路的电压必须相等且数值最大。考察波形图中 期间内的导电情况，RCT1桥的D1、D6整流管和RCT2桥的、整流管在 与 的分别作用下同时并联导电，在 期间内， ，加在平衡电抗器或换相电抗两端的电压为电压差 ，于是在Lp各一半的绕组中产生相等的感应电压ub/2（总电压为ub），其等效电路如图3.30（f）所示轨道交通牵引供变电技术 ub的方向力图使两导电支路线间电压相等，也就是使整流电压ud相等，故为轨道交通牵引供变电技术(f)均衡电流ib流通等值电路从而得 式（3.38）表明，在前述 导电期间两组整流桥并联支路的整流电压相等，且为两组工作支路变压器次边线电压和的一半（瞬时值
15、）。轨道交通牵引供变电技术（3.38） 在时刻内，导电支路不变，但，则平衡电抗器感应电压的方向相反，ub为负，形成图3.30（e）中的ub电压正负脉动的波形。此时Ud值仍保持式（3.38）的关系不变。此后在时刻，电路转换为RCT1的D1、D2整流管和RCT2的、整流管在电压与分别作用下并联导电，如此交替进行持续工作。轨道交通牵引供变电技术轨道交通牵引供变电技术(e)均衡电压波形（6f频率） 两组整流桥各桥臂整流电流波形与导电整流管序号、并联导电后的整流电压波形分别示于图3.30（b）、（c）中。图3.30（d）为整流电压经放大后的波形和幅值，图3.30（e）为平衡电抗器或分裂电抗两端的均衡电压
16、波形，其频率为6倍的工业频率。轨道交通牵引供变电技术轨道交通牵引供变电技术（b）整流臂整流管并联导电电流波形（c）12脉波整流电压波形（d）整流电压放大后的波形和幅值 从以上分析和波形图可知，当时，带平衡电抗器或不带平衡电抗器具有较大分裂电抗的12脉波整流电路两组并联三相整流桥的工作特点如下：（1）在一个工频周期内，两组三相整流桥每个桥臂整流管导电两次，每次为 ，其总导电时间为 ，每个整流桥导电电流为 。和 的工况相比，提高了每个整流臂整流管的利用率。轨道交通牵引供变电技术（2）并联运行的两组整流桥互不干扰，独立工作；在 并联运行的情况下，换相只在同一整流桥的变压器二次绕组相间及整流臂间完成。（3）关于均衡电压和均衡电流，平衡电抗器绕组（或轴向双分裂结构整流变压器供电整流电路中的分裂电抗）两端的均衡电压波形，如图3.30（e）所示，其值由通过平衡电抗器（或整流变压器两个二次绕组两相串联的分裂电抗 ）并联运行的两组整流桥直流输出电压瞬时值之差（如 ）来确定。轨道交通牵引供变电技术 因而在电源电压一个周期内，均衡电压产生6次周期性交变，故其频率为电源频率的6倍（6f）。只要两组整流桥阀侧整
