地鐵24脈波整流機組特性研究

楊艷萍 陳振

摘 要：整流機組是地鐵直流牽引供電系統的重要設備之一，起到為城軌車輛提供所需直流電源的重要作用。本文以濟南地鐵三號線路八澗堡牽引變電所兩臺整流機組為例，介紹整流機組的工作原理，采用MATLAB-Simulink虛擬仿真軟件建立等效模型，對直流側輸出的等效24脈波整流電源性能進行分析。

關鍵詞：整流器;等效24相整流;整流機組

中圖分類號：U231.8 文獻標識碼：A

0 引言

地鐵直流牽引供電系統中，牽引變電所承擔著降壓和電能變換的作用，將外部電網AC35 kV高壓電經過降壓和整流后，變換為DC1 500 V直流電源，經過直流電纜饋送到接觸網（或接觸軌）上，地鐵車輛通過受電弓與接觸網（或通過受電靴與接觸軌）接觸取流，再由車輛輪對將電流傳遞到走行軌，最后流回牽引變電所，形成閉合的電流回路。因此直流電源的供電質量直接關系到電客車電機的工作性能，為了降低直流電源的紋波系數，優化直流供電質量，通常采用多相整流方法，最基本的就是六相整流（6脈波），隨著整流器件的成倍增加又有采用十二相整流（12脈波），二十四相整流（24脈波）或四十八相（48脈波）整流。我國新開通的地鐵線路多采用24脈波整流機組，逐步代替落后的12脈波整流機組，但48脈波整流機組投入和維護成倍大，經濟效益較差，目前地鐵企業應用的較少。

1 等效24脈波整流機組的原理

地鐵牽引變電所整流變壓器采用三繞組結構變壓器，變壓器二次側分別采用△和Y接線方式，能產生兩組幅值大小相等但相位角差30°的兩組三相交流電。12脈波整流機組由兩個三相6脈波整流電路組成12脈波整流機組的一個三相6脈波整流電路接入變壓器二次側△繞組，另一個三相6脈波整流電路接入變壓器二次側Y繞組，經整流后輸出的直流電在交流電源周期（一般不改變交流電源頻率，周期為0.02 s）內連續波動12次。等效24脈波整流是由兩套整流機組實現的[1]。兩臺變壓器的一次側繞組加延長繞組，采用延邊三角形接法分別產生+7.5°和-7.5°的相位移。改變外部接線使兩臺整流變壓器二次側電壓相差15°，分別送入并聯運行的兩套整流器，輸出等效24脈波直流電。

2 24相整流機組建模仿真

采用MATLAB-simulink虛擬仿真軟件進行建模仿真。根據濟南地鐵三號線某整流機組參數設置，變壓器1接線組別Dy11d0（+7.5°），變壓器2接線組別為Dy1d2（-7.5°）;額定變比為35 kV/1 180 V;交流電源相數為3 相;電源額定頻率為50 Hz。 設置仿真時間為10 s，通過示波器模塊查看等效24相整流器輸出電壓波形圖。

從圖2、圖3可知，在三相交流電的一個周期0.02 s內，整流機組輸出電路電壓波動24次，每個脈動為15°。

3 24相整流機組諧波分析

整流輸出的脈動直流電壓都是周期性的非正弦函數，它可用傅氏級數的形式分解成各次正弦函數，即基波和有害諧波[2]。為了衡量直流電壓脈動大小，研究直流電壓中所含諧波的詳細情況，我們引入紋波因數這一重要概念。

紋波電壓UR有效值為：

電壓紋波因數γ定義為ud中諧波分量有效值UR與整流電壓平均值Ud之比[3]：

其中m為整流相數，紋波因數與整流相數的關系如表1所示。

可以看出，相數越大，紋波因數越低，當等效12脈波時，紋波因數為0.994，當等效24脈波整流時，紋波因數很小，僅為0.796×10—5，相比起12相整流，24相整流抑制諧波效果明顯。

4 結論

通過仿真分析可知，電網的三相交流電經過整流機組降壓變換為電客車運行所需的直流電，采用24相整流器后該直流電電源電壓的脈動數增加了，脈動減弱，紋波因數下降，諧波含量隨之減少，可見，等效24相整流器獲得了良好的諧波抑制性能，降低了地鐵牽引供電系統對城市電網的諧波污染，提高整流機組的功率因數。

參考文獻：

[1]黃俊，王兆安.電力電子變流技術[M].北京：機械工業出版社，1995.

[2]楊素文，董斌，高勁.等效24相整流在廣州地鐵的應用[J].機車電傳動，2002（2）：43.

[3]于松偉，楊興山.城市軌道交通供電系統設計原理與應用[M].成都：西南交通大學出版社，2008.