田愛軍 江蘇省徐州技師學(xué)院

1 引言

進入21 世紀以來，我國的交通運輸行業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化，這使得交通運輸成為了我國整個國民經(jīng)濟的大動脈，對我國的民生起到了非常大的作用。雖說我國的城市軌道交通發(fā)展速度在世界上都是空前的，但是由于我國的一些地鐵技術(shù)和理論都還不算成熟，使得很多項目在技術(shù)和設(shè)備引進時還是考慮國外的一些企業(yè)，國產(chǎn)化設(shè)備利用率很低，這也是我國地鐵工程造價昂貴的原因之一?；谝陨系姆治霭l(fā)展我國的城市軌道交通技術(shù)已經(jīng)成為了目前所面臨的任務(wù)，其中城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)整流器的研究具有較大的理論和實踐意義。

2 整流的相關(guān)知識整流技術(shù)概述

(1）整流技術(shù)基本知識

通俗的講整流電路就是能夠把交流電變成直流電的變換電路，這也是其最初的定義，整流電路在人們的日常生活中應(yīng)用十分廣泛很多充電器都是使用了變壓和整流的器件，整流電路的可靠性直接影響著電網(wǎng)的運行以及用電的質(zhì)量。

(2）整流電路的主要功能

調(diào)壓：指直流輸出電壓隨電網(wǎng)電壓的變化而增減；

穩(wěn)壓：指電網(wǎng)電壓不變時,直流輸出電壓應(yīng)在網(wǎng)側(cè)電壓波動和負載變化時維持恒定。

目前很多的電子設(shè)備比如手機等，基本上都是使用家用220V 交流電進行供電，但是手機使用的是直流電，因此可以看出這些大量的電子設(shè)備中會含有整流電路。一般來說，整流電路包括二極管和電容。由于這種整流器只在交流電壓高于濾波電容上的電壓時吸收能量,所以輸入端電流呈脈沖狀,包含大量的諧波分量。高次諧波含量的升高使得基波分量降低,還會使功率因數(shù)降低,通常電容濾波二極管整流電路的輸入端功率因數(shù)只能達到左右,而其中相移無功分量幾乎為零整流器的輸入端功率因數(shù)低,意味著需要吸收較多的無功功率,這會加重供電系統(tǒng)的負擔(dān),造成較大的線路損耗和容量浪費。

3 三相整流電路

由于三相整流的優(yōu)點眾多，因此在很多城市軌道交通供電系統(tǒng)中廣泛的應(yīng)用，三相整流電路值適合一些大功率的系統(tǒng)。它的工作原理是利用不同時間段二極管的導(dǎo)通順序不同，來得到諧波較小的直流電壓，變壓器對各次不同諧波電流的移相作用,使其高次諧波在變壓器次級相互疊加而抵消。這種方法在變壓器負載平衡的情況下,對減小輸入端的較低次的諧波是有效的,其拓撲結(jié)構(gòu)和控制電路均比單相的復(fù)雜。

4 牽引變電所的整流機組

城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)采用的是直流電，其主要包括高壓交流供配電系統(tǒng)和直流供電系統(tǒng)，整流機組是進行交直流轉(zhuǎn)換的重要環(huán)節(jié)，它包括整流變壓器和整流器。在整個供電系統(tǒng)中牽引變電所的主要任務(wù)是將引進的交流電通過主變電所送到整流變壓器上進行降壓，然后把需要的電壓等級整流成牽引供電系統(tǒng)中所需要的1500或750VDC。為了能夠提高直流供電系統(tǒng)的質(zhì)量，降低直流輸出電壓的脈動系數(shù)通常采用多脈波整流。目前所采用的整流方式為十二脈波整流或二十四脈波整流。

12 脈波整流電路中變壓器一次側(cè)為公用繞組，二次側(cè)分別為Y和Δ 連接，形成30 相位差。實際中采用三繞組或四繞組特種結(jié)構(gòu)變壓器，繞組連接方式為Y/Δ-Y，Δ/Δ-Y 或Y-Y/Y-Δ，Δ-Y/ Δ-Δ。

利用副邊或原、副邊星形與三角形兩繞組間各相間電壓依次形成30 度相移,以及上述各相間電壓的倒相,從而構(gòu)成十二相脈動整流接線方式。

整流變壓器繞組以Δ/Δ-Y 接線方式為例,十二相整流電路接線方式如圖1。

圖1 . 十二相整流電路接線方式

從圖中可以看出,當不考慮平衡電抗器的作用時,相當于兩組相位差為30 度的三相橋整流電路交替向直流負載供電,每個橋臂整流管導(dǎo)電時間為π/3,整流后的直流電壓每工頻周期有12 次脈動,形成十二相整流。這種情況下每橋臂整流管不能有效利用,是其缺點。

接入平衡電抗器后,由于其感應(yīng)電壓的存在,則兩組三相整流橋相當于并聯(lián)工作,同時向負載供電,且每個橋臂整流管導(dǎo)電時間為2π/3,提高了整流管的利用率。兩組整流橋任意時刻并聯(lián)工作的必要條件是,導(dǎo)電時刻兩組橋路同時并聯(lián)導(dǎo)電支路的電壓必須相等。

目前我國城市軌道交通所用的12 脈波整流機組一般采用軸向雙分裂式三繞組變壓器,設(shè)計的漏抗較大,可等效平衡電抗器的作用。

(2）一種新型的二十四脈波整流機組

在城市軌道交通供電系統(tǒng)中一些大功率的設(shè)備是產(chǎn)生諧波的主要原因之一，由于諧波對整個供電系統(tǒng)的危害極大，因此為了能夠避免諧波的產(chǎn)生，提高供電系統(tǒng)的功率因數(shù)，目前我國很多地鐵公司開始用二十四脈波的整流電路代替十二脈波。這種方式可以有效的抑制諧波的產(chǎn)生，使得整個供電系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠。

圖2.二十四脈波牽引整流變電站的主接線圖

圖2 是二十四脈波的牽引整流機組，從以上圖中可以看出二十四脈波整流包含4 個六脈波整流器，在不改變整流器其他設(shè)備的同時把變壓器一次側(cè)的三角形繞組延長。1#整流變壓器為Dy5/Dd0 聯(lián)結(jié),一次側(cè)繞組移相-7.5 度；2#整流變壓器為Dy7/Dd2 聯(lián)結(jié)參見圖,一次側(cè)繞組移相+7.5 度。2 臺整流變壓器一次側(cè)并聯(lián)在同一電網(wǎng)中,二次側(cè)線電壓相同,相位相差15 度。各臺二次側(cè)分別連接兩組三相全波橋式整流電路,輸出等效12 脈波直流電壓。兩組等效12 相整流輸出并聯(lián),構(gòu)成等效24 相整流輸出,與12 脈被整流最大的區(qū)別是其整流變壓器應(yīng)接成移相±7.5 度的聯(lián)結(jié)方式,使其達到導(dǎo)通角相差15 度來組成24 脈波的整流電路的。

結(jié)論

城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)在整個城軌供電系統(tǒng)中發(fā)揮著非常重要的作用，它是城軌運營的核心部分，它的技術(shù)創(chuàng)新急需突破，由于城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)使用的是直流電，因此必須通過整流機組給接觸網(wǎng)提供脈動系數(shù)小的直流電源，由于要減少脈動系數(shù)所以要增加整流的脈波數(shù)量，脈波數(shù)量越多諧波的含量就越少，因此目前很多地鐵公司都使用二十四脈波整流來代替十二脈波整流，這樣就能得到更加理想的直流電，減少脈動系數(shù)，提供供電系統(tǒng)的功率因數(shù)。