地铁24脉波整流机组特性研究

杨艳萍 陈振

摘 要：整流机组是地铁直流牵引供电系统的重要设备之一，起到为城轨车辆提供所需直流电源的重要作用。本文以济南地铁三号线路八涧堡牵引变电所两台整流机组为例，介绍整流机组的工作原理，采用MATLAB-Simulink虚拟仿真软件建立等效模型，对直流侧输出的等效24脉波整流电源性能进行分析。

关键词：整流器;等效24相整流;整流机组

中图分类号：U231.8 文献标识码：A

0 引言

地铁直流牵引供电系统中，牵引变电所承担着降压和电能变换的作用，将外部电网AC35 kV高压电经过降压和整流后，变换为DC1 500 V直流电源，经过直流电缆馈送到接触网（或接触轨）上，地铁车辆通过受电弓与接触网（或通过受电靴与接触轨）接触取流，再由车辆轮对将电流传递到走行轨，最后流回牵引变电所，形成闭合的电流回路。因此直流电源的供电质量直接关系到电客车电机的工作性能，为了降低直流电源的纹波系数，优化直流供电质量，通常采用多相整流方法，最基本的就是六相整流（6脉波），随着整流器件的成倍增加又有采用十二相整流（12脉波），二十四相整流（24脉波）或四十八相（48脉波）整流。我国新开通的地铁线路多采用24脉波整流机组，逐步代替落后的12脉波整流机组，但48脉波整流机组投入和维护成倍大，经济效益较差，目前地铁企业应用的较少。

1 等效24脉波整流机组的原理

地铁牵引变电所整流变压器采用三绕组结构变压器，变压器二次侧分别采用△和Y接线方式，能产生两组幅值大小相等但相位角差30°的两组三相交流电。12脉波整流机组由两个三相6脉波整流电路组成12脉波整流机组的一个三相6脉波整流电路接入变压器二次侧△绕组，另一个三相6脉波整流电路接入变压器二次侧Y绕组，经整流后输出的直流电在交流电源周期（一般不改变交流电源频率，周期为0.02 s）内连续波动12次。等效24脉波整流是由两套整流机组实现的[1]。两台变压器的一次侧绕组加延长绕组，采用延边三角形接法分别产生+7.5°和-7.5°的相位移。改变外部接线使两台整流变压器二次侧电压相差15°，分别送入并联运行的两套整流器，输出等效24脉波直流电。

2 24相整流机组建模仿真

采用MATLAB-simulink虚拟仿真软件进行建模仿真。根据济南地铁三号线某整流机组参数设置，变压器1接线组别Dy11d0（+7.5°），变压器2接线组别为Dy1d2（-7.5°）;额定变比为35 kV/1 180 V;交流电源相数为3 相;电源额定频率为50 Hz。 设置仿真时间为10 s，通过示波器模块查看等效24相整流器输出电压波形图。

从图2、图3可知，在三相交流电的一个周期0.02 s内，整流机组输出电路电压波动24次，每个脉动为15°。

3 24相整流机组谐波分析

整流输出的脉动直流电压都是周期性的非正弦函数，它可用傅氏级数的形式分解成各次正弦函数，即基波和有害谐波[2]。为了衡量直流电压脉动大小，研究直流电压中所含谐波的详细情况，我们引入纹波因数这一重要概念。

纹波电压UR有效值为：

电压纹波因数γ定义为ud中谐波分量有效值UR与整流电压平均值Ud之比[3]：

其中m为整流相数，纹波因数与整流相数的关系如表1所示。

可以看出，相数越大，纹波因数越低，当等效12脉波时，纹波因数为0.994，当等效24脉波整流时，纹波因数很小，仅为0.796×10—5，相比起12相整流，24相整流抑制谐波效果明显。

4 结论

通过仿真分析可知，电网的三相交流电经过整流机组降压变换为电客车运行所需的直流电，采用24相整流器后该直流电电源电压的脉动数增加了，脉动减弱，纹波因数下降，谐波含量随之减少，可见，等效24相整流器获得了良好的谐波抑制性能，降低了地铁牵引供电系统对城市电网的谐波污染，提高整流机组的功率因数。

参考文献：

[1]黄俊，王兆安.電力电子变流技术[M].北京：机械工业出版社，1995.

[2]杨素文，董斌，高劲.等效24相整流在广州地铁的应用[J].机车电传动，2002（2）：43.

[3]于松伟，杨兴山.城市轨道交通供电系统设计原理与应用[M].成都：西南交通大学出版社，2008.