（宁波市轨道交通集团有限公司运营分公司维修工程部，浙江，宁波，315200）
【摘 要】本文以宁波轨道交通为例，对地铁的牵引供电原理进行了详细的阐述，重点介绍了牵引整流等效二十四脉波的形成原理，推荐了整流变联接组别的选择。
【关键字】24脉波；牵引整流；整流变
前言
轨道交通的稳定运行离不开供电系统的平稳，而牵引整流技术作为给列车供电的最后环节，其地位尤其显得重要。宁波轨道交通采用等效二十四脉波整流技术，即由2台整流变压器分别移相+7.5度和-7.5度 ，各接两组三相全波整流桥，经整流后形成由15度脉冲波为基础的直流1500V系统。
1．十二脉波整流机组原理
二十四脉波实质是由两台整流变压器和4组三相全波整流桥以六脉波为基础通过移相形成，而一台变压器和2组三相桥构成一组十二脉波。
变压器一次侧采用d接法，二次侧两个分裂线圈分别接d和Y型，各接一组三相全波整流桥。两个整流桥并联形成等效十二脉波整流变电系统。现以一组三相桥式全波整流电路为例说明工作原理。如图1所示
图2 三相桥式整流电路波形
图2是一组三相整流桥六脉波波形图，如图所示把一个周期等分6段。
在第1段期间，由图2可知a相电位最高，因而共阴极的D1导通，b相电位最低，所以共阳级组的D6导通。这时电流由a相经D1流向负载，再经D6流入b相。变压器a、b两相工作，共阴极的相电流为正，共阳极的相电流为负。加在负载上的整流电压为：Ud=Ua-Ub=Uab。D3和D4上电压为Uba，D2电压为Ubc，D5为Uca。
经过60°后进入第2段时期。这时a相电位仍然最高，D1继续导通，但c相电位却变成最低，当经过自然换相点时c相D2导通，电流即从b相换到c相，D6承受反向电压Ucb而关断。这是电流由a相流出，经D1、负载、D2流回电源c相。变压器a，c两相工作。这时a相电流为正，c相电流为负。在负载上的电压为：Ud=Ua-Uc=Uac。
再经过60°，进入第3段时期，这时b相电位最高，共阴极组在经过自然换相点时，D3导通，电流从a相换到b相，c相D2因电位仍然最低而继续导通。此时变压器b，c两相工作，在负载上的电压为：Ud=Ub-Uc=Ubc。
依此类推，在第4段时期内，D3 D4导通，变压器b，a两相工作。在第5段时期内，D4D5导通，变压器c，a两相工作。在第6段时期内，D5D6导通，变压器c，b两相工作，再下去又重复上述过程。
由上可知一组三相整流桥形成幅长60°等效6脉波。因为整流变二次侧线圈分别接成三角形和星型绕组，如图3所示。因二次侧线电压三角接法超前星型接法30°，并联后各绕组峰值电压错开30°，既产生等效十二脉波，通过图3(C)所示向量图能很明显的看到各二极管的导通情况。
图3
2．三相桥并联问题
这里需要指出由于单台整流变压器组由二组三相桥并联运行，正常情况下负荷需要其并联输出才能满足设计需求。但是因其联接组别不同，导致两组三相桥瞬时输出电压不一致，只有在负载电流Id大于G处的拐点电流Idg时两组三相桥才同时输出，之前则进入推挽工作状态，如图4、图5所示。
图5 12脉波整流电压波形图
其中Idg为拐点电流，可以看到在G点之前电压平均值突升较高，由于整流桥进入推挽状态，每一时刻只有一组回路即2个桥臂串联导通，每个桥臂此时承受了全部的负载电流。而拐点之后以12脉波为例则每一时刻为2个桥臂并联导通，此时承受负载电流的一半，所以需要尽量减少拐点电流，以减轻二极管负担。
3．取消平衡电抗器设置
为使拐点电流不至于太大，早期做法在二组三相桥出口处并联平衡电抗器，来平衡出口电压，但是带来了电抗器铁芯饱和的风险以及噪音和造价的大幅提高。宁波轨道交通为取消平衡电抗器，采用轴向双分裂式变压器，以变压器的漏抗来取代平衡电抗器。
经推导，其等效数学模型如图6所示
图6 双分裂变压器等效图
图7
此时，由于二次侧漏抗较大，当该数值(0.9Xc+0.9Xc)在整流器额定负载范围内可以起到平衡电抗器的作用时，可以取消平衡电抗器。一般情况下，没有必要使(0.9Xc+0.9Xc)的取值必须大于等于平衡电抗器的电抗，在负荷较小时可允许整流机组工作在推挽状态范围内，这时的直流母线电压较高，通过在整流器出口并联压舱电阻的办法，可保证在电流大于直流过渡电流时Udmax小于1800Vdc。
4．二十四脉波整流机组原理
这样一套整流变压器组只能形成十二脉波，每个波长30°，而要形成二十四脉波，必然需要两组整流变压器，但是这样波形又会重叠，因此使一台整流变移相+7.5°，另外台整流变移相-7.5°，形成15°的夹角，波形就能错开，宁波轨道交通采用延边三角形接线来达到移相±7.5°目的。
延边三角形接线其实质是在变压器一次侧“△”形接线基础上，由三角形的顶点接绕组延伸接至电源。如图8所示
图8 延边三角形接线图
因为需要移相±7.5°，其一次侧三角形接线分别采用左行和右行，其相位相差60°，因为是30°的倍数，其2组波形又重合，当一次侧三角形分别移相±7.5°时，其2组波形就达到15°偏差。如向量图所示
这里需要指出各家地铁公司对整流变的联线组别要求种类繁多，理论上都能满足要求。
但实际上往往需要相位的错别安装才能满足要求，对生产和现场安装均带来不少不必要的麻烦，甚至引起现场接线的错误。
由两台牵引整流变压器组成的12相24脉波标号比较推荐的是：
（1）DY11D0(+7.5),DY1D2(-7.5) 宁波轨道交通采用此联接组别
（2）DY5D0(+7.5),DY7D2(-7.5)
因为其标号就相差2，即相位相差60°，也就是说只需要改变整流变一次侧绕组的联接方向就可以了，无需改变绕组相别。
5．小结
目前，24脉波牵引整流技术已经成为国内城市轨道交通牵引供电系统的主流。采用24脉波整流方式，可以在一定程度上减少供电系统受到的谐波危害。通过本文详细介绍，可以给轨道交通供电建设、运行单位提供一定的参考价值。
参考文献：
[1]杨春燕.电力机车与城轨车辆双制式牵引供电系统的研究[D]. 大连交通大学，2009
[2]王念同，魏雪亮.24脉波牵引整流变压器的联结组[J].变压器，2002，(6)：9-12.
[3]孙根会.城市轨道交通用牵引整流变压器的设计[J].电气制造，2010，(5)：70-72.
论文作者:李睿
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年10月供稿
论文发表时间:2016/3/8
标签：变压器论文; 电流论文; 电压论文; 角形论文; 负载论文; 导通论文; 轨道交通论文; 《工程建设标准化》2015年10月供稿论文;