应用于轨道交通中24脉波自耦变压整流器的仿真研究

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城市轨道交通直流供电24脉波整流机组研究

城市轨道交通直流供电24脉波整流机组研究【摘要】分析了城市轨道交通直流牵引供电系统24脉波整流机组中的工作原理和接线方式，并应用Matlab仿真工具箱搭建24 脉波整流机组仿真模型。

在该基础上，分析其运行特性并解释了采用24脉波的直流供电方式在消除谐波中的作用，从而为城市轨道交通牵引供电系统的研究提供参考。

【关键词】城市轨道交通；直流供电；24脉波整流；谐波电流0.前言为了解决日益拥堵的城市，缓解交通压力，近年来国内的许多城市已经着手或即将开始建设城市轨道交通，提倡绿色出行。

直流牵引供电系统作为列车唯一的动力来源，其安全可靠性直接影响着整个城市轨道交通系统的稳定性。

典型的城市轨道交通供电系统分为主变电站、牵引降压混合变电所、降压变电所和跟随所。

只有牵引降压混合变电所才提供直流，其中整流变压器和大功率整流器是直流供电系统中的重要设备，本文对它们的工作原理、结构特性和运行方式进行分析，是对直流牵引供电系统的故障机理进行深入研究的基础。

整流机组采用三相全波桥式整流技术，运行过程中不可避免的会产生大量高次谐波。

从而对城市电网造成污染。

为了减少这一不利影响，目前我国新建的轨道交通项目均采用24脉波整流技术。

本文首先介绍整流变压器的结构和24脉波整流机组的接线方式，然后采用Matlab仿真工具箱搭建轨道交通使用的24脉波整流机组仿真模型，进而研究整流机组的运行工况和理想状态下的整流特性。

1.24脉波整流机组1.1 典型整流变压器图1 移相+7.5°原理图图2 移相-7.5°原理图城市轨道交通供电系统根据工程概况，通常采用的系统电压等级为AC 35KV和AC 10KV两种。

整流变压器是一种特种变压器，变压器的元边采用延边三角形进行移相，一台移相+7.5°，另一台移相-7.5°。

变压器的次边有两个绕组，一组采用星形接线，另一组则采用三角形接线，两次边绕组线电压相差30 °，经三相全波整流，在直流侧两变压器二次侧并联运行，组成2*12相的整流系统，共24脉波。

城市轨道交通24脉波牵引整流变电站网侧谐波电流的分析

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网侧线电流的相位关系阀侧基波与 # .!") 0! 次的谐波磁势必须由网
侧的基波与谐波磁势来平衡。由于两台变压器的网侧绕组分别为移相 ( .0-&’- 的延边三角形联结，且每相绕组分别由主绕组 @A 和移相绕组 @B 组成，那么与阀侧磁势相平衡的网侧磁势（包括基波与谐波）是主绕组和移相绕组的合成磁势。对于!号变压器（网侧移相 ( .9-&’- ），其延边三角形电压及磁势平衡图如图 % 所示。其 C 相线电流为 !C#.!CB#.!CA#+!DA#，由磁势平衡图可知，其基波和正序谐波的相位滞后 !!"#*" <%#-+(=.""&’- 相位，而

一种新型24脉波整流器的应用研究

ｉｉＴｈｓｔｅｓｎｓｉａｕｒｔｉｓｃｔｓｕ，ｉｕｏｄｌｃｒｅｎＡＣｉｅｉｒａｉｅｈｎｓｓｅｌｄ，ｔｅｄｚｈ
ｈｒｎｃｃｎｅｔｉｒｕｅｅｓｔａ％ｏｈｏａａ — ａｍｏｏｔＳｅｃｄｔｌｓｈ３ｆｔｅｔｔｌｈｔｉｎｄＯｎｍｏｃｄｓｏｔｎ．ＴｈｅｓｉｔｈｅｔｅＳｐｏｅｔｉｎｉｒｉｔｏｅｆａｉｌｙｏｔｒｃｉｒｉｒｖｗｉｈｂｉｆｅｉｆｄ
ｍｏｉｆｏｒｓｐｌｕｒｎ，ａｔｒｅｐａｅ，ｍｕ — ｕｓｃｎｃｏｗｅｕｐｙｃｒｅｔｐｈｅｈｓｓｋｉｌｒ — ｐｅｅｔｅｉｃｉｉａｐｉｈｏｒｓｐｌｉｃｉｏｒａａｓｉｒｃｕｔｓｐｌｄｉｔｅｐｗｅｕｐｙｃｒｕｔｆｂｎｎｌｉｆｒｅｎｕｓ￣ａｓ．Ｔｈｉｃｉｔｐｌｇｓｓｎｉｔｅｃｕｔｏｏｙｉｉｌ，ｗｈｃｄｐｓａｌｗｒｏｍｐｅｉｈａｏｔｏ
ＳｈｏｏＥｌｔｉａＥｎｌ￣ｒｇｃｏｌｆｃｅｒｃｌｇｎｉ．ｎ
Ｓｕｈｓｉｔｎｉｖｒｉ６０３，ｈｎｄ，ｈｎｏｔｗｅｔａｏｇＵｎｅｓｙ，１０１ＣｅｇｕＣｉａＪｏｔ
电平阶梯波，进而使变压器１的原边电压波形呈现
证了该应用的可行性。
１整流电路概述
整流电路原理如图１所示。两个三相桥式整流器采用串联连接。其中一个由变压器２的星一三角移相变压器供电，另一个与变压器２的原边绕组串

基于列车传动系统的24脉波供电系统仿真研究

，
ｓｄｅａｅａｉｔｔｒｉｉｎｄｏｐｒｔｏｎｓａｅｏｆｔｔａｎ．ｈｅ
Ｋｅｒｓ２一ｕｓ；ｅｔｒｏｔｌｈｒｎｃｄｖｙｔｍ；ｉｌｔｎｙｗｏｄ：４ｐｌｅｖｃｏｎｒ；ａｍｏｉ；ｒｅｓｓｃｏｉｅｓｍｕａｉｏ
２０第６期０８年
２０年１１１０８月０日
机
车
电
传
动
№ ６．２０８０
ＥＬＥＣＴＲＩＤＲＩＣＶＥＦ０ＲＬＯＣＯＭＯＴＩＶＥＳ
ＮＯＶ．１０．２０８０
城市轨道车辆
。ｌ一ｌ一ｌ，ｌ．，一。 ¨ ｌ＿＿ —ｌ譬ｌ一
流侧、直流侧及列车运行之间的相互影响关键词：２４脉波；矢量控制；谐波；传动系统；仿真中图分类号：Ｕ２．；Ｐ９．２３５Ｔ３１９文献标识码：Ａ文章编号：１０ — ２Ｘ２０）６０４－３００１８（０８０ — ０ＰｕｓｃｉｅｗｅｕｐｙＳｓｅｉｌｔｏｎ２ｌｅＲｅｔｒＰｏｒＳｐｌｙｔｍｉｆＢａｅｎＴａｎＤｒｖｙｔｍｓｄｏｒｉｉｅＳｓｅ
ＸＩａｇＦＮＧａ－ｕ，ＥＦｎ，ＥＸｉｏｙｎＨＵＡＮＧｉ，ＥａｇｙＪｎＸＩＷｎ－ｕ
ＡｂｔａｔＩｈｓａｅ，ｈ４ｐｌｅｔｆｒｏｒｕｐｙｓｓｒｃ：ｎｔｉｐｐｒｔｅ２ｕｓｒｃｉｅｗｅｐｌｉｌｔｎｍｏｅｕｌｂｓｄｏａｎｄｖｙｔｍｎｅｐａｅｓｉｅｉｐｓｍｕａｉｄｌｓｂｉａｅｎｔｉｒｅｓｓｅａｄｔｈｓ —ｈｆｏｉｔｒｉｈｔｐｉｃｐｅｏｅ２一ｕｓｅｔｉｒｎｕｂｎｐｗｅｕｐｙｉｎｌｚｄａｄｍｏｅｅ．ｎｉｅｉｇｔｒｅｌｖｌｎｅｔｒＳＷＭｅｔｒｒｎｉｌｆｔ４ｐｌｅｒｃｉｅｓｉｒａｏｒｓｐｌｓａａｙｅｎｄｌｄＣｏｓｄｒｎｈｅ・ｅｖｒｅＶＰｈｆｅｉｖｃｏｃｎｒｌｄｔｃｉｎｓｓｅａｅｌａ，ｈｎｉｇｓａｅｒｉｌｔｄｗｉｅｌｏｒｕｐｉｒｎ４ｐｌｅｒｃｉｅｓｓｐｌｒＡｔｔｅｏｔｏｌａｔｙｔｍｓｔｏｄｔｅｒｎｎｔｔｓａｅｓｍｕａｅｔｉａｌｐｗｅｐｌｄ２一ｕｓｅｔｒｕｐｉｅｒｏｈｕｈｄｙｓｅａｉｆｅｈ

航空用24脉波自耦变压整流装置的研究

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｆｏｒｌｏｗｅｒｈａｒｍｏｎｉｃｃｕｒｒｅｎｔ，ｖｏｌｕｍｅａｎｄｗｅｉｇｈｔ，ｔｈｅ２４－ｐｕｌｓｅａｕｔｏ－ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ－ｒｅｃｔｉｆｉｅｒｕｎｉｔ
ｔｈａｔｔｈｅＡＴＲＵｃａｎｎｏｔｏｎｌｙｍａｋｅｒｅｃｔｉｆｉｅｒｓｂｒｉｄｇｅｓｗｏｒｋｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｙａｎｄｒｅｄｕｃｅｔｈｅｔｏｔａｌｈａｒｍｏｎｉｃｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｏｆ
ｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃａｐａｃｉ￣ｏｆｔｈｅｒｅｃｔｉｆｉｅｒｃｉｒｃｕｉｔａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＩＰＴｗａｓ
ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ（ＩＰＴ）ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｗｉｔｈｒｅｃｔｉｆｉｅｒｂｒｉｄｇｅｓｗａｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｓｉｍｐｌｉｆｙｃｉｒｃｕｉｔ．ＴｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＡＴＲＵ
ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａ１８ｋＷＡＴＲＵｐｒｏｔｏｔｙｐｅｗａｓｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄｂａｓｅｄｏｎＳａｂｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗ

浅析24脉波牵引整流变压器

计牵引整流变压器。目前，国内的城市轨道交通运行典型负荷周期曲线如图２所示。
此，ｒ减小电网受到谐波的影响，为绝大多数的城市轨道交通牵引供电系统都是采用２脉波整流方式。此外，从效能上分４析，整流变压器的脉波数越多，相应的功率因数也会越大。其
流变压器的保护方法。
关键词：４波整流；引整流变压器；护２脉牵保
ｔｉ０３６６ｉｎ１０－５４２１．２３Ｉ：．９．ｓ．６８５．１１．４ｆ１９１ｓ０００
Ｏ引言
为 ±７５．。，其高压网侧绕组方式和等效１脉波的方式是一样２的。两台整流变压器移相角度分别为＋．。７。，７和一．通过并联５５连接整流器直流侧的方式组成２脉波整流机组。４４２脉波整流变压器的接线方式和矢量图如图ｌ所示。
国家标准中规定了负载的工作等级，主要分为６级来表示负载循环的不同程度。目前，国内的城市轨道交通牵引整流机
Байду номын сангаас
当前，在城市轨道交通牵引供电系统中，常采用的是１脉２
波和２脉波的整流方式。根据计算，４采用１脉波整流方式时，２系统中的谐波次数比较多；４而２脉波整流方式能在保证谐波次
组主要采用的是第四（重型牵引站）。标准中规定，等级采用重
型牵引站等级的牵引整流机组在一天中要能够承受在１倍额．５定负载下工作两小时以及３倍额定负载下工作１分钟的尖峰负
数较少的情况下，次谐波的数值也较小。所以说，各在谐波的

24脉波整流器外特性仿真及其在城市轨道交通中的应用

图 1 24 脉波整流站主电路图
2
24 脉波整流器的模型建立
2. 1 电路仿真模型建立
第 10 期
研究报告
相位差。由于三相桥式 6 脉波整流器输出电压谐波小 , 为了减少输出谐波 , 则每台整流变压器由两个 6 脉波桥式整流器 A Bridge 、 B Bridg e ( C Bridg e、 D Bridge) 以并接方式来构成 12 脉波桥式整流机组 T 1 ( T 2) 。2 台 12 脉波整流机组并联运行构成等效 24 脉波整流器。
究城市轨道交通研
2007 年
24 脉波整流器外特性仿真及其在城市轨道交通中的应用ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
李良威李群湛刘炜
( 西南交通大学电气工程学院 , 610031, 成都摘要建立了 24 脉波整流器的电路模型 , 分析了其多区第一作者 , 硕士研究生 )
件 ; 最后给出了 24 脉波整流器多区段外特性曲线应用于广州地铁 2 号线供电仿真软件的短路故障仿真示例。
图2
24 脉波整流器电路仿真模型
2. 2
电路仿真参数设置根据广州地铁 2 号线 24 脉波整流变压器 1 台
所示 , 同 T 1 整流机组的输出空载直流电压波形具有 15!的相位差。
机组的设计参数 ( 整流变压器采用干式四线圈型式 , 整流变压器额定功率 3 450 kW, 一二次侧电压比为 33 000 kV/ 1 180 V, 空载电压 1 640 V, 额定电压 1 500 V, 额定电流 2 300 A) , 依此对电路模型进行参数设计。 2. 3 电压输出特性根据前述建立的 24 脉波整流器电路模型进行 T 1 整流机组整流后输出的空载直流电压波形如图 3 所示。其输出直流波形在一个周期中脉动 12 次, 每个波动的间隔为 30!。

基于变压器延边三角形接法的城轨24脉波整流机组的研究

基于变压器延边三角形接法的城轨24脉波整流机组的研究陈欢;宋平岗;章伟;游小辉;周振邦【摘要】分析了城轨交通牵引供电系统中基于移相整流变压器网侧绕组延边三角形接法的24脉波整流机组工作机理,对移相变压器的移相及其对网侧电流谐波相消进行了公式推导.基于Matlab/Simulink构建城轨24脉波整流机组模型并仿真.对整流机组网侧和直流侧的电流谐波进行FFT分析,得出其分布规律,验证了所推导的谐波电流相消公式的正确性.最后对整流机组输出的直流电压纹波系数进行计算,计算结果表明其输出的直流电压能够满足牵引网直流母线电压所需的供电质量要求.【期刊名称】《电气传动自动化》【年(卷),期】2016(038)001【总页数】6页(P1-6)【关键词】牵引供电系统;24脉波整流机组;延边三角形接法;谐波;FFT【作者】陈欢;宋平岗;章伟;游小辉;周振邦【作者单位】华东交通大学电气与电子工程学院,江西南昌330013;华东交通大学电气与电子工程学院,江西南昌330013;华东交通大学电气与电子工程学院,江西南昌330013;华东交通大学电气与电子工程学院,江西南昌330013;华东交通大学电气与电子工程学院,江西南昌330013【正文语种】中文【中图分类】TM461供电系统作为城轨交通中至关重要的一环，其主要包括牵引供电系统、中压环网系统以及低压供配电系统等3大部分［1］。

而其最核心的部分就是牵引供电系统。

它为城轨交通维持正常有序安全的运行提供了强有力的供电保障。

牵引变电所中的整流机组经由城市中压交流系统引入供电电源（根据工程概况的不同，国内通常采用的城市中压供电系统电压有AC 10kV、33kV、35kV三种制式），然后经整流机组降压整流成DC1500V或DC750V，输出至牵引网，为城轨列车提供牵引动力。

然而以往采用的6脉波、12脉波整流机组在运行过程中产生的谐波电流会对城市电网产生较大的谐波干扰。

为减少其影响，同时改善整流装置输出的电压纹波，提高牵引网直流母线电压的供电质量，近年来，越来越多的城轨交通牵引变电所开始装设24脉波整流机组，因此对24脉波整流机组进行研究具有相当的实际应用价值。

地铁24脉波整流机组的仿真及谐波电流分析_董海燕

ac ac ac
图２阀侧电压相量图
铁线 24 脉波整流机组的参数(整流变压器采用干式四线圈形
式，整流变压器的额定功率为 3 450 kW，电压比为 35 kV/
1 180 V，空载电压 1 640 V，额定电压 1 500 V)，依次设置模型
参数[3]。
图３２４脉波整流机组主电路仿真模型图
图 6 为 24 脉波直流侧电流波形 (假设输出负载设为阻
性，其电压和电流波形相同 )，其表达式 id=Idmcosωt，周期 ωT=π/12，可以求出直流电流均方根值为：
I
−
12 p
−
I
cos − t ?
1 ? 6 sin p I 2 p 12
(1)
直流电流平均值 Id 为：
1 500 1 400
谐波电流，且通过仿真分析，更加直观地体现了电网侧和直流侧谐波电流特点。结果表明：采用２４脉波整流机组，网侧
电流谐波含量大大降低，减少了对电网的污染，同时输出直流电压的纹波系数较小，从而体现了地铁直流牵引供电系
统中采用２４脉波整流机组的优越性。
关键词：地铁；２４脉波整流机组；仿真；谐波电流
中图分类号：ＴＭ９２２．３
波，就可以减少地铁供电系统 110 kV 侧注入公用电网的谐波量。
由于二极管的阻断作用，在整流变压器绕组中流过的是近似正弦波，是由基波电流和高次谐波电流组成。直流侧输出电流是脉动直流，而馈入电网的电流则是含有谐波的非正弦
电流。这里采用傅里叶分解对直流侧电流和注入电网的电流进行了谐波分析。
３．１直流侧电流谐波分析
收稿日期：２０１０－１２－１２基金项目：甘肃省自然科学基金（０９６ＲＪＺＡ０９２）；甘肃省高等学校基本科研业务费专项资金资助作者简介：董海燕（１９８７ —），女，甘肃省人，硕士生，主要研究方向为电力电子与电力传动。

城市轨道24脉波整流机组研究分析

城市轨道24脉波整流机组研究分析戴丽君;蒋亚威;邢光兵【摘要】阐述了当前城市轨道交通直流供电系统24脉波整流的原理,并且使用MATLAB/SIMULINK编程软件对直流供电牵引系统的整流设备进行建模与仿真,根据其仿真结果分析了24脉波整流机组的工作特性,给出了其仿真波形,并根据仿真波形介绍24脉冲整流的优劣;同时也对24脉波整流直流侧的谐波进行了分析,并根据模型仿真的结果以及相关谐波的分析给出了抑制谐波的方法.【期刊名称】《电力与能源》【年(卷),期】2016(037)001【总页数】4页(P52-55)【关键词】24脉波整流机组;地铁牵引系统;谐波电流【作者】戴丽君;蒋亚威;邢光兵【作者单位】南京铁道职业技术学院电力工程学院,南京210031;苏州大学城市轨道交通学院,苏州215131;苏州大学城市轨道交通学院,苏州215131【正文语种】中文【中图分类】U271目前，地铁广泛使用的整流系统是24脉波整流。

24脉波整流机组是由两套12脉波整流机组并联而成，然而只是简单的将两套12脉波整流机组并联工作并不能增加其输出波形的脉冲次数，只有当两套机组的整流变压器的输入电压相差15°时，才能使输出波形的脉冲次数在一个周期内为24次。

网侧使用移相变压器并联工作分别移相+7.5°，-7.5°，从而形成等效24脉波整流机组。

其等效原理图如图1所示。

移相变压器是24脉冲整流器中关键的部件之一，交流变压器输出的三相交流电经过移相变压器的相位偏转，使输出的多相的电压幅值大小相等、相位相差一定角度。

目前使用的移相变压器的绕组连接方式有很多种，例如：延边三角形、曲折三角形、六边形等。

由于线圈的滞后效应，变压器的二次线圈感应出来的电压相对原来输入的电压就产生了一定的相位差。

根据变压器内绕组不同的接线方式，可以使电压偏离需要的相位。

在24脉冲整流机组整流中使用的移相变压器是延边三角形的接法，通过延边三角形的接法使变压器的输入电压和输出电压的相位之间形成±7.5°的相位差[1-3]。

两种24脉波整流变压器设计比较

两种24脉波整流变压器设计比较甘铨韬;陈开全【摘要】24脉波整流用变压器广泛应用于轨道交通牵引整流,是为轨道交通提供动力的主要设备之一,在轨道交通领域起着关键的作用.介绍了两种24脉波整流用变压器的设计原理,并对这两种设计原理和性能参数进行分析比较.目的是提供另一种24脉波整流变压器的设计方法.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2018(047)008【总页数】3页(P173-174,237)【关键词】牵引整流变压器;24脉波变压器;变压器【作者】甘铨韬;陈开全【作者单位】明珠电气股份有限公司,广东广州 511400;明珠电气股份有限公司,广东广州 511400【正文语种】中文【中图分类】TM40 前言随着我国经济的快速发展，各种领域应用的变压器越来越多，特别是近几年电气化轨道交通的快速发展，牵引整流和直流充电用整流变压器的应用更广泛。

为了减少网侧谐波电流对电网的影响，地铁牵引用整流变压器或直流充电用整流变压器都优先选择多脉波数的整流变压器，如24脉波整流变压器就是一种应用很广泛的整流变压器。

而随着用户需求的发展，另一种结构的24脉波整流变压器也在发展起来。

这种新的24脉波整流变压器的显著特点是，它不需要两台并联运行构成24脉波，而是单台构成24脉波整流输出。

本文作者主要介绍另两种结构的24脉波变压器，将这两种结构的产品进行比较，提供另一种24脉波整流变压器的设计方法。

1 方案一24脉波整流变压器结构1.1 方案一24脉波整流变压器的联结组别对于24脉波整流变压器目前最常用的结构是由两台12脉波变压器通过并联运行的方式来输出24脉波电流。

这种方式经过多年的发展应用，已经成为一种成熟的结构，并形成了通用的行业标准。

JB/T 10693《城市轨道交通干式牵引整流变压器》[1]就是专门针对该结构起草的行业标准。

在该标准中规定了两种24脉波牵引整流变压器的联结方法如下：（1）I＃变压器 Dy11d0(移相+7.5°)；II#变压器 Dy1d2( 移相-7.5°)。

基于Multism的二十四脉波整流原理的探究

基于Multism的二十四脉波整流原理的探究摘要：二十四脉波整流是城市轨道交通直流牵引供电采用的普遍方法，它是将三相交流电经过两组变压整流器并联给接触网供电，二十四脉波的整流原理是学生学习的难点，本文通过引入multism软件搭建仿真电路，从简单的单相全波整流电路出发，到三相全波整流电路，再到12脉波整流，及至二十四脉波的整流过程。

由波形让学生直观感受二十四脉波形成过程。

引导学生通过观察波形辐值与相位，分析整流脉波形成的源，深入理解二极管的特性的原理及应用，理解整流电路中的原理，从而加深对二十四脉波整流机组的理解。

关键词：二十四脉波整流 Multism 谐波失真引言在地铁牵引变电所中设有两套整流机组，它们接于35kV同一段母线上，整流变压器一般采用树脂浇筑式干式变压器，容量一般为2000-4000kVA，电压等级35/1.2kV/1.2kV，为三绕组变压器，二次侧两个绕组容量相同[1]。

两台变压器可通过改变外部连接件移相±7.5˚，一台（T1）联结组别为Dy11d0 ，另一台（T2）为Dy1d2 。

一方面由于24脉波整流技术要求两台12脉波整流机组一次侧输入电源具有严格的同期性，以保证其低压输出端电压相位角相差15°。

另一方面为保证接触网电压平均值，减小两套整流机组的压差，防止两套整流机组出力不均，严重时其中一套整流机组过载二极管受损[2]。

因此，对于二十四脉波的形成过程，是学习的一个重点，也是学生学习的一个难点，难点在于它既涉及到变压器结构，也有三相交流电的电压、幅值相位的理解，也有三相负载连接方式特点，同时还涉及整流的原理、二极管的特性。

大量波形的分析，如果直接从变压器连接方式出发，通过相量的角度分析，学生学习难度较大，学习会比较枯糙，也不便于学生理解二十四脉波形成过程，为了学生提高学习兴趣，通过Multism电路仿真，引入软件的仿真示波器，让学习变的更加直观，Multisim是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。

24脉波移相整流变压器技术研究综述

24脉波移相整流变压器技术研究综述孙玉伟;潘天雄;严新平;袁成清;汤旭晶;潘鹏程【摘要】在解决大功率电力系统整流谐波问题方面,多脉波整流技术因其谐波抑制率高、设备成本低和运行可靠性高而具有显著优势.然而,随着电力系统的谐波控制标准不断提升,特别是在解决城市轨道交通直流牵引供电系统谐波方面,传统的12脉波整流器难以有效解决输出高品质稳定直流电的问题.在介绍24脉波整流技术的原理及分类的基础上,分别就基于隔离型、自耦型、直线式和圆形变压器的24脉波整流器移相变换原理、拓扑结构及性能特点进行了对比分析,探讨了柱式、直线式和圆形移相变压整流器在铁磁结构、绕组布设和匝数计算等方面的差异.【期刊名称】《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》【年(卷),期】2019(043)003【总页数】5页(P438-442)【关键词】24脉波整流器;谐波;自耦变压器;圆形变压器;直线式变压器【作者】孙玉伟;潘天雄;严新平;袁成清;汤旭晶;潘鹏程【作者单位】武汉理工大学能源与动力工程学院武汉 430063;武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心可靠性工程研究所武汉 430063;武汉理工大学交通部船舶动力工程技术交通行业重点实验室武汉 430063;武汉理工大学能源与动力工程学院武汉 430063;武汉理工大学能源与动力工程学院武汉 430063;武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心可靠性工程研究所武汉 430063;武汉理工大学交通部船舶动力工程技术交通行业重点实验室武汉 430063;武汉理工大学能源与动力工程学院武汉 430063;武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心可靠性工程研究所武汉 430063;武汉理工大学交通部船舶动力工程技术交通行业重点实验室武汉 430063;武汉理工大学能源与动力工程学院武汉 430063;武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心可靠性工程研究所武汉 430063;武汉理工大学交通部船舶动力工程技术交通行业重点实验室武汉 430063;武汉理工大学能源与动力工程学院武汉 430063;武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心可靠性工程研究所武汉 430063【正文语种】中文【中图分类】U665.10 引言整流变换作为最常用的电能变换之一，已广泛应用于直流电机、电镀、新能源、航天等各个领域，而整流器件的强非线性给电网带来了大量的谐波污染[1-2],为此许多国家都相继制定了限制电力系统谐波的标准，如IEC555-2,IEEE519等[3].大功率整流工程实践中主要采用LC滤波、功率因数校正、PWM整流和多脉波整流等谐波控制方法，其中：尤以具有谐波抑制率高、低噪声、低电磁干扰(EMI)和射频干扰(RFI)、实现简单、可靠性高等特点的多脉波整流技术应用最为广泛.随着多脉波整流技术的发展，整流系统脉波数增多，电网总谐波畸变率(total harmonic distortion，THD)得以有效控制，但脉波数过多会使系统过于复杂，制造精度和对称性难以得到保证[4].24脉波整流系统在兼顾了设备复杂度和成本等因素的同时，具有良好的系统谐波抑制能力，而成为多脉波整流技术发展的主流[5].本文首先阐述了24脉波整流技术的原理及分类，从移相变压器的结构形式出发，分别介绍了基于隔离型、自耦型、直线式和圆形移相变压器24脉波整流系统的拓扑结构和变换原理，并对其结构和性能做了对比分析，最后对该领域进行了总结和展望.1 24脉波整流技术原理及分类24脉波整流器通常由移相变压器和多个整流桥构成，在一个三相电源系统中，输出直流电压在一个交流周期内有24个波头[6-7].其原理是通过移相变压器，实现交流线电压移相，多相输出到若干个三相整流桥，通过各整流桥的谐波叠加抵消，抑制输入电流中23次以下的谐波，从而减小交流输入系统中的谐波含量和直流输出电压中的波纹[8].24脉波整流器的类型很多，根据不同的特性可以作如下归类：根据内置移相变压器有无电隔离可以分为隔离型和非隔离型，根据整流器中电力电子器件是否可控可以分为可控型和不控型[9].移相变压器是其中的关键设备，原边绕组与副边绕组的联结方式有很多种，包括△/Y、延边三角形、曲折形、多边形等[10].其移相原理都是通过绕组的不同联结方式，改变原副边绕组电压的相位，图1和表1分别介绍了几种绕组的联结方式和相应的原副边匝数计算公式.限于篇幅，本文主要以延边三角形接法为例介绍相应的整流拓扑结构.图1 移相变压器的原副边绕组联结方式表1 移向变压器原副边匝数比关系及相角度[10]△/YN2=n·3·N1±30°3·sin α·N3=sin(30°-α)·N2N2+2·N3=2·n·cos α·N130°-30°<α<30°sin α·N2=sin(60°-α)·N3(n·N1)2+N22-N32=2·n·N1·N2·cos α60°-60°<α<60°sin α=k·sin(120°-α)·(n·N1)2+N22-(k·N2)2=2·cos α·n·N1·N2-60°<α<60°注：n-变压器的变压比;α-移相角;N1-原边匝数;N2、N3-副边匝数;“k”-多边形绕组上抽头两端绕组的匝数比.2 基于隔离变压器的24脉波整流技术概况2.1 24脉波隔离式不控型整流器24脉波不控型整流器目前已广泛应用于国内城市轨道交通牵引供电系统，这种整流装置可靠性更高，更加经济，缺点是电能只能单向流动且整流器体积庞大，图2为几种典型的不控型24脉波整流系统.图2a)整流机组主要由两台12脉波轴向双分裂式牵引整流变压器和四组全波整流桥组成，变压器原边采用延边三角形，副边绕组分别采用△，Y接法，输出4组线电压相位差15°，通过整流桥整流后实现了24脉波整流[11-13].该系统采用的轴向双分裂式结构的变压器，增大了其抗干扰能力，原边采用延边三角形移相，一次侧3次谐波电流不注入电网，二次侧形成多脉波输出，使直流波形更加平缓，谐波含量更低.图2b)4组整流桥为串联联结，该电路的副边相比图2a)的对称性更好，它们共同的缺点是变压器体积庞大且效率低[14].图2c)，变压器采用Y/Y/△联结，两个副边绕组的交流线电压相位相差30°，引入变抽头均衡电抗器后，产生不流经负载的附加环流以11、13次谐波为主要成分，与网侧11，13次谐波相位相反，从而相互抵消形成24脉波整流[15-17].该系统在设计变压器时，要求副边两绕组对称性好，必须注意铁芯结构及副边三角形绕组和星形绕组的匝数设计，变抽头均衡电抗器起电压均衡、电流平波等作用，合理的均衡电抗器设计能提高并联双桥的利用率，维持电流连续及减小直流脉动.图2d)经过整流桥和2抽头变换器形成24脉波整流，该整流变压器副边都采用延边三角形联结，从而对称性更好，更有利于谐波的抑制.图2 隔离式不控型24脉波整流系统2.2 24脉波隔离式可控型整流器24脉波隔离式可控型整流器主要应用于大功率场所，如高压直流输电 (high-voltage direct current，HVDC)、大型直流电机驱动、可再生能源转换系统等.图3a)移相变压器原边绕组为△，Y接法，副边绕组采用4组延边三角形接法，分别移相-22.5°，-7.5°，+7.5°，+22.5°[19].图3b)2抽头变换器采用晶闸管取代了二极管，通过晶闸管的闭环控制，使2个整流桥输出的电流平均值相等，从而避免了抽头变换器饱和，减小了抽头变换器的电感值[20].图3 隔离式可控型24脉波整流系统3 基于自耦变压器的24脉波整流技术概况隔离型的多脉波整流器实现了输入输出的隔离，结构比较简单，但是其输入的能量完全通过磁耦合到输出端，导致变压器等效容量大，造成整流器的体积庞大.在不要求电气隔离的情况下采用自耦变压器，通过变压器磁耦合的能量仅占输出功率能量的一小部分，从而减小变压器容量，减小整流器的体积与成本.图4a)为一种采用自耦变压器的24脉波整流系统[21]，其特点是采用的单台自耦变压器，输入端电流经过变压器移相后，形成四组三相电路线电压依次相差15°，四组整流桥电路分别通过平衡电抗器并联联结，输出24脉波直流.此电路中采用的自耦变压器的等效容量仅为输出功率的17.3%，整流器体积大大减小，在大功率整流场合下优势尤为显著.图4b)为三角形连接自耦变压器24脉波整流系统[22]，与图4a)不同的是，它由两台12脉波自耦变压整流器并联构成，通过相间变压器分别移相±7.5°，分别接入两台延边三角形变压器，输出4组相位依次相差15°，幅值相等的整流桥输入电压.此方案的自耦变压器等效容量为输出功率的17.04%，且其变压器结构对称，易于谐波抑制.图4 自耦变压器24脉波整流系统4 基于直线式移相变压器的24脉波整流系统孙盼等[23-24]设计了一种基于直线式移相变压器的多脉波整流器，提出了一种基于直线感应电机原理的直线式移相变压器拓扑.图5为3相/12相直线式移相变压器结构图.图中阴影部分构成了一次侧A相绕组，一次侧与二次侧铁心长度、宽度尺寸相同，分别采用短距绕组和整距绕组，各开有12个槽和12套绕组，其极对数为1.一次侧12个绕组采取60°相带分相，将对称的三相交流电通入一次侧三相绕组，在变压器气隙间将生成一个平移的正弦磁场，二次侧的 12 套绕组感应出相位依次相差30°的电动势，将产生的12相输出分成4组三相电源，并联后接入至整流桥向负载供电，输出的电压含有24个脉波，与传统的隔离式柱形24脉波整流系统相比，其谐波畸变率THD更低.图5 直线式移相变压器结构[25]5 基于圆形移相变压器的24脉波整流系统王铁军等[25]设计了应用于24脉波整流系统的圆形移相变压器，采用圆柱式铁芯结构，利用旋转磁场实现多组移相.图6为圆形移相变压器结构示意图，其机构与感应电机相似，变压器原边固定，放置一组星形连接的3相对称绕组，副边(即定子)放置4组星形连接的3相绕组，副边a1至a4相位依次相差15°，槽口位子见图6，各绕组的b，c相对应于a相上相移120°和240°.根据旋转磁场原理，通电后原边绕组在铁芯内产生旋转磁场，副边绕组将依次产生四组15°移相的三相感应电动势，将四组三相输出分别接入桥式整流电路，4组整流桥串联叠加后得到24脉波直流输出.图6 3相/12相圆形变压器结构[26]6 整流变压器的对比分析传统的柱形移相变压器为了保持输出三相的对称性并实现正确的移相，需要特殊设计绕组的匝数比、联结方式和串联次序等.变压器的结构随着脉波数的增多更复杂，体积更庞大，且不同的联结方式只能实现一种角度的移相.基于直线电机结构的直线式移相变压器，其绕组布设更为方便，除了可以用于整流外，还可以用于逆变电路，通过模块的叠加能应用于大功率整流场合.该变压器内部的铁芯存在纵向和横向两个边端，产生边端效应，会影响其效率和谐波分量[27].通过减小气隙宽度和增加边齿宽度削弱边端效应，使直线式移相变压器工作在最佳状态，其效率和电压调整率与柱形变压器相比稍低，但抑制谐波效果更好. 圆形移相变压器因其采用圆形电机式铁芯结构，原副边绕组均匀分布于铁芯内部，磁路更加紧凑和对称，移相更为准确.该变压器同侧匝数相同，原副边匝数比计算更为简单，电压调整率较大，适合于可控整流.在效率、功率因数等方面，其性能较柱形变压器略低，在电磁设计方面仍有进一步改善的空间.7 结论1) 移相变压器是24脉波整流系统的必需器件，采用自耦变压器大大减小了整流器的体积，提高了整流器的整体性能，但其非隔离因素和相对复杂的绕组结构使其成为大范围应用的一个瓶颈.2) 随着多脉波整流技术的发展，通过改进移相变压器的电磁结构，基于直线式移相变压器和圆形移相变压器等新型的整流装置，减少了设备元件数量，降低了设计和制造成本.3) 在24脉波整流电路理论设计的基础上，将其与直流侧有源谐波抑制方法相结合，可得到更好的波形.参考文献【相关文献】[1]陈坚.电力电子变换和控制技术[M].北京:高等教育出版社，2002.[2]黄俊，王兆安.电力电子变流技术[M].北京:机械工业出版社，1992.[3]孟凡刚，杨世彦，杨威.多脉波整流技术综述[J]．电力自动化设备，2012，32(2): 922-927．[4]周帅. 城市轨道交通多脉波整流技术研究[D].大连：大连交通大学,2011.[5]任志新.多脉冲自耦变压整流器(ATRU)的研究[D].南京：南京航空航天大学,2008.[6]马化盛,张波,易颂文,等.二十四脉波整流器四种结构形式的分析[J].华南理工大学学报(自然科学版),2003(4):61-65.[7]SINGH B, GAIROLA S, SINGH B N, et al. Multipulse AC-DC converters for improving power quality: a review[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2008, 23(1):260-281. [8]WEN J, QIN H, WANG S, et al. Basic connections and strategies of isolated phase-shifting transformers for multipulse rectifiers: a review[C].Symposium on Electromagnetic Compatibility, New York, 2012.[9]孟飞.城市轨道交通24脉波整流机组的研究[J].电气化铁道,2011,22(4):43-45.[10]李智威,邱瑞昌,李淑英,等.城市轨道交通24脉波整流机组的机理分析[J].电子设计工程,2014,22(11):57-60.[11]董海燕,田铭兴,杜斌祥,等.地铁24脉波整流机组的仿真及谐波电流分析[J].电源技术,2011,35(5):593-594，611.[12]DOMINGUES E G, OLIVEIRA J C, DELAIBA A C. Three-phase timing domain modelingof special transformers in the SABER simulator[J]. IEEE, Washongton D C,1998.[13]潘启军,马伟明,刘德志.变抽头六相整流系统均衡电抗器临界值的确定[J].电工技术学报,2004(5):10-14.[14]潘启军,刘德志.换相过程对变抽头六相整流电路的影响[J].海军工程大学学报,2003(5):26-32.[15]潘启军,刘德志.变抽头六相整流电路的分析[J].中国电机工程学报,2003(12):149-155.[16]CHOI S, BANG S L, ENJETI P N. New 24-pulse diode rectifier systems for utility interface of high-power AC motor drives[J]. 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Journal of Naval University of Engineering, 2016(2):457-463.[25]王铁军,方芳,姜晓弋,等.圆形变压器在24脉波整流系统中的应用[J].电工技术学报,2016,31(13):172-179.[26]方芳,王铁军,姜晓弋,等.新型二十四脉波整流器的谐波问题[J].海军工程大学学报,2016,28(1):7-10，47.[27]唐建湘,蒋新华,邓江明,等.一种改进状态滤波的单边直线感应电机穿越边端效应控制[J].中国电机工程学报,2015,35(23):6179-6187.。

城轨(地铁)24脉波牵引供电系统分析

王念同等阐述了不同多脉波牵引整流移相变压器的结构，三角函数法运算进行了角度计算并与用
实测量进行对比，果误差控制在允许范围结内．献［］２Ｊ文５对４相脉波的谐波情况进行了分
收稿日期：０００ —７２１ —４０作者简介－金钧（９０一）男，１７，副教授，硕士，主要从事电力系统及其自动化的研究
最早，国外的Ａ．ａｉＳｐｎ等人对移相变压器建模的研究；ｏＬｌｑｉ等人对于可控整流器在Ｂｉｅｖｓｊｔ地铁供电中的应用进行了模拟研究Ｊ在国内，．
１２４脉波牵引移相整流变压器结构
减少了注入电力系统的谐波，在理论和实际上并
关系为线索，画出向量图并展开定量的计算，终最
确定匝数比与移相角度关系．用傅里叶变换推采导出多脉波整流电路输出量的一般表达式，以阀
侧电压纹波系数作为谐波主要指标，各多脉波将
第３２卷
第３期
大连交通大学学报
ＩＯＮＧＵＮＶＥＩＹＩＲＳＴＪＯＵＲＮ０ＦＤＡＬＡＮＡＬＩＪＡＯＴ
Ｖｏ．Ｎｏ．１３２３
２１０１年６月
Ｊｎ２１ｕ．０１
文章编号：６３９９（０１０ —０６０１７ —５０２１）３０７．４
城轨（地铁）４脉波牵引供电系统分析２

地铁牵引供电系统仿真与分析

地铁牵引供电系统仿真与分析摘要基于城市化建设的发展，城市轨道交通逐渐成为城市交通当中重要的组成部分。

本文主要对某市地铁牵引供电系统接入公共电网进行仿真建模，分别从地铁牵引供电系统的仿真模型的建立以及系统仿真分析两方面入手对二十四脉波整流设备所产生的谐波进行分析研究，为地铁牵引供电系统的研究提供理论支持。

关键词地铁；牵引供电系统；仿真模型1 二十四脉波整流整流装置是地铁牵引供电系统当中的重要设备，主要功能是实现交流电与直流电的转换。

地铁牵引供电系统的整流装置主要包括十二脉波和二十四脉波两种，其中二十四脉波能够有效降低地铁牵引供电系统的谐波，是未来地铁牵引系统中主要的研究方向[1]。

2 仿真模型的建立2.1 地铁机车模型本研究采用的是SVPWM空间矢量控制法进行模型研究，并且采用MATLAB/SIMULINK软件将地铁列车建立起仿真模型，从而实现地铁列车的仿真模拟运行，选用的地铁列车为交流传动式地铁列车，其具体模型示意图如图1所示。

2.2 二十四脉波整流设备模型对于某地铁线路中的二十四脉波整流设备的仿真模型设计主要依据的是该列车的整流设备的基本参数信息以及整流变压器的电气参数信息。

列车整流设备的基本参数为网侧额定电压35/kV阀侧额定电压为1180/V，容量为3360（kV·A），一次侧短路容量为100/（MV·A），穿越阻抗百分比为8%，半穿越阻抗百分比为6.5%；列车的整流变压器的型号分别为2XDSPS 1/4和2XDSPS1/6，其中2XDSPS 1/4的原边额定电压为33±2X2.5% kV，次边额定电压为1180 V，空载损耗为7.9 kW，负载损耗为13 kW，空载电流为2.2%，额定容量为2500 kV·A，冲击以及工频电压为170/30 kV；其中2XDSPS1/6的原边额定电压为33±2X2.5% kV，次边额定电压为1180 V，空载损耗为11.2 kW，负载损耗为19 kW，空载电流为1.26%，额定容量为4000 kV·A，冲击以及工频电压为170/30 kV。

地铁二十四脉波整流装置的保护技术研究

地铁二十四脉波整流装置的保护技术研究陶良慧;赵芳;杨会敏【摘要】介绍了地铁牵引供电系统中二十四脉波整流装置的基本原理,对地铁二十四脉波整流装置交流侧和直流侧的过电压、过电流、温度等各种保护技术展开分析研究,通过采取各种保护措施以提高整流装置运行的可靠性,保障直流牵引供电系统的稳定性.【期刊名称】《技术与市场》【年(卷),期】2016(023)006【总页数】2页(P95-96)【关键词】二十四脉波;整流;过电压;过电流【作者】陶良慧;赵芳;杨会敏【作者单位】中车永济电机有限公司技术中心,陕西西安710016;中车永济电机有限公司技术中心,陕西西安710016;中车永济电机有限公司技术中心,陕西西安710016【正文语种】中文在我国城市轻轨、地铁牵引系统中，直流牵引标称电压为750 V或1 500 V,牵引整流机组一般采用十二脉波或等效二十四脉波整流结线方式[1]。

由于二十四脉波整流技术能更好地抑制谐波，目前在国内地铁整流机组中应用越来越多。

因此，对地铁二十四脉波整流装置的保护研究是十分必要的。

在城轨和地铁的牵引变电所内通过整流变压器将电网电压AC35 kV降到AC1 180V，经整流装置整流后转换成DC750 V/DC1 500 V向接触网或第三轨供电。

在每座牵引变电所内，整流变压器、整流装置及他们之间的连接作为一个单元，称为整流机组。

2个三相六脉波整流桥并联组成十二脉波整流电路，如图1 所示。

二十四脉波整流电路由2组十二脉波整流电路构成，十二脉波整流由2个三相六脉波整流桥并联组成。

其中一个三相整流桥接整流变压器的二次侧星形绕组；另一个三相整流桥接整流变压器的二次侧三角形绕组。

由于整流变压器二次侧星形绕组和三角形绕组相对应的线电压相位错开π/6，所以2个三相六脉波整流桥并联能组成十二脉波整流电路。

当供给2台十二脉波整流装置的整流变压器高压网侧并联的绕组分别采用±7.5°外延三角形联接时，两套整流机组并联运行构成等效二十四脉波整流。

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应用于轨道交通中24脉波自耦变压整流器的仿真研究王恒;崔雪;冯云斌;曹玉胜【摘要】整流器在轨道交通中应用非常普遍,但是整流器件的强非线性会使其对电网注入大量谐波.为了减少谐波电流对电力系统产生的影响,提出一种新型24脉波整流方式来抑制谐波.分析了多脉波整流技术的谐波抑制原理、自耦变压器的结构和等效容量,网侧输入电流几个方面的内容.得出自耦变压器网侧输入电流具有良好的波形质量,其等效容量远小于输出功率的特点.最后利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC搭建了该24脉波整流电路在轨道交通中的仿真模型.仿真结果验证了该模型应用于轨道交通中的适用性.%The rectifier is widely used in rail transit, but the strongly nonlinear of the rectifier device makes it become one of the main harmonic source of power grid.In order to reduce the interference of harmonic current in power system, we put forward a new kind of 24-pulse commutation method to suppress harmonic wave.We analyze four aspects of this method, such as the principle of multi-pulse rectifier harmonic suppression technology, the structure and equivalent capacity of auto-transformer and network side input current.We draw a conclusion that the input current of auto-transformer has good waveform and the advantage of that its equivalent capacity is far less than the output power.Finally, we build a 24-pulse rectifier circuit simulation model of rail transit through using thesimulation software PSCAD/EMTDC of electromagnetic transient.The simulation results verify the validity of the model used in rail transit.【期刊名称】《电测与仪表》【年(卷),期】2017(054)007【总页数】7页(P1-6,15)【关键词】自耦变压器;24脉波整流技术;PSCAD/EMTDC;谐波抑制;轨道交通;仿真【作者】王恒;崔雪;冯云斌;曹玉胜【作者单位】武汉大学电气工程学院,武汉430072;武汉大学电气工程学院,武汉430072;武汉大学电气工程学院,武汉430072;武汉大学电气工程学院,武汉430072【正文语种】中文【中图分类】TM4610 引言随着电力电子装置的大规模应用，电力系统的谐波问题日益严重，对公共电网及用电设备带来了诸多危害，谐波污染已成为阻碍电力电子技术发展的障碍之一。

多脉波整流技术在大功率整流系统中经常作为抑制谐波的方法［1-2］，其具有谐波抑制率高，电磁兼容性好及可靠性高等优点而受到广泛关注。

在多脉波整流技术中自耦移相变压器因其移相方式，具有较小的等效容量等优点而受到越来越多的关注。

轨道交通中普遍应用24脉波整流技术，其整流电路一般由2台12脉波的轴向双分裂式牵引整流变压器并联组成，因是隔离式整流变压器，其等效容量较大。

本文设计的采用自耦移相变压器的24脉波整流器，原边采用三角形联结，可以为3倍频谐波提供回路。

为了减小等效容量同时简化变压器结构，本文针对副边，采用一种最优的联结形式和原副边匝数比。

较采用传统移相变压器的多脉波整流器具有对称性好，等效容量小，体积小，重量轻，投资成本低等优点［3］。

同样，供电系统电压可经过相间变压器，自耦变压整流器输出DC 1 500 V的24脉波电压，满足轨道交通的电压以及频率要求。

与风电等领域的整流方式比较，其控制方式更加简单可靠，适合于后级接电动机等不需要输出电压可调的场合。

最后基于PSCAD/EMTDC尝试搭建了应用于轨道交通的24脉波自耦变压整流器的模型。

并仿真分析验证了该整流器模型可以适用于轨道交通中。

1 24脉波自耦变压整流器1.1 24脉波自耦变压整流器的拓扑结构使用自耦变压器的24脉波整流电路的拓扑结构如图1所示。

它是由两个12脉波自耦变压整流器并联构成。

输出电压为24脉波的关键是得到四组相位依次相差15°，幅值相等的整流桥输入端相电压。

电压向量图如图2所示［2-4］。

其中是一组相位相差15°的桥式整流电路输入端a相电压。

图1 三角形连接自耦变压器的24脉波整流系统Fig.1 24-pulse commutation system of triangle connection auto-transformer图2 整流桥输入电压相量图Fig.2 Vector diagram of rectifier bridge input voltage1.2 多脉波整流技术谐波抑制原理根据移相变压器的不同类型，多脉波整流器分为隔离式和非隔离式。

以本文所用优化12脉波自耦变压整流器为例具体说明多脉波整流技术的谐波抑制原理。

对现有的自耦变压器进行优化，本文设计原边采用三角形联结，副边位置系数为0，原副边匝数比为6.465 3的自耦变压器联接图如图3所示，其输出相电压的相量图如图4所示［5-8］。

可以看出，此时每个芯柱只有3个绕组，结构最为简单，经过后面的等效容量分析可知，其等效容量大约为输出功率的17.04%。

与轨道交通中所用整流变压器相比，结构优化，等效容量大大减小了。

并且自耦变压器结构对称，减小了变压器不对称产生的谐波，易于谐波抑制。

假如整流电路的负载为一很大电感，整流电路输出电流连续，则某一个三相整流桥的输入相电流为正负各120°的方波电流。

经过傅里叶变换，此时自耦变输入电流为：输入电流中n次谐波的幅值为：将 n＝5、7、17、19代入可知 A5、A7、A17、A19都为0。

所以网侧输入电流ia不再含有第5、7、17、19次谐波，此时，谐波为（12k±1）次。

所以当采用多脉波整流技术时，某个整流桥产生的谐波可以被其他整流桥产生的谐波所抵消，从而起到抑制谐波的作用［9-10］。

同样，延边三角形变压器的原边结成三角形，二次侧结成延边三角形的形式。

此时，三角形绕组电压与延伸绕组电压的矢量和才是输出电压，延边三角形绕组联接图及输出电压相量图如图5所示。

可知，延边三角形变压器同样可以实现整流桥输入电流的30°相位差。

所以两种移相变压器的移相原理基本一样，其谐波抑制效果也基本一样。

图3 自耦变压器联接图Fig.3 Connection diagram of auto-transformer图4 12脉波自耦变压器相量图Fig.4 Vector diagram of 12 pulse auto-transformer图5 延边三角形绕组联接图和电压相量图Fig.5 Vector diagram of Yanbian delta winding connection and voltage phasor1.3 相间变压器分析相间变压器分别移相±7.5°，其滞后7.5°的联接图如图6所示。

图6 相间变压器联接图Fig.6 Connection diagram of inter-phase transformer 可知变压器移相的角度和输出电压的大小完全由3次侧绕组匝数和2次侧绕组匝数决定，这里取匝数比 N3/N2＝6.078。

1.4 24脉波自耦变压整流器的网侧输入电流和等效容量的分析计算1.4.1 24脉波自耦变压整流器网侧输入电流分析24脉波整流电路是由两个12脉波整流电路并联实现的。

由移相原理可知，另一个自耦变压器的网侧输入电流为：则网侧总的输入电流为：此时，网侧输入电流只含有（24k±1）次的谐波。

1.4.2 24脉波自耦变压整流器等效容量计算磁性元器件的体积、重量主要由等效容量决定，等效容量大，则对应的体积、重量就会越大［11-13］。

首先分析12脉波自耦变压整流器的情况。

计算得整流变压器的等效容量为：该12脉波自耦变压整流器的等效容量仅为输出功率的17.04%，与传统的隔离12脉波整流器相比，等效容量减少了约83%。

所以本文提出的24脉波整流方案中自耦变压器的等效容量也比传统整流变压器减少83%。

从理论分析可知：24脉波整流电路比以往的12脉波、18脉波整流电路输入电流具有更准确的波形和更好的波形质量。

说明在抑制网侧电流谐波的问题上，24脉波整流器做的更好。

2 24脉波整流电路PSCAD建模与仿真PSCAD/EMTDC只有最基本的变压器模型，因此要自己设计搭建这种自耦变压器的仿真模型。

2.1 自耦变压器的模型搭建在这里搭建采用12脉波整流器并联平衡电抗器而三相整流不带平衡电抗器结构的24脉波整流器模型。

在PSCAD中按图1搭建仿真模型。

根据自耦变压器的联接图设计的自耦变压器的仿真结构如图7所示。

图7 自耦变压器仿真结构Fig.7 Simulation structure of the auto-transformer 2.2 仿真结果分析两条相间变压器支路电压实现电压相差15°的仿真结果如图8所示。

网侧单相输入电压va的总谐波含有率如图9所示。

24脉波自耦变压整流器输出的直流电压波形如图10所示。

图8 相间变压器支路电压实现移相15°的仿真结果Fig.8 Simulation results of inter-phase transformer branch voltage to achieve15°phase shift图9 网侧电压va的总谐波含有率Fig.9 Total harmonic content of the network-side voltage va图10 整流输出直流电压波形Fig.10 Waveform of output DC voltage in rectifier由图9可知，网侧电压总的谐波含有率为0.156%，远小于国家标准规定。