交直电力机车主电路.pptx

第四章第四章 交直电力机车主电路交直电力机车主电路 4.1 4.1 概述概述 4.2 4.2 理想整流电路理想整流电路 4.3 4.3 非理想整流电路非理想整流电路 4.4 4.4 主电路保护主电路保护 4.5 4.5 典型机车主电路典型机车主电路 4.1 4.1 概述概述概述概述 组成组成：牵引变压器、牵引电动机及其相关电气设备。：牵引变压器、牵引电动机及其相关电气设备。特点特点：高电压、大电流、控制复杂、工作条件差等。：高电压、大电流、控制复杂、工作条件差等。作用作用：传递功率，实现电能向动能的转换。：传递功率，实现电能向动能的转换。一、对主电路的基本要求一、对主电路的基本要求 满足起动、调速、制动要求，保证牵引电机转矩、转速独满足起动、调速、制动要求，保证牵引电机转矩、转速独立可调，且范围宽。（如：升弓带电下立可调，且范围宽。（如：升弓带电下)二、主电路的结构特点二、主电路的结构特点1、变流调压方式、变流调压方式 变压器变压器高压侧自耦调压高压侧自耦调压，再整流，如早期，再整流，如早期6Y2、SS2机车。机车。变压器变压器次边分段调压次边分段调压，再整流，如，再整流，如SS1机车（有级）。机车（有级）。4.1 4.1 概述概述概述概述 变流器调压变流器调压，如，如SSSS3 3SSSS9 9机车（无级调压）。相控调压有全控、机车（无级调压）。相控调压有全控、半控调压。半控调压。无再生制动用半控无再生制动用半控，因可，因可改善功率系数改善功率系数。2 2、供电方式、供电方式（1 1）集中供电方式）集中供电方式 一组调压整流（半波或全波）一组调压整流（半波或全波）给给所有牵引电机供电所有牵引电机供电。电路电路配线、布置配线、布置简单简单；整流容量；整流容量大，电机可全并联，大，电机可全并联，防空转防空转性能好；性能好；整流整流并联元件多，故障并联元件多，故障短路时分流短路时分流图图4-1 4-1 集中供电电路集中供电电路 好好，对元件短路保护低些。，对元件短路保护低些。电机特性差异电机特性差异负载分配不均负载分配不均；被拖动被拖动与原方向与原方向相反运动相反运动，电机电机因剩磁发电因剩磁发电，高者通过其他电机形成自励回路，造成并联，高者通过其他电机形成自励回路，造成并联自自励发电短路励发电短路（加设线路接触器）（加设线路接触器）；一一台电机台电机环火环火，可引起，可引起另一台另一台电电机机环火环火。中抽半波整流，一组故障时电压减半，功率也减半。中抽半波整流，一组故障时电压减半，功率也减半。优点优点：缺点缺点：4.1 4.1 概述概述概述概述（2 2）半集中供电方式）半集中供电方式 两组两组调压调压整流整流装置，装置，每组给一半每组给一半的电机供电的电机供电。优点优点：整流器容量小些。：整流器容量小些。缺点缺点：一组故障时，功率降低一半。：一组故障时，功率降低一半。注意注意：C C0 0-C-C0 0、B B0 0-B-B0 0轴式机车，半集中轴式机车，半集中供电也叫供电也叫转向架独立供电转向架独立供电。图图4-2 4-2 半集中供电电路半集中供电电路(a)(b)(a)(b)图图4-3 4-3 独立供电电路独立供电电路（3 3）独立供电方式）独立供电方式 一整流器一整流器对对一电机一电机独立独立供电供电。图（图（a a）变压器二次共用绕组变压器二次共用绕组中抽供电，绕组结构简单，但中抽供电，绕组结构简单，但整流易出现各支路逐个换向整流易出现各支路逐个换向各输出平均电压不相等，加大了电机特性差异的后果。各输出平均电压不相等，加大了电机特性差异的后果。4.1 4.1 概述概述概述概述 图（图（b b）变压器二次独立绕组供电，能克服（变压器二次独立绕组供电，能克服（a a）的缺点，二次）的缺点，二次电流减小，但绕组增多，结构复杂及绕组间绝缘问题。电流减小，但绕组增多，结构复杂及绕组间绝缘问题。注意注意：现代：现代交交-直直电力机车用电力机车用半集中供电（交半集中供电（交-直直-交亦如此）交亦如此）。3 3、调速与磁场削弱方式、调速与磁场削弱方式调速调速：起动起动及及低速低速时时调电机端压调电机端压、高速高速时用时用削磁削磁来调速。来调速。削磁方式削磁方式：电阻电阻分流（三级）、分流（三级）、可控硅可控硅分流（无级）。分流（无级）。4 4、电制动方式、电制动方式 电阻制动、再生制动。（见前述）电阻制动、再生制动。（见前述）5 5、牵引电动机型式及联结方式、牵引电动机型式及联结方式 型式：型式：串励串励（常用）、（常用）、复励复励（6K6K、SSSS7 7）。）。4.1 4.1 概述概述概述概述 联结方式：牵引电机并联，更好利用粘着力。联结方式：牵引电机并联，更好利用粘着力。6 6、检测及保护方式、检测及保护方式（1 1）检测）检测交流侧交流侧：交流电压、电流：交流电压、电流互感器互感器，测网压、变压器一次电流。，测网压、变压器一次电流。直流侧直流侧：直流电压、电流：直流电压、电流互感器互感器或或传感器传感器，检测牵引电机端压、，检测牵引电机端压、电枢电流、励磁电流（电气制动状态）。电枢电流、励磁电流（电气制动状态）。（2 2）保护）保护种类种类：过流过流（含短路和过载）（含短路和过载）、接地接地、过压过压、欠压欠压及其它保护。及其它保护。方式方式：切断切断机车机车总电源总电源、切断、切断故障电路电源故障电路电源等，或仅等，或仅给司机信号给司机信号引起注意。引起注意。4.1 4.1 概述概述概述概述三、电力机车的功率系数三、电力机车的功率系数 “交交-直直”环节，使电力机车具有功率系数的特殊性。环节，使电力机车具有功率系数的特殊性。1 1、功率因数与功率系数、功率因数与功率系数 交流交流电路电路（U U、I I正弦正弦），），有功有功P P与视在与视在S S之比，叫之比，叫功率因数功率因数。“交交-直直”机车机车，电压正弦电压正弦，电流畸变电流畸变（理想情况下为矩形波）（理想情况下为矩形波）。牵引变压器原边有功。牵引变压器原边有功P P与视在与视在S S之比叫之比叫功率系数功率系数，用，用来表来表示。示。2 2、功率系数的物理意义、功率系数的物理意义（1 1）定义）定义 （4-14-1）电压正弦，电流电压正弦，电流非正弦非正弦基波基波、谐波谐波，其与电压，其与电压同频同频基波基波产生有功产生有功功率、功率、不同频不同频谐波只谐波只产生无功产生无功功率。因此功率。因此 4.1 4.1 概述概述概述概述 (4-2)(4-2)式中，式中，U U为正弦有效值，为正弦有效值，I I为电流总有效值，为电流总有效值，I I(1)(1)为基波电流有效为基波电流有效值值,为基波电流的相位系数，为基波电流的相位系数，为基波电流的有功分为基波电流的有功分量。量。引入引入电流波形畸变系数电流波形畸变系数（亦即电流基波系数）（亦即电流基波系数）=I=I(1)(1)/I/I，则，则有有 （4-34-3）可见：可见：畸变畸变，=1=1无畸变，有无畸变，有 。通常情况，。通常情况，。（2 2）浅析）浅析 1 1：一是基波电流与电压不同相，：一是基波电流与电压不同相，1 1；二是电流畸变；二是电流畸变有谐波，有谐波，1 1。提高提高，一是使，一是使I I(1)(1)与与U U同相同相，二是使，二是使电流接近正弦电流接近正弦。4.2 4.2 理想整流电路理想整流电路理想整流电路理想整流电路 理想情况理想情况：硅元件正向管压降为零；直流侧：硅元件正向管压降为零；直流侧L Ld d=；变压；变压器绕组漏抗、电阻忽略不计；变压器次边电压正弦。器绕组漏抗、电阻忽略不计；变压器次边电压正弦。一、不可控整流电路一、不可控整流电路 二极管整流二极管整流，有级调速有级调速，如，如SSSS1 1机车机车。（一）中抽式整流电路（一）中抽式整流电路 图图4-14-1原理电路。原理电路。集中供电集中供电，每三，每三台电机并联串台电机并联串PKPK后再并联；后再并联；M M1 1M M6 6均均串励串励；变压器副边；变压器副边aoao、bobo两段，其电两段，其电压大小相等而相位相反。压大小相等而相位相反。理想理想情况情况:变压器变压器u u2 2正弦正弦、i i2 2直流直流，u u1 1正弦正弦、i iT T方波方波；D D1 1换流到换流到D D2 2瞬间（瞬间（0 0、）完成，即瞬间）完成，即瞬间自然换相自然换相。图图4-1 4-1 中抽式整流电路中抽式整流电路 4.2 4.2 理想整流电路理想整流电路理想整流电路理想整流电路1 1、整流电压与电流、整流电压与电流分析有：分析有：整流电压整流电压 （4-44-4）式中，式中，U Ud d为平均电压，为平均电压，U Ud0d0为理想空载电压为理想空载电压。整流整流平均平均电流电流 （4-54-5）式中，式中，R R为直流电路的总电阻为直流电路的总电阻（6 6台电机并联的总电阻）台电机并联的总电阻）。牵引变压器牵引变压器：副边副边：电压每段正弦有效值：电压每段正弦有效值 （4-64-6）电流每段矩形波有效值电流每段矩形波有效值 （4-74-7）原边原边：电压正弦：电压正弦 电流方波有效值电流方波有效值 （K KT T变压器变比）变压器变比）（4-4-8 8）图图4-5 4-5 整流电路波形整流电路波形 4.2 4.2 理想整流电路理想整流电路理想整流电路理想整流电路2 2、整流元件的电压电流参数、整流元件的电压电流参数（1 1）硅元件电流）硅元件电流 整流器电流有效值整流器电流有效值I=0.707II=0.707Id d=0.707=0.707（6I6IM M）=4.242I=4.242IM M。（2 2）硅元件电压）硅元件电压 中抽整流，中抽整流，D D1 1导通时，导通时，D D2 2反向电压为变压器副边两段绕组反向电压为变压器副边两段绕组电压之和，则整流元件反向峰值电压为电压之和，则整流元件反向峰值电压为（代入（代入U U2 2）(4-9)(4-9)可见可见：由电机电压（即：由电机电压（即U Ud d)、电流选择整流元件参数。、电流选择整流元件参数。3 3、牵引变压器的计算容量、牵引变压器的计算容量 副边两段，计算容量副边两段，计算容量 （4-4-1010）4.2 4.2 理想整流电路理想整流电路理想整流电路理想整流电路 原边计算容量原边计算容量 （4-11）铭牌容量铭牌容量（标志变压器重量和尺寸的大小）（标志变压器重量和尺寸的大小）计算计算 （4-12）整流功率整流功率Pd=UdId（6台电机台电机Pd=6UMIM）。）。4、机车功率系数、机车功率系数 变压器原边正弦电压与方波电流同相位，据电流付氏级数可变压器原边正弦电压与方波电流同相位，据电流付氏级数可得得 （4-13）注意注意：当忽略电路电阻和变压器铜、铁耗时，：当忽略电路电阻和变压器铜、铁耗时，可表示为整流功可表示为整流功率与变压器副边视在功率的比率与变压器副边视在功率的比 （4-14）4.2 4.2 理想整流电路理想整流电路理想整流电路理想整流电路可见可见：不可控中抽整流不可控中抽整流电力机车，电力机车，功率系数较高功率系数较高；且在调压过程；且在调压过程中相位不变、中相位不变、电流畸变不变电流畸变不变、功率系数不变功率系数不变。（注注：对对桥式整流桥式整流，除整流管受反压比中抽式小一半、变压器原副边及铭牌，除整流管受反压比中抽式小一半、变压器原副边及铭牌容量都相等外，容量都相等外，iT、u1波形和波形和、都相同都相同）（二）整流的脉动与平波电抗器（二）整流的脉动与平波电抗器 实际中（实际中（Ld），），电压脉动电压脉动，电流亦有脉动电流亦有脉动，影响直流，影响直流电机的安全换相。电机的安全换相。1、整流电压、电流的脉动、整流电压、电流的脉动（1）电压脉动系数）电压脉动系数 脉动电压脉动电压付氏级数分解付氏级数分解，仅考虑直流和最大幅值谐波分，仅考虑直流和最大幅值谐波分量，则有量，则有4.2 4.2 理想整流电路理想整流电路理想整流电路理想整流电路 （4-154-15）电压脉动系数电压脉动系数（脉动程度）：（脉动程度）：交流分量交流分量的脉动的脉动幅值幅值与与直流分量直流分量之之比比 (4-16)注意注意：考虑其它谐波时，脉动系数：考虑其它谐波时，脉动系数Ku还会增大。还会增大。（2）电流脉动系数）电流脉动系数 电流脉动与电流脉动与整流电路整流电路负载性质有关负载性质有关：纯阻负载纯阻负载：电流脉动与整流电压的脉动相同，：电流脉动与整流电压的脉动相同，Ki与与Ku相同相同。感性负载感性负载：电流：电流脉动减小脉动减小，若，若Ld=则为则为直流直流，Ki为零为零。注意注意：电力机车负载为牵引：电力机车负载为牵引电动机电动机，属，属反电势性质负载反电势性质负载。为。为安全安全换相换相，结构上特殊设计，结构上特殊设计，电路串平波电抗器电路串平波电抗器（Ld足够大）。足够大）。4.2 4.2 理想整流电路理想整流电路理想整流电路理想整流电路2 2、平波电抗器的作用、平波电抗器的作用 L Ld d产生自感电势阻止电流变化，产生自感电势阻止电流变化，电流脉动电流脉动;L Ld d足够大足够大，可可敷平敷平电流。电流。二、可控整流电路二、可控整流电路（一）全控整流电路（一）全控整流电路 全桥可控硅整流。全桥可控硅整流。改变可控硅改变可控硅改变整流电压改变整流电压u ud d波形波形改变改变U Ud d。注意注意：在在ntn+ntn+期间，因期间，因L Ld d=出现出现负的整流电压负的整流电压，且且I Id d为常数；为常数；在在t=n+t=n+瞬间换向瞬间换向，可控硅电流、变压器原边，可控硅电流、变压器原边电流电流i i都滞后都滞后角角。图图4-6 4-6 全控整流电路全控整流电路 4.2 4.2 理想整流电路理想整流电路理想整流电路理想整流电路1 1、整流电压、整流电压 依电力电子学有依电力电子学有 （4-174-17）可见可见：当当=0=0，同不可控整流同不可控整流，当当=90=90时，有时，有U Ud d=0=0（整流电压波形正负面积相等）（整流电压波形正负面积相等）。当当9090时，时，coscos为负，有为负，有U Ud d为负为负，整流电路逆变状态。，整流电路逆变状态。另：可控硅元件承受反向电压峰值为另：可控硅元件承受反向电压峰值为 （4-184-18）图图4-7 4-7 全控桥整流波形全控桥整流波形 4.2 4.2 理想整流电路理想整流电路理想整流电路理想整流电路2 2、变压器电流、变压器电流 L Ld d=，I Id d直流直流，变压器，变压器原原、副边电流副边电流均为均为方波方波，其副边，其副边I I2 2=I=Id d、原边、原边I I1 1=I=IT T=I=Id d/K/KT T。3 3、机车功率系数、机车功率系数 因因i iT T基波基波i i(1)(1)与电压与电压u u1 1相位差相位差角，即角，即 =。（4-194-19）将式（将式（4-174-17）代入式（）代入式（4-194-19）得）得 （4-204-20）可见可见：全桥整流的全桥整流的与与U Ud d成正比成正比。当当=0=0（全导通），（全导通），U Ud d=U=Ud0d0最大，最大，=0.9=0.9最高最高。随随UdUd；当；当=9090Ud=0Ud=0=0=0。则调压。则调压时，须考虑时，须考虑降低问题。降低问题。4.2 4.2 理想整流电路理想整流电路理想整流电路理想整流电路 据（据（4-194-19）、（）、（4-204-20），不同），不同对应有对应有U Ud d/U/Ud0d0、值，可值，可绘制出绘制出=f(U=f(Ud d/U/Ud0d0)特性曲线特性曲线，见后图，见后图4-144-14中中曲线曲线2 2所示。所示。（注意注意：可控整流，因变压器原边：可控整流，因变压器原边i i(1)(1)与电压与电压u u1 1不同相，电源视在功率不同相，电源视在功率S S中有中有P P和和Q Q，还有畸变功率。，还有畸变功率。Q Q和和畸变功率畸变功率不提供有效功率，其无功电流、高次不提供有效功率，其无功电流、高次谐波电流还产生损耗和压降谐波电流还产生损耗和压降，影响影响变压器、接触网和变电所变压器、接触网和变电所设备容量设备容量，并，并使损耗增大，机车的输出力降低，且高次使损耗增大，机车的输出力降低，且高次谐波干扰通讯谐波干扰通讯。因此，提高。因此，提高是是一项重要任务，也是选择整流电路调压方式的重要指标。）一项重要任务，也是选择整流电路调压方式的重要指标。）（二）半控桥式整流电路（二）半控桥式整流电路共阴电路共阴电路：全控桥的：全控桥的T T3 3、T T4 4为二极管。由导通的可控硅与其串的为二极管。由导通的可控硅与其串的二极管续流二极管续流(缺点：半周无触发，则为半波整流）缺点：半周无触发，则为半波整流）。不共阴电路不共阴电路：全控桥的：全控桥的T T2 2、T T3 3为二极管。无前者缺点，为二极管。无前者缺点，电力机车电力机车广泛采用广泛采用。4.2 4.2 理想整流电路理想整流电路理想整流电路理想整流电路 不共阴半控桥电路如图不共阴半控桥电路如图4-8所示。所示。1、整流电压、整流电压 由波形图得由波形图得 （4-21）可见可见：当当=0时，时，同不可控整流同不可控整流电压，电压，即即 当当=90时，时，Ud=0.5Ud0=0.45U2；而当；而当=时，时，Ud=0。与全控桥比与全控桥比：Ud同样在最大与零间同样在最大与零间平滑调平滑调节节，但但控制角控制角大一倍大一倍（0180）。）。整流元件反压同全控桥。整流元件反压同全控桥。（注：整流波形图中没有负的阴影面积）（注：整流波形图中没有负的阴影面积）图图4-8 不共阴半控桥整流电路不共阴半控桥整流电路 图图4-9 不共阴半控桥整流波形不共阴半控桥整流波形 4.2 4.2 理想整流电路理想整流电路理想整流电路理想整流电路2 2、变压器电流、变压器电流 L Ld d=，I Id d直流直流。变压器变压器绕组在绕组在内无电流内无电流，是断续矩形波。，是断续矩形波。i i2 2的大小的大小为为I Id d、i iT T的大小为的大小为I Id d/K/KT T，i iT T的有效值为的有效值为 （4-224-22）4 4、机车功率系数、机车功率系数变压器原边视在功率变压器原边视在功率 （4-234-23）变压器原边有功功率变压器原边有功功率（不计变压器、整流器的损耗）（不计变压器、整流器的损耗）（4-244-24）机车的功率系数机车的功率系数 （4-254-25）据（据（4-214-21）、（）、（4-254-25），不同），不同对应有对应有U Ud d/U/Ud0d0、值，可值，可绘制绘制=f(U=f(Ud d/U/Ud0d0)曲线，见后图曲线，见后图4-144-14曲线曲线3 3。4.2 4.2 理想整流电路理想整流电路理想整流电路理想整流电路比较曲线比较曲线2 2、3 3可见可见：半控桥改善了半控桥改善了，它，它高于全桥高于全桥，但它，但它低于不可控低于不可控。UUd dUUd d/U/Ud0d0,其其；反之则相反。；反之则相反。U Ud d/U/Ud0d01 1时，半控桥的时，半控桥的i iT T比不可控桥比不可控桥更接近正弦更接近正弦，其，其0.90.9。另：由波形图知，半控桥变压器原边电流基波量另：由波形图知，半控桥变压器原边电流基波量I I(1)(1)与横与横轴交于轴交于(/2/2)处，故相位移系数处，故相位移系数 。（三）多段桥顺序控制（三）多段桥顺序控制 可控整流在可控整流在低压区低压区，、高次、高次谐波谐波电流较电流较大大，电网污染，电网污染大。大。多段桥多段桥可可改善改善。4.2 4.2 理想整流电路理想整流电路理想整流电路理想整流电路1 1、两段半控桥式整流电路、两段半控桥式整流电路（1 1）整流电压）整流电压 变压器副边两段，分别给半控桥变压器副边两段，分别给半控桥RMRM1 1、RMRM2 2供电，供电，两桥串两桥串后向电机供电。其中，二后向电机供电。其中，二极管极管D D1 1D D4 4提供直流提供直流续流续流通路。通路。低压段低压段，RMRM1 1逐渐开放逐渐开放，RMRM2 2关断关断，由，由D D3 3、D D4 4联通电路，同前述半控桥联通电路，同前述半控桥 （4-264-26）可见可见，1 1=，U Ud d=0=0；1 1=0=0，U Ud d=0.5U=0.5Ud0d0。即。即低压低压段，段，1 1由由0 0，U Ud d从从0 00.5U0.5Ud0d0。高压段高压段，RMRM1 1全开放全开放，RMRM2 2逐渐开放逐渐开放，（即，（即叠加）有叠加）有 图图4-10 4-10 两段半控桥电路两段半控桥电路 图图4-11 4-11 两段半控桥波形两段半控桥波形 4.2 4.2 理想整流电路理想整流电路理想整流电路理想整流电路 （4-274-27）可见可见，2 2=，U Ud d=0.5U=0.5Ud0d0；2 2=0=0，U Ud d=U=Ud0d0。即。即高压高压段，段，2 2由由0 0，U Ud d从从0.5U0.5Ud0d0U Ud0d0。（2 2）功率系数）功率系数 由由i iT T波形得有效值波形得有效值I IT T，再得出变压器视在功率，再得出变压器视在功率S S、有功功率、有功功率P P，最后得功率系数，最后得功率系数（见讲义）（见讲义）（4-284-28）据（据（4-274-27）、（）、（4-284-28），不同），不同2 2有有U Ud d/U/Ud0d0、值，得值，得=f(U=f(Ud d/U/Ud0d0)特性曲线，见后图特性曲线，见后图4-144-14曲线曲线4 4所示。所示。比较曲线比较曲线3 3、4 4可见，可见，两段比一段的两段比一段的高得多高得多，但总体比较低，但总体比较低，特别在特别在U Ud d/U/Ud0d0=0.557=0.557附近附近下降较多。另，下降较多。另，电流波形畸变电流波形畸变也有所也有所改善改善。（6G6G、SSSS6 6机车采用机车采用。另：。另：SSSS5 5是全控桥与半空桥串联是全控桥与半空桥串联）4.2 4.2 理想整流电路理想整流电路理想整流电路理想整流电路2 2、三段不等分桥式整流电路、三段不等分桥式整流电路 SSSS4 4改改、SSSS8 8、SSSS3 340004000等机车等机车采用。采用。图示电路，变压器副边图示电路，变压器副边axax1 1、bxbx2 2两段，其两段，其axax1 1段半控桥段半控桥，bxbx2 2段中抽式半控桥段中抽式半控桥，故实际上是三段不等分（电压比例为，故实际上是三段不等分（电压比例为1 1：1 1：2 2）。）。D D1 1D D4 4提供续流通道。提供续流通道。图图4-12 4-12 三段不等分半控桥电路三段不等分半控桥电路 图图4-13 4-13 三段不等分半控桥波形三段不等分半控桥波形 4.2 4.2 理想整流电路理想整流电路理想整流电路理想整流电路第一段第一段，低压调节（，低压调节（大桥调压大桥调压）。绕组）。绕组axax1 1、T T1 1、T T2 2、D D1 1、D D2 2工工作，作，D D3 3、D D4 4联通电路；联通电路；T T3 3T T6 6均关断。据波形，整流电压平均均关断。据波形，整流电压平均值为值为 (4-29)(4-29)式中，式中，U Uax1ax1为为axax1 1段电压有效值，是副边总电压有效值的一半段电压有效值，是副边总电压有效值的一半（即（即0.5U0.5U2 2）。）。可见可见:1 1=，U Ud d=0=0；1 1=0=0，U Ud d=0.9U=0.9Uax1ax1=0.5U=0.5Ud0d0。即。即1 1由由0 0，U Ud d从从0 00.5U0.5Ud0d0。第二段第二段，中压调节（，中压调节（小桥调压小桥调压）。）。大桥满开放大桥满开放（即（即1 1=0=0），），绕组绕组bcbc、T T3 3、T T4 4、及、及D D3 3、D D4 4投入工作，整流电压平均值为投入工作，整流电压平均值为 (4-30)(4-30)4.2 4.2 理想整流电路理想整流电路理想整流电路理想整流电路 式中，式中，U Ubcbc为为bcbc段电压有效值，为副边总电压有效值的四分之段电压有效值，为副边总电压有效值的四分之一（即一（即0.25U0.25U2 2）。）。可见可见:2 2=，U Ud d=0.5U=0.5Ud0d0；2 2=0=0，U Ud d=0.75U=0.75Ud0d0。即。即2 2从从0 0，U Ud d从从0.5U0.5Ud0d00.75U0.75Ud0d0。第三段第三段，高压调节，高压调节，前两段桥满开放前两段桥满开放（即（即1 1=0=0、2 2=0=0），绕），绕组组cxcx2 2、T T5 5、T T6 6也工作，整流电压平均值为也工作，整流电压平均值为 （4-314-31）式中，式中，U Ucx2cx2为为cxcx2 2段电压有效值，为副边总电压有效值的四分之段电压有效值，为副边总电压有效值的四分之一（即一（即0.25U0.25U2 2）。）。可见可见：3 3=，U Ud d=0.75U=0.75Ud0d0；3 3=0=0，U Ud d=U=Ud0d0。即。即3 3从从0 0，U Ud d从从0.75U0.75Ud0d0U Ud0d0。4.2 4.2 理想整流电路理想整流电路理想整流电路理想整流电路 按前述方法，可求出按前述方法，可求出，并得，并得=f(U=f(Ud d/U/Ud0d0)曲线，见后图曲线，见后图4-4-1414的的曲线曲线5 5所示。所示。比较曲线比较曲线4 4、5 5可见，可见，三段比两段的三段比两段的高高，且，且波形畸变小波形畸变小，故，故被被“交交-直直”机车机车广泛用广泛用。（注：（注：SSSS4 4改改、SSSS8 8、SSSS3 340004000等机车采用三段不等分桥调压。等机车采用三段不等分桥调压。8K8K机车亦之，不同的机车亦之，不同的是第一段桥为全控桥，类似半控桥工作，可再生制动；第一段全桥移相是第一段桥为全控桥，类似半控桥工作，可再生制动；第一段全桥移相/2/20 0，当，当1 1=0=0时再顺序开放第二段桥时再顺序开放第二段桥）3 3、四段经济桥式整流电路、四段经济桥式整流电路 四段经济桥与三段不等分桥电路相同（见图四段经济桥与三段不等分桥电路相同（见图4-144-14），只是控），只是控制顺序不同。制顺序不同。SSSS4 4机车机车应用。应用。第一段第一段，移相控制，移相控制T T3 3、T T4 4，绕组绕组bcbc、T T3 3、T T4 4、D D3 3、D D4 4工作，工作，D D1 1、D D2 2联通电路，联通电路，T T1 1、T T2 2、T T5 5、T T6 6均封锁，仅均封锁，仅bcbc段绕组流过电流，整流段绕组流过电流，整流电压的平均值为电压的平均值为 4.2 4.2 理想整流电路理想整流电路理想整流电路理想整流电路 （4-324-32）可见可见：1 1=，U Ud d=0=0；1 1=0=0，U Ud d=0.9U=0.9Ubcbc=0.25U=0.25Ud0d0。即。即1 1从从0 0，U Ud d从从0 00.25U0.25Ud0d0。第二段第二段，一段桥满开放，移相控制，一段桥满开放，移相控制T T5 5、T T6 6，绕组绕组bcbc和和cxcx2 2、T T3 3T T6 6、D D3 3、D D4 4工作，工作，D D1 1、D D2 2联通电路，联通电路，T T1 1、T T2 2封锁，整流电压的平封锁，整流电压的平均值为均值为 （4-334-33）可见可见：2 2=，U Ud d=0.25U=0.25Ud0d0；2 2=0=0，U Ud d=0.5U=0.5Ud0d0。即。即2 2从从0 0，U Ud d从从0.25U0.25Ud0d00.5U0.5Ud0d0。过渡过渡，2 2=0=0时，将时，将bxbx2 2段负载全转移到段负载全转移到axax1 1上上。（二绕组匝数相等，（二绕组匝数相等，合理控制实现无冲击平滑转移）合理控制实现无冲击平滑转移）电压过零时刻满开放电压过零时刻满开放T T1 1、T T2 2，并封，并封锁锁T T3 3T T6 6。电机端压不变，即。电机端压不变，即 4.2 4.2 理想整流电路理想整流电路理想整流电路理想整流电路第三段第三段，维持，维持T T1 1、T T2 2满开放，再次控制满开放，再次控制T T3 3、T T4 4，使，使bcbc段再次投段再次投入入工作工作 (4-34)(4-34)可见可见:3 3=，U Ud d=0.5U=0.5Ud0d0；3 3=0=0，U Ud d=0.75U=0.75Ud0d0。即。即3 3从从0 0，U Ud d从从0.5U0.5Ud0d00.75U0.75Ud0d0。第四段第四段，维持，维持T T1 1T T4 4满开放，再次控制满开放，再次控制T T5 5、T T6 6，使，使cxcx2 2段再次投段再次投入入工作工作 (4-35)(4-35)可见可见:4 4=，U Ud d=0.75U=0.75Ud0d0；4 4=0=0，U Ud d=U=Ud0d0。即。即4 4从从0 0时，时，U Ud d从从0.75U0.75Ud0d0U Ud0d0。4.2 4.2 理想整流电路理想整流电路理想整流电路理想整流电路综上综上，三段不等分桥可获四段等分桥效果，降低了机车造价，故，三段不等分桥可获四段等分桥效果，降低了机车造价，故中抽桥叫经济桥中抽桥叫经济桥，因调节电压，因调节电压又叫移相桥又叫移相桥。另一半控桥另一半控桥起存起存储电压作用，故叫储电压作用，故叫开关桥开关桥。按四段等分桥推类，可归纳出按四段等分桥推类，可归纳出n n段等分桥段等分桥i i段桥工作的整流电压为段桥工作的整流电压为 (i=1 (i=1、2 2、n)n)（4-364-36）按前述方法，同样可得按前述方法，同样可得=f(U=f(Ud d/U/Ud0d0)特性曲线，见图特性曲线，见图4-144-14中中的曲线的曲线6 6所示。可见，所示。可见，四段半控桥已四段半控桥已有较满意的有较满意的。图图4-14 4-14 不同整流电路功率系数不同整流电路功率系数 4.2 4.2 理想整流电路理想整流电路理想整流电路理想整流电路综述综述：不可控桥不可控桥，变压器副边抽头调压，变压器副边抽头调压，恒在恒在0.90.9；半控桥半控桥，移相调压，移相调压，随分段数的增加而改善随分段数的增加而改善。起动时较明显，。起动时较明显，而在运行范围内而在运行范围内约在约在0.7780.7780.9330.933间波动间波动。注意注意：分段多分段多，利于，利于改善改善，但电路复杂但电路复杂。三、机车调压方式与功率系数补偿三、机车调压方式与功率系数补偿 由前述知，整流实现交由前述知，整流实现交直、调压直、调压调速、影响调速、影响。1 1、机车调压方式、机车调压方式（1 1）整流电路联接形式）整流电路联接形式 机车整流：中抽式、桥式。机车整流：中抽式、桥式。桥式比中抽式的变压器利用率高桥式比中抽式的变压器利用率高（约（约2020）。现代机车用现代机车用桥式桥式。4.2 4.2 理想整流电路理想整流电路理想整流电路理想整流电路（2 2）机车调压方式）机车调压方式中抽式中抽式：变压器副边抽头调压变压器副边抽头调压，变压器结构较为复杂。，变压器结构较为复杂。桥式桥式：可控硅调压可控硅调压。全控桥。全控桥在在0 0/2/2内调压，内调压，半控桥半控桥则在则在0 0内调压。内调压。多段桥多段桥调压范围更宽。调压范围更宽。注意注意：一般用半控桥（仅再生制动才用全控桥），因移相范围范：一般用半控桥（仅再生制动才用全控桥），因移相范围范围大一倍（围大一倍（0 0），机车的平均），机车的平均值高，且控制简单。值高，且控制简单。2 2、机车功率系数补偿、机车功率系数补偿性能评价指标性能评价指标：功率系数功率系数、谐波干扰谐波干扰。低，设备利用率低；谐低，设备利用率低；谐波高，影响电网供电质量（电网污染）。波高，影响电网供电质量（电网污染）。提高提高、降低谐波、降低谐波重要课题。重要课题。限制要求限制要求：=0.9=0.9、I(3)=3.9AI(3)=3.9A。4.2 4.2 理想整流电路理想整流电路理想整流电路理想整流电路注意注意：相控机车：相控机车仅为仅为0.780.780.800.80、谐波等效干扰最大值、谐波等效干扰最大值I Ipmaxpmax9.2A9.2A。（主要是（主要是3 3、5 5次偕波影响）次偕波影响）（1 1）采用多段桥）采用多段桥 多段桥多段桥、谐波谐波，但变压器副边抽头多、整流复杂，但变压器副边抽头多、整流复杂，故一般故一般不超四段不超四段。（2 2）采用功率系数补偿器）采用功率系数补偿器图图4-15 4-15 滤波电路滤波电路 功率系数补偿器功率系数补偿器：跨接于变压器：跨接于变压器副边副边的的LCLC、RCRC、或、或RLCRLC电路电路（兼作滤波兼作滤波，如图示），如图示）。补偿原理补偿原理：补偿前补偿前：L Ld d作用作用i i2 2方波方波谐波谐波，负载感性及，负载感性及控制角控制角作用作用i i2 2滞后滞后u u2 2；补偿后补偿后：LRCLRC串联串联谐振于谐振于3 3次谐波次谐波基波呈容性基波呈容性原原滞后滞后负载电流负载电流，且，且LRCLRC对对3 3次呈低阻性次呈低阻性吸收绝大部分吸收绝大部分3 3次谐波次谐波流向电流向电网网电网电网谐波干扰谐波干扰。4.2 4.2 理想整流电路理想整流电路理想整流电路理想整流电路试验表明，试验表明，加补偿器加补偿器后，后，可不用多段桥可不用多段桥。应用应用：SSSS6 6机车采用两段桥加功率补偿，机车采用两段桥加功率补偿，6K6K、8K8K机车在补偿器全投时机车在补偿器全投时0.90.9。注意注意：限于机车空间，可在车下补偿（变：限于机车空间，可在车下补偿（变电所和接触网上），但侧重不同。电所和接触网上），但侧重不同。(a)(a)(b)(b)图图4-16 4-16 机车滤波器工作原理机车滤波器工作原理 4.3 4.3 非理想整流电路非理想整流电路非理想整流电路非理想整流电路 实际电路非理想，如整流管压降不为零、实际电路非理想，如整流管压降不为零、L Ld d、变压器、变压器有漏抗等。因太复杂，仅对有漏抗等。因太复杂，仅对L Ld d、X Xc c00进行讨论。进行讨论。一、一、X Xc c00、X Xd d=整流电路整流电路 X Xc c00（变压器绕组漏抗）（变压器绕组漏抗），整流，整流不是瞬间不是瞬间完成完成换相换相；X Xd d=，整流，整流电流电流被完全被完全敷平敷平；换相过程中电机电流保持恒值。；换相过程中电机电流保持恒值。（一）桥式整流电路（一）桥式整流电路换相前换相前：b b端正，端正，D D2 2、D D4 4通通，电流，电流I Id d。换相开始换相开始（t=0t=0）：）：a a端正，电流从端正，电流从D D2 2、D D4 4换相到换相到D D1 1、D D3 3。由于。由于变压器漏抗变压器漏抗X Xc c的磁场储能，使副边绕组中的电流的磁场储能，使副边绕组中的电流i i2 2不不能能跃变跃变，只能从只能从-I-Id d逐渐变到逐渐变到+I+Id d。换相期间换相期间：D D1 1D D4 4均通，均通，副边短路副边短路，D D2 2、D D4 4电流的减少与电流的减少与D D1 1、D D3 34.3 4.3 非理想整流电路非理想整流电路非理想整流电路非理想整流电路 电流的增加相等，电流的增加相等，I Id d不变。不变。换相结束换相结束（t=t=）：）：D D2 2、D D4 4电流下降到零电流下降到零而而关断关断，D D1 1、D D3 3电流电流增至增至I Id d，并一直保持，并一直保持到到t=t=时开始下次换相为止。时开始下次换相