基于Matlab/Simulink的24脉波整流器模型研究蔡思宇

基于Matlab/Simulink的24脉波整流器模型研究蔡思宇

蔡思宇

（中国铁路设计集团有限公司电化电信院天津300142）

摘要：本文首先对24脉波整流机组的原理进行了分析，然后利用Matlab/Simulink软件对牵引供电系统进行了模型的搭建，分别对空载不加平波电抗器和负载加平波电抗器情况下的整流器直流侧输出电压进行仿真，验证了模型的准确性，具有一定的实际价值和工程意义。

关键词：24脉波；整流机组；空载；直流输出电压；平波电抗器；仿真

引言

随着近年来国内中大型城市的人口增加和经济发展，城市轨道交通的建设变得越来越重要。为了减少网测谐波电流的含量，从而减少对电网的污染，保证列车的安全运行，目前我国用于各个牵引变电所的整流器主要采用24脉波整流方式[1]，交直流变换过程是直流牵引供电系统中的关键环节，因此对24脉波整流器建立模型并进行仿真就显得尤为重要。

Simulink是Matlab软件中的一种可视化仿真工具，提供了一个建立模型方块图的图形用户界面，用来对动态系统进行建模、仿真和分析。其中，SimPowerSystems隶属于Simulink环境，是一个电气专用模块库。在电路分析、电力系统分析、电机分析、电力电子电路分析及大系统分析方面应用广泛，于是用Matlab/Simulink来对24脉波整流器进行模型的搭建具有更深的现实意义。

124脉波整流器原理

整流机组是由整流变压器和整流器组成，目前实际工程中应用的最多的是利用轴向双分裂式三绕组牵引整流变压器Y接线和d接线的2个二次侧绕组分别连接至两组三相整流桥，并将它们的输出并列运行即可得到12脉波整流。为获取24脉波，一般是选择2个相同容量和相同接线方式的12脉波牵引整流机组，使其中一台整流变压器的一次绕组移相+7.5°，另一台整流变压器的一次绕组移相-7.5°，即可得到24脉波整流[2]

为实现移相，整流变压器原边通常采用延边三角形接法，来实现特定角度的移相[3]，图1为整流变压器原边绕组采用延边三角形接法接线图，（a）图接法可以实现一个12脉波整流绕组移相+7.5°，（b）图接法可以实现另外一个12脉波整流绕组移相-7.5°。

图1变压器延边三角形接法接线图

一个12脉波整流机组由一个分裂式整流变压器和2组并联三相桥式全波整流电路组成，电路图如图2所示，两组相位差为30°的三相桥整流电路交替向直流负载供电，每个桥臂整流管导电的时间为π/3，整流电压Ud的每个工频周期有12次脉动，便形成了十二脉波整流[4]。

24脉波的输出是由4组三相桥式全波整流电路来实现的。一般2个6脉波整流器并联构成12脉波整流器时，为了防止2个三相桥的输出端交替出现钳位现象，便在两个输出端加上一个平衡电抗器，使两桥同时工作，减小开关器件的电流负担，24脉波整流器也存在同样的问题，一般是在两个12脉波整流器之间加入电抗器[5]，接入平衡电抗器后，两相三相桥中每个整流管支路的导通时间是2π/3，与三相桥整流电路相同，每隔π/3时刻有一对支路的整流管（同一组中）导通。

24脉波整流电路的仿真模型如图4所示，为了更准确的对整流电路进行模拟，在整流电路之后增加了一个逆变电路，逆变电路采用一个通用桥，然后利用Simulink中自带的DiscretePWMGenerator作为触发信号将直流1500V等效逆变成1500V的PWM交流电。输出的PWM波等效为有效值为1500V的交流电正弦波，然后输出的PWM波即可以直接给车上的交流电动机作为输入源进行供电。

3仿真结果分析

首先对24脉波整流机组工作于空载状态，并且不加平波电抗器的时候进行仿真，图5是一个整流管的输入端的三相电压的波形图，可以看出是一个6脉波的输出，并且波头的幅值保持在了1500V左右，经过了整流管的控制作用，输出端的电压波形如图6所示，波形在一个交流周期（0.02s）内波动了24次，每个波动的间隔是15°，可见所建的仿真模型能完全正确的反映出24脉波整流电路的特征。

图7加平波电抗器后直流侧电压

4结论

本文首先对24脉波整理机组进行原理上的分析，然后在此基础上利用Matlab/Simulink对整流机组进行了模型的搭建和仿真，分别对空载不加平波电抗器和负载加平波电抗器情况下的直流电压进行仿真，通过仿真结果可以看出模型能准确的反映出实际工程中24脉波整流器直流侧电压的输出情况，并且24脉波纹波系数较小，电压质量高，证明了24脉波整流的优越性，为后续对整个牵引供电系统和车网联合建模仿真奠定了基础。

参考文献：

[1]全恒立．城市轨道交通混合型能馈式牵引供电装置[J]．北京交通大学学报，2013.37（2）：92-97．

[2]董海燕，田铭兴．地铁直流牵引供电系统整流机组的仿真分析[J]．电气传动自动化，2010，32（5）：31-34．

[3]王念同．24脉波移相牵引整流变压器网侧绕组研究[J]．上海工程技术大学学报，2002（02）：118-122．

[4]马化盛．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，2003，31（4）：61—65．

[5]韩瑾．24脉波牵引整流变压器联结组的变换[J]．变压器，2007，44（1）：5-8．

[6]赵清润苏鹏程．城轨交通整流机组空载直流输出电压的计算．2003．