广州市轨道交通工程供电整流器培训教材编制：严树钢南车时代电气股份公司株洲变流技术国家工程研究中心目录第一章整流管的基本知识及参数 (3)第二章供电方式基本知识 (4)第三章供电整流器的技术说明 (6)第四章整流器安装与通电前的检查 (12)第五章整流器使用维护 (16)第六章整流器的检修 (17)附图：1，整流器系统电路原理图 (20)2，2200kW整流器主电路接线原理图 (21)3，3000kW整流器主电路接线原理图 (21)4，3600kW整流器主电路接线原理图 (22)5，4000kW整流器主电路接线原理图 (22)6，2200kW整流柜安装布置图 (23)7，3000kW整流柜安装布置图 (24)8，3600kW整流柜安装布置图 (25)9，4000kW整流柜安装布置图 (26)10，逆流保护原理框图 (27)11，熔断报警、跳闸原理框图 (27)12，超温报警原理框图 (28)13，对外接线端子图 (28)14，整流器用二极管压装图 (29)第一章整流管的基本知识及参数1. 结构与工作原理P型半导体和N型半导体结合在一起组成的P-N结具有单向导电的特性，大功率平板型二极管就是把一个面积较大的P-N结，两边用铜块压结，并以瓷外壳作为两极之间绝缘而封装起来的。

二极管是两端器件：P型半导体的一端为阳极，用字母A表示；N型半导体的一端为阴极，用字母K表示。

当A端加上正向电压时，整流管表现为一个很小的电阻，流过较大的正向电流，称为正向导通。

当K端加上正电压时整流管表现为一个很大的电阻，几乎没有电流通过，称为反向截止。

当反向电压增加过大时，可使整流管失去反向截止能力而导致P-N结反向击穿。

2. 额定值和特性值半导体的额定值是在规定的工作温度范围内均应满足的极限值，当超过这一极限值时，可导致器件的失效。

特性值则不然，当使用中超过其特性值规定范围时，允许性能指标下降，并不直接导致器件的失效。

对于特性值一般给出典型值或允许范围。

2.1额定值2.1.1 二极管的额定正向平均电流I FAVI FAV是在单相半波电阻性负载条件下，不超过器件的最高结温T jm或规定壳温T c时（我公司生产的二极管规定壳温为100℃），允许通过的正向电流在一个周期的平均值。

特别指出，电流在这里具有结温额定和壳温额定两种表示。

现在国家标准给出半导体器件的I FA V是采用壳温额定。

壳温额定电流一般是指不带散热器的，并非工作时真能用到这么大的电流。

壳温额定电流，在实际使用中能用到多大，要取决于冷却条件（散热器的大小、冷却方式）、环境温度等。

2.1.2 二极管的反向重复峰值电压U RRMU RRM是二极管在最高结温150℃下，允许每秒50次，每次持续时间不大于10ms，重复施加的反向最大脉冲电压。

通常所说半导体的额定电压，对二极管而言就是反向重复峰值电压U RRM 值。

2.1.3 二极管的浪涌电流I FSMI FSM为二极管在结温150℃，施加0.8U RSM的反向重复峰值电压，器件允许通过的工频正弦半波过载峰值电流。

一般样本给出为一个周波（10ms）的数值，随着过载时间增加，浪涌电流呈指数曲线下降。

用于校验变流装置的短路过载能力。

浪涌电流在标准中规定为定性试验（型式试验）或验证性能的定期检验项目，试验后一般不能出厂，因此不能作为出厂试验项目。

2.1.4 电流平方时间积I2t电流平方时间积I2t是器件承受正向不重复最大电流的能力。

它是用来选择保护半导体器件的快速熔断器的参数，要求快速熔断器的熔断I2t小于半导体器件的I2t。

2.1.5 内部等效结温Tj二极管结温是指P-N结的平均温度，最高允许结温T jm是指在P-N结不致损坏前提下所能承受的平均温度。

2.2 特性值2.2.1 二极管的正向峰值电压U FM结温在25℃，通以3倍通态平均电流或正向平均电流的峰值电流时，在二极管两端测出的峰值电压，通常又叫管压降。

在更换器件，调节均流时使用。

2.2.2 反向重复峰值电流I RRM反向重复峰值电流I RRM是对应于整流管施加反向重复峰值电压U RRM时的反向峰值漏电流。

I RRM还和测量温度有关，一般半导体器件的样本给出的是对应于最高工作结温T j的数值，而常温测出的数值要小得多，这是因为半导体材料具有负阻特性，温度升高内阻减小的缘故。

I RRM可用作判断半导体器件电压降级的依据，当超过规定值时，U RRM必须降级使用。

第二章供电方式基本知识生产实践中要将交流电变成直流电可利用各种整流电路，但纹波系数的大小则与相数有关。

脉波数是指一个周期内U d所包含的波头数，比如单相半波的脉波数为1，单相桥式的脉波数为2，三相桥式的脉波数为6。

脉波数越多，输出直流电压纹波系数越小，电压更趋近平整。

我们以三相桥式全波整流电路为例说明工作原理。

最高，当经过自然换相点时c相T2导通，电流即从b相换到c相，D6承受反向电压而关断。

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：U d=U a-U c=U ac。

再经过60°，进入第3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D 2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：U d =U b -U c =U bc 。

依此类推，在第4段时期内，D 3 D 4导通，变压器b ，a 两相工作。

在第5段时期内， 导通，变压器c ，a 两相工作。

在第6段时期内，D 5，D 6导通，变压器c ，b 两相工作，再下去又重复上述过程。

第三章 供电整流器的技术说明1整流器的构成原理及特点 1.1整流机组：一套12脉波整流机组包括一台整流变压器、一台整流器以及完整的辅助、控制回路和必要的配件等。

两套12脉波整流机组经匹配构成一套AC33KV/DC1500V 等效24脉波整流机组，整流机组系统电路见图4。

单机组12脉波整流电路由两个三相全波整桥并联组成。

每台整流变压器的二次绕组有一个星形绕组和一个三角形绕组，分别向两个三相整流桥供电。

因为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 ，于是可以得到两个三相整流桥并联组成的12脉波整流电路。

当供给两台12脉波整流器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，两套整流器并联运行即可构成24脉波整流。

图2是12脉波电路及其矢量图。

6π直流输出电压便有12相脉波。

2整流器技术参数及性能特点：2.1额定频率：50HZ2.2额定交流电压：1180V2.3直流标称电压：1500V2.4直流最高电压：1800V2.5额定电流：1467A(2200kW)；2000A（3000 kW）； 2400A(3600kW)； 2667A(4000kW)；2.6直流空载电压≤1650V2.7整流器负荷性质：反电动势、再生2.8整流器负荷类型：Ⅵ级(GB3859)100%额定负荷----连续；150%额定负荷----2小时；300%额定负荷----1分钟2.9整流器耐压工频耐压：·整流器主回路对地、对辅助回路： 5kV/1min,·辅助回路和主回路应电气隔离，并能承受2kV/1min,2.10冲击电压：12kV（标准冲击波1.2/50μS）。

2.11整流器承受短路电流能力就及额定功率损耗如下表：整流器功率（kW）2200 3000 3600 4000短路电流/120ms（kA）18 25 29 31损耗（kW） 5 7 7.5 8.52.12冷却方式：自然风冷式，户内安装。

3 二极管3.1型式：平板式整流二极管，二极管型号，ZPA2000-443.2二极管反向重复峰值电压4.4kV，二极管正向平均电流2000A3.3 整流器桥臂串并联数2200 kW整流器每个整流臂并联3个支路；3000 kW整流器每个整流臂并联4个支路；3600 kW整流器每个整流臂并联5个支路；4000 kW整流器每个整流臂并联6个支路，每个支路串联数均为一个二极管。

3.4二极管散热器：采用铝型材散热器，散热器具有良好的散热特性，散热片表面进行阳极氧化着黑色防腐处理。

3.5选用合适的二极管参数，合理设计母线路径，使整流器每个臂并联二极管的电流不平衡度≤10%。

4可靠性：整流器在设计和制造时具备高可靠性措施，容量按150%额定负荷考虑，采用冗余设计，每个整流桥臂都有一个支路的冗余，当一个臂的一个二极管损坏时，整流器能正常运行，并满足过负荷要求和承受短路电流的能力；监控和数据采集装置实行电磁屏蔽，解决电磁辐射和电磁兼容问题；。

5可维护性产品设计有故障显示及诊断措施。

如短路保护、过电压保护、二极管故障保护以及整流器温度报警跳闸指示回路等，维护方便。

6整流器保护：6.1内部短路保护每个二极管支路均串有世界名牌Ferraz-Shawmut公司高品质快速熔断器进行保护。

当发生内部短路时，熔断器熔断，给出信号用于报警或跳闸，并且熔断器上具有明显熔断标志。

当一个桥臂内有一个熔断器熔断、或不同桥臂同时各有一个熔断器熔断时，发出报警信号。

当一个桥臂内同时有两个熔断器熔断时，发出跳闸信号。

见附图12所示的快熔指示、跳闸、报警回路原理框图。

6.2交流侧过电压保护在交流侧装设氧化锌压敏电阻，将过电压抑制在2倍以下，防止因过电压损坏二极管。

为防止氧化锌压敏电阻击穿短路，回路中串有特种熔断器“TRD”，它可快速断开击穿支路。

6.3直流侧过电压保护在直流侧装设RC过电压抑制回路和放电回路，防止直流快速断路器开合时产生操作过电压损坏二极管，并在输出端并联压敏电阻，抑制残余过电压，同样压敏电阻串有特种熔断器“TRD”。

6.4换相过电压保护为防止换相过电压损坏二极管，对于二极管整流电路，直流侧并联的过电压保护电阻电容可兼有换相过电压保护的作用。

6.5温度保护在整流器预侧温度最高的元器件的散热器上设置温度继电器，用于监视元件散热器的温度。

当整流器测试点的温度超过报警设定值时，发出报警信号。

温度保护原理框图见附图13所示。

6.6逆流保护在每个整流桥臂上串联一个电流互感器，用于内部短路的逆流后备保护。

即二极管击穿，快速熔断器失效不动作时，检测桥臂逆流，并给出跳闸信号。

保护回路原理框图见附图11所示。

6.7控制与信号回路整流器设置故障显示装置，显示整流器的故障状态：整流桥逆流；桥臂快速熔断器熔断；散热器超温、以及辅助电源失电。

6.8二极管故障指示回路整流器同一整流桥臂的一个二极管故障时不跳闸，将二极管故障信号通过硬接点在屏面和远方显示。

整流器不同整流桥臂的各一个二极管故障时不跳闸，将二极管故障信号通过硬接点在屏面和远方显示。