一种用于电力推进的磁集成式24脉波牵引供电系统的制作方法

本发明涉及电磁技术、整流技术及牵引供电系统技术领域，具体涉及一种用于电力推进的磁集成式24脉波牵引供电系统。

背景技术：

作为电力推进系统中重要的一环，整流牵引供电系统将发电机产生的交流电转化为直流电，为电力推进装置提供稳定且高品质的电能。但与传统的整流供电系统相比，用于电力推进整流牵引供电系统所处的工作环境较为恶劣，通常应用于船舶推进系统，地铁列车牵引系统、海洋平台驱动系统等。同时此类电站容量相对较小，对整流牵引供电系统的供电品质及安全运行提出了更高的要求。另一方面，狭小的供电空间内系统用电设备之间距离较短，导致设备间相互影响程度加剧，也迫使用于电力推进的整流牵引供电系统的设备向轻量化、集成型发展和升级。此外，由于海上航行时船舶设备，海洋平台内设备等维修困难，也要求用于电力推进的整流牵引供电系统的拓扑结构简单，设备使用寿命长，维修管理简易方便。目前多以整流变压器及整流设备作为核心装备，配合平衡电抗器、滤波电感、滤波电容等辅助设备构成多脉波整流电路，为电力推进装置提供电能。

在现有的用于电力推进的整流牵引供电系统中，传统的12脉波整流牵引供电系统尽管造价较低、配置简单，但其供电的电能质量难以满足日益增加的大功率电力推进装置的供电要求，因而通常采用24脉波整流牵引供电系统。但其往往占地空间，系统总体重量往往较大，不仅整体系统总价较高，为容纳设备而被迫加高的船舱，地铁牵引变电所及海洋平台驱动站也为安全运行带来一定安全隐患。同时此类整流牵引供电系统结构较为复杂，为维修和养护带来一定困扰。同时在实际工程中，往往需要平衡电抗器等附加装置才能保证其24脉波整流牵引供电系统的电能质量，更进一步增加了系统的造价及占地空间。另一方面，24脉波自耦移相整流牵引供电系统可大幅降低系统的体积、重量及成本，但其复杂的连接工艺及非电隔离的工作性质，导致其安全性能下降，难以应用于电力推进系统中。

技术实现要素：

有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种用于电力推进的磁集成式24脉波整流牵引供电系统，以解决上述背景技术中传统多脉波整流牵引供电系统在为电力推进装置提供电能时存在的系统占地空间大、系统拓扑结构复杂、系统内部循环电流较大、系统运行效率较低的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种用于电力推进的磁集成式24脉波整流牵引供电系统，包括一台采用交错式绕组排布的24脉波磁集成的整流变压器和四台三相桥式二极管整流器，整流变压器四组三相输出绕组分别与四台桥式二极管整流器的三相输入端相连；将交错式绕组排布的24脉波磁集成的整流变压器上桥和下桥输入三相绕组的首端依次并联，作为磁集成式24脉波整流牵引供电系统的三相输入端；将四台桥式二极管整流器的输出端并联运行，作为磁集成式24脉波整流牵引供电系统直流输出端；所述用于电力推进的磁集成式24脉波整流牵引供电系统将发电机发出的交流电转换为直流电，为电力推进装置提供稳定的直流电压。

进一步地，所述交错式绕组排布的24脉波磁集成的整流变压器包括三套原边绕组组件、三套副边绕组组件和一套共轭铁芯；所述共轭铁芯包括三根等距的立式铁心柱、与各个立式铁心柱相互垂直连接且位于各个立式铁心柱上方的上铁轭和与各个立式铁心柱相互垂直连接且位于各个立式铁心柱下方的下铁轭；

所述原边绕组组件包括上桥原边绕组和下桥原边绕组，均采用三角形连接方式，且对应的结构、绕组匝数、相序均相同；所述上桥原边绕组的三相绕组的首端一一对应地与下桥原边绕组三相绕组的首端相连接；

所述副边绕组组件包括上桥第一副边绕组、上桥第二副边绕组、下桥第一副边绕组、下桥第二副边绕组，均采用延边三角形连接方式；其中上桥第一副边绕组和下桥第一副边绕组对应的结构、绕组匝数、相序完全相同，上桥第二副边绕组和下桥第二副边绕组对应的结构、绕组匝数、相序完全相同；

所述上桥原边绕组、上桥第一副边绕组、上桥第二副边绕组各相绕组一一对应地套装于一个立式铁心柱的周围且位于立式铁心柱的上桥位；所述下桥原边绕组、下桥第一副边绕组、下桥第二副边绕组各相绕组一一对应地套装于一个立式铁心柱的周围且位于立式铁心柱的下桥位。

进一步地，所述上桥第一副边绕组、上桥第二副边绕组、下桥第一副边绕组、下桥第二副边绕组输出线电压幅值、对原边绕组短路阻抗基本相等，且上桥第一副边绕组、上桥第二副边绕组、下桥第一副边绕组、下桥第二副边绕组输出线电压相位角分别对应为移相+22.5°、-7.5°、-22.5°、+7.5°。

进一步地，所述三相桥式二极管整流器包括六只整流二极管，采用桥式全波整流电路的形式连接并封装为一体构成；四台三相桥式二极管整流器型号、容量等完全相同，依次为第一三相桥式二极管整流器，第二三相桥式二极管整流器，第三三相桥式二极管整流器，第四三相桥式二极管整流器。

进一步地，所述上桥第一副边绕组三相交流输出端子与第一三相桥式二极管整流器三相交流输入端子一一对应地依次相连，所述上桥第二副边绕组三相交流输出端子与第二三相桥式二极管整流器三相交流输入端子一一对应地依次相连，所述下桥第一副边绕组三相交流输出端子与第三三相桥式二极管整流器三相交流输入端子一一对应地依次相连，所述下桥第二副边绕组三相交流输出端子与第四三相桥式二极管整流器三相交流输入端子一一对应地依次相连。

进一步地，所述第一三相桥式二极管整流器，第二三相桥式二极管整流器，第三三相桥式二极管整流器，第四三相桥式二极管整流器的直流输出端子的正极依次连接，作为用于电力推进的磁集成式24脉波整流牵引供电系统直流端输出的正极；所述第一三相桥式二极管整流器，第二三相桥式二极管整流器，第三三相桥式二极管整流器，第四三相桥式二极管整流器的直流输出端子的负极依次连接，作为用于电力推进的磁集成式24脉波整流牵引供电系统直流端输出的负极。

进一步地，所述用于电力推进的磁集成式24脉波整流牵引供电系统当其交流输入端输入的电压为对称且幅值相同的三相电压时，直流输出端输出的空载直流电压平均值约为上桥第一副边绕组/上桥第二副边绕组/下桥第一副边绕组/下桥第二副边绕组输出线电压有效值的0.7052倍。

进一步地，所述三相桥式二极管整流器可根据系统实际需求更换为三相桥式可控整流器或三相半桥整流器；所述四台三相桥式二极管整流器可根据系统实际需求更换为全部串联、或先并后串、或先串后并等不同的组合方式得到不同的直流端的直流电压输出。

进一步地，所述用于电力推进的磁集成式24脉波整流牵引供电系统在采用交错式绕组排布的24脉波磁集成的整流变压器副边绕组组件输出端输出的后部连接平衡电抗器，在电力推进的磁集成式24脉波整流牵引供电系统直流端输出的后端连接滤波电容与滤波电感，进一步增强系统性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：

本发明仅采用交错式绕组排布的24脉波磁集成的整流变压器与三相桥式二极管整流器即可实现24脉波整流电路，为电力推进装置为提供高品质电能。采用的磁集成技术可以大大降低交错式绕组排布的24脉波磁集成的整流变压器的体积，减少电磁装备间绝缘距离，继而大幅度降低磁集成式24脉波整流牵引供电系统的占地空间，节约成本。同时该系统内部循环电流分布均匀且幅值较小，可以有效提高系统内设备使用寿命，减小因单一设备局部过热造成的安全隐患，提高系统安全性及可靠性。此外磁集成式24脉波整流牵引供电系统拓扑结构简单，无需额外的辅助设备即可保证系统优质的电能质量，而且能够有效降低因谐波磁通而引起的变压器铁芯在损耗、温升、振动噪音等方面的不良影响，因为磁集成式24脉波整流牵引供电系统及其设备维修养护难度小，具有通用性，可以直接应用于目前绝大多数用于电力推进装备的综合电力系统中。

本发明可以保证整流牵引供电系统具有体积小、重量轻、效率高、系统电能质量高等特性，可以为电力推进装置提供可靠及优质电源。同时系统拓扑结构简单，易于维护和保养，适用于下一代用于电力推进装置的综合电力系统中。此外，磁集成式24脉波整流牵引供电系统中采用交错式绕组排布的24脉波磁集成的整流变压器，其副边绕组输出电压几乎一致，原边三相绕组对副边各三相绕组短路阻抗几乎一致，因为保证磁集成式24脉波整流牵引供电系统内环流较小，可进一步提高系统效率，同时可避免因环流导致变压器某单一绕组及单台整流器发生局部过热问题，增强系统安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的用于电力推进的磁集成式24脉波整流牵引供电系统的拓扑图；

图2为本发明的用于电力推进的磁集成式24脉波整流牵引供电系统的结构图；

图3为本发明中采用交错式绕组排布的24脉波磁集成的整流变压器的结构示意图；

图4为本发明的用于电力推进的磁集成式24脉波整流牵引供电系统的相位图；

图5为本发明中三相桥式二极管整流器的结构示意图示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1-5所示，本发明提供一种用于电力推进的磁集成式24脉波整流牵引供电系统，适用用于电力推进装置所处的狭小空间，将发电机发出的交流电转换为直流电，配合变频调速系统满足大功率船舶推进电机、地铁列车牵引电机等装备所需求的稳定且高品质的电力供给。

具体地，该用于电力推进装置的磁集成式24脉波整流牵引供电系统1包括一台采用交错式绕组排布的24脉波磁集成的整流变压器2和四台三相桥式二极管整流器3，整流变压器四组三相输出绕组分别与四台桥式二极管整流器的三相输入端相连；将交错式绕组排布的24脉波磁集成的整流变压器上桥和下桥输入三相绕组的首端依次并联，作为磁集成式24脉波整流牵引供电系统的三相输入端；将四台桥式二极管整流器的输出端并联运行，作为磁集成式24脉波整流牵引供电系统直流输出端；所述电力推进的磁集成式24脉波整流牵引供电系统将发电机4发出的交流电转换为直流电，为电力推进装置5提供稳定的直流电压。

具体地，所述交错式绕组排布的24脉波磁集成的整流变压器2包括三套原边绕组组件16、三套副边绕组组件17和一套共轭铁芯；所述共轭铁芯包括三根等距的立式铁心柱、与各个立式铁心柱相互垂直连接且位于各个立式铁心柱上方的上铁轭和与各个立式铁心柱相互垂直连接且位于各个立式铁心柱下方的下铁轭；

所述原边绕组组件16包括上桥原边绕组6和下桥原边绕组7，均采用三角形连接方式，且对应的结构、绕组匝数、相序均相同；所述上桥原边绕组6的三相绕组的首端一一对应地与下桥原边绕组7三相绕组的首端相连接；

所述副边绕组组件17包括上桥第一副边绕组8、上桥第二副边绕组9、下桥第一副边绕组10、下桥第二副边绕组11，均采用延边三角形连接方式；其中上桥第一副边绕组8和下桥第一副边绕组10对应的结构、绕组匝数、相序完全相同，上桥第二副边绕组9和下桥第二副边绕组11对应的结构、绕组匝数、相序完全相同。

所述上桥原边绕组6、上桥第一副边绕组8、上桥第二副边绕组9各相绕组一一对应地套装于一个立式铁心柱的周围且位于立式铁心柱的上桥位18；所述下桥原边绕组7、下桥第一副边绕组10、下桥第二副边绕组11各相绕组一一对应地套装于一个立式铁心柱的周围且位于立式铁心柱的下桥位19。

具体地，所述上桥第一副边绕组8、上桥第二副边绕组9、下桥第一副边绕组10、下桥第二副边绕组11输出线电压幅值、对原边绕组短路阻抗基本相等，且上桥第一副边绕组8、上桥第二副边绕组9、下桥第一副边绕组10、下桥第二副边绕组11输出线电压相位角分别对应为移相+22.5°、-7.5°、-22.5°、+7.5°。

具体地，所述三相桥式二极管整流器3包括六只整流二极管，采用桥式全波整流电路的形式连接并封装为一体构成；四台三相桥式二极管整流器型号、容量等完全相同，依次为第一三相桥式二极管整流器12，第二三相桥式二极管整流器13，第三三相桥式二极管整流器14，第四三相桥式二极管整流器15。

具体地，所述上桥第一副边绕组8三相交流输出端子与第一三相桥式二极管整流器12三相交流输入端子一一对应地依次相连，所述上桥第二副边绕组9三相交流输出端子与第二三相桥式二极管整流器13三相交流输入端子一一对应地依次相连，所述下桥第一副边绕组10三相交流输出端子与第三三相桥式二极管整流器14三相交流输入端子一一对应地依次相连，所述下桥第二副边绕组10三相交流输出端子与第四三相桥式二极管整流器15三相交流输入端子一一对应地依次相连。

具体地，所述第一三相桥式二极管整流器12，第二三相桥式二极管整流器13，第三三相桥式二极管整流器14，第四三相桥式二极管整流器15的直流输出端子的正极依次连接，作为用于电力推进的磁集成式24脉波整流牵引供电系统直流端输出的正极；所述第一三相桥式二极管整流器12，第二三相桥式二极管整流器13，第三三相桥式二极管整流器14，第四三相桥式二极管整流器15的直流输出端子的负极依次连接，作为用于电力推进的磁集成式24脉波整流牵引供电系统直流端输出的负极。

具体地，所述用于电力推进的磁集成式24脉波整流牵引供电系统当其交流输入端输入的电压为对称且幅值相同的三相电压时，直流输出端输出的空载直流电压平均值约为上桥第一副边绕组8/上桥第二副边绕组9/下桥第一副边绕组10/下桥第二副边绕组11输出线电压有效值的0.7052倍。

具体地，所述三相桥式二极管整流器也可根据系统实际需求更换为三相桥式可控整流器、三相半桥整流器等；所述四台三相桥式二极管整流器可根据系统实际需求更换为全部串联、或先并后串、或先串后并等不同的组合方式得到不同的直流端的直流电压输出。

具体地，所述用于电力推进的磁集成式24脉波整流牵引供电系统1无需附加装置及附加器件即可在达到供给大功率电力推进装置需求的稳定且高品质的电能质量，但也可根据实际需求在采用交错式绕组排布的24脉波磁集成的整流变压器副边绕组组件输出端输出的后部连接平衡电抗器，在磁集成式24脉波整流牵引供电系统1直流端输出的后端连接滤波电容与滤波电感，进一步增强系统性能。

本发明仅采用交错式绕组排布的24脉波磁集成的整流变压器与三相桥式二极管整流器即可实现24脉波整流电路，为电力推进装置为提供高品质电能。采用的磁集成技术可以大大降低交错式绕组排布的24脉波磁集成的整流变压器的体积，减少电磁装备间绝缘距离，继而大幅度降低磁集成式24脉波整流牵引供电系统的占地空间，节约成本。同时该系统内部循环电流分布均匀且幅值较小，可以有效提高系统内设备使用寿命，减小因单一设备局部过热造成的安全隐患，提高系统安全性及可靠性。此外磁集成式24脉波整流牵引供电系统拓扑结构简单，无需额外的辅助设备即可保证系统优质的电能质量，而且能够有效降低因谐波磁通而引起的变压器铁芯在损耗、温升、振动噪音等方面的不良影响，因为磁集成式24脉波整流牵引供电系统及其设备维修养护难度小，具有通用性，可以直接应用于目前绝大多数用于电力推进装备的综合电力系统中。

本发明可以保证整流牵引供电系统具有体积小、重量轻、效率高、系统电能质量高等特性，可以为电力推进装置提供可靠及优质电源。同时系统拓扑结构简单，易于维护和保养，适用于下一代用于电力推进装置的综合电力系统中。此外，磁集成式24脉波整流牵引供电系统中采用交错式绕组排布的24脉波磁集成的整流变压器，其副边绕组输出电压几乎一致，原边三相绕组对副边各三相绕组短路阻抗几乎一致，因为保证磁集成式24脉波整流牵引供电系统内环流较小，可进一步提高系统效率，同时可避免因环流导致变压器某单一绕组及单台整流器发生局部过热问题，增强系统安全性。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。