电传动控制技术-5-电子控制

1、北方交通大学 电气工程学院电力牵引控制技术相控机车电子控制系统2021/9/121机车控制系统主要作用调节（分配）机车牵引力、制动力；调节速度；故障检测与诊断；辅助系统的控制；防空转、防滑行；无功功率补偿；各种保护等。2021/9/1226G电子控制系统6G：恒流单闭环自动控制系统PI被控对象电机电流IREF6G：转向架控制 牵引制动控制2021/9/123+24Ve0给定积分器比例调节器电流限制环节IRefPIMAXM RM1 RM2移相及脉冲形成相位差1800UC1移相及脉冲形成相位差1800UC2eCeC基本电路原理晶闸管触发系统：一、交直叠加移相电路Uc 移相 脉冲形成 功放阻容移相单

2、结晶体管移相功率不大的整流装置触发系统不经脉冲变压器直流与交流叠加移相锯齿波与直流叠加移相大功率电力机车触发系统经脉冲变压器2021/9/125交直流电压串联叠加移相u网u1LRCR2urur+-uc+24VT12021/9/126R、L、C串联谐振：u L和u C相互抵消 u R = uuLRCuLuRuCuLuCu R = u结论：电流可以用改变电阻R值的方法来调节 电流改变了，电容的端电压也变化 1. 同步电路 串联谐振电路 6G2021/9/127u网 = umsintu网同步变压器tu网uc(ur)u网u1tu1(反相)串联谐振电路uc(滞后u190)ur(实际超前网压90)R、L、

3、C兼有滤波作用同步电路2021/9/128采用同步电压和可调直流电压相叠加改变输出电压“0”态相位改变脉冲相位ur：同步余弦电压uc：直流控制电压ub = ur + uc = Urmcost + Uc6G：ur = 7.5costuc = +7.5 -7.5V2. 交直叠加移相电路2021/9/129u网urttub7.5Vtubtub-7.5V18090 当 u c= 7.5V u b= 7.5cost + 7.5 = 0 cost = 1 t = 180 当 u c= 0 u b= 7.5cost + 0 = 0 cost = 0 t = 90 当 u c= - 7.5V u b= 7.5

4、cost 7.5 = 0 cost = 1 t = 0结论：当u c从7.5V变到7.5V时，u b= 0的相位从180变到0 0交直叠加移相电路的特点：优点：ur和uc相交时：Urmcos = Uc cos = Uc / Urm半控：Ud = Ud0 ( 1 + cos ) / 2 全控：Ud = Ud0 cos Ud = Ud0UrmUc Ud = Ud02UrmUc+Ud02缺点：D3T2R20T4R22R26R24T6R28C9R30R32+24V12 脉冲形成电路二、脉冲形成及整形电路2021/9/1212 脉冲整形电路 单稳触发电路D9R34T8R38T10R40C15R44R46

5、+24VR36D11R481.5ms2021/9/1213T1T2D1D2防止换流期间，晶闸管不导通，造成整流电压中断换流期间： D1、D2、T1同时导通 T2的阳极电压为零6G：换相角限制环节 正限制电压发生器三、换相角限制环节2021/9/1214换相角限制电路R2T1R3R4R5T2R6C1R8R7+24VT3D1312R10R11R1C2R12D276AB具有脉冲信号足够的电流电压触发脉冲宽度触发脉冲与主电路电源电压同步触发脉冲的移相范围应满足要求晶闸管触发脉冲的基本要求：四、脉冲功率放大电路窄脉冲 6G8K宽脉冲 连续脉冲 双脉冲 脉冲列 组合脉冲 2021/9/1216脉冲放大电路

6、T12T14+24V24Vu110V1.5ms16V2.9V通道输入通道输入输出桥臂输出桥臂给定积分器 限制电流上升率与下降率 上升时间6S 下降时间1S比例调节器 避免大电流指令区机车发生空转 e0 : 0 50% IREF 0 75% 1.5 e0 : 50% 1 IREF 75% 1 0.5电流限制环节 Ud : 0 900V Id : 1650A 1400A 五、基准电流形成电路2021/9/1218 基准电流变化率调节环节e0+A01+15V-15V+A02+A04R11 10K R13 10K R7 3K3 R9 1M R6 47K R1010K R2 4K7 R34K7 C147

7、 D4D3R15 47KR1410K R16 1MR17 3K3C2 47D11D12P1P2I0-7.5V4K7 非线性环节-15VeC+A05R35 22KR31 44K2 R30 47K5 R32100K C3220 D8D10P3 2K2R34 4K7R37 10K-15V+15V+A03R20 66K7 10K R23 100KCD6R38IREFR25 49K9 R24 49K9 DI0R21 4K7R27 1KP4 470R26 680D9D7T1六、两段桥连续控制eC+A03R40100K R30 33K2+A04R41100K UC2R31 33K2 UC1R32100K R

8、3333K2 R345K6 R355K6 R364K7 R374K7 P2P34K7 4K7 直流负偏压6G：RM1 RM2 UC1和UC2决定 晶闸管的触发角 -7.5V +7.5V工作原理分析： ec = 0 5V 牵引电 机端压0 450V 第一段半控桥工作UC1 = 7.5V - 7.5V 1 = 180 0UC2 = 7.5V 2 = 180 闭锁510eCUC7.5-7.50UC1UC2 ec = 5 10V 牵引电机端压450V 900V UC1 = - 7.5V 1 = 0 满开放 UC2 = 7.5V -7.5V 2 = 180 02021/9/1222工作原理分析：R32

9、= 3 R33UP2 = UP3 = -7.5V A03：- 7.5V100K+eC33K2=- UC1100KUC1 = 7.5 3 eCA04：- 7.5V33K2+eC33K2=- UC2100KUC2 = 3 (7.5 eC )换相重叠角： 第二段半控桥提前投入工作 UP2 = -7.5V UP3 = - 6.5V510eCUC7.5-7.50UC1UC242021/9/12238K机车电子控制系统2021/9/12248K机车控制系统8k机车的引进，使我国电力机车设计技术水平上了一个新的台阶2021/9/1225电子控制插件板2021/9/1226SS4型电力机车控制系统两手柄： 电

10、压指令手柄 给定电机端压 电流指令手柄 给定电机电流 可实现恒流和恒压控制 司机电压给定 电压延时 电压参考值UREF PI调节器电流给定 电流延时粘着限制 电流参考值IREF PI调节器MAX单双边变换电路移相控制电压ecRM1RM2RM32021/9/1227电压延时司机电压给定电流延时司机电流给定粘着限制PI调节器PI调节器MAX单双边变换ec电流反馈电压反馈UREFIREF0-10VRM2RM1RM3T1T2T3T4T5T6D1D2D3D4123RM1RM233RM3ec移相检测电机端压网压过零ABCABC开关检测触发系统180或0偏压控制连续控制器-1010VUd1Ud2控制电压8K

11、型电力机车控制系统8K机车控制系统：双闭环控制系统 内环是电流环恒流无静差调速系统 外环是速度环准恒速控制系统 控制流程：司机手柄指令器 特性控制器 牵引制动转换开关 给定积分器 调制器 传输总线 解调器 最大值限制器 防空转滑行装置 PI调节器 移相触发系统 整流电路两级控制：机车控制 转向架控制2021/9/1230vF牵引制动给定积分器调制总线解调限制器防空转PI网压电流反馈速度反馈速度反馈+15V15VIssIssIsIrefUE一、特性控制：单手柄特性控制器024681011牵引1086420制动11顺时针转动： 牵引工况 分011级逆时针转动： 制动工况 分011级单手柄级位：n电

12、流指令 ：I = 200 n (A)速度指令 ：v = 10 n (km/h)2021/9/1232F(kN)600400200400A800A1200A2468-200246810%0184+4000t+ 9%0v(km/h)20406080手柄在4位：起动电流为800A平直道 ：牵引力 阻力V= 38km/h 牵引力=阻力 稳定运行9%0 ：牵引力 阻力手柄必须在第6位才能起动牵引特性曲线形成电路假设A处断开：A1： IA1 = K1I0 K2v IAvIA12468IA28642+A1+A2I0-VIS1+15VR161R171V162V455R163R164V456R154R156R1

13、65R151R167V457V458R15910K10KA-15VA2： IA2 = I0V456 、 V458 最小值选择器制动特性曲线形成电路假设A处断开：A3： IA3 = K3v K4I0 + C1A4： IA4 = C2V584 、 V591 最大值选择器IAvIS1+A3+A4I0-V-15VR220V472V584R217R253V476V591R251A+15VR216R212IA4IA3二、积分延时电路IS1+A5+A6R177-15VV467R173+15VR174R176R216IS2220K56KR184560KR180100K1M47K547K5R1751MC7410

14、R187100KV460V461V462V463-15V+15V2021/9/1236三、晶闸管触发系统 信号形成电路tUNtUotd0tRU700stdstd0tdtUF -Utd全波整流积分器UFU移相器Ued滤波器比较器Uo延时d0RUd0 ddsUN控制过程：注意：d0 d保证晶闸管承受正向阳极电压才允许获得触发脉冲1. 保证移相电路有足够的复位时间2. 在网压过零附近，晶闸管正向阳极电压太低或有不稳定的毛刺时不应施加触发信号网压同步信号UN进行两方面的处理：1. UN 全波整流 Uo 积分器 同步余弦信号U UF UF -U 直流控制电压Ue d2. UN 滤波器比较器 d0 延时电

15、路 各种 控制信号RU 、d0、d、ds2021/9/1238A：全波整流电路UNUo+A2+15VLM12422K22K+A150KUo50KUND1D22021/9/1239B：积分电路RU+LM139+15V68n10K22K+LM124U78KUo15V10K+5VSDGttUUoRUtC：网压峰值记忆回路C+LM124Uds+LM139+15V10K15V10K+5VDSGUF2021/9/1241D：d形成电路tUF -Udt+LM139+15VU15V100K+5V+LM124UFUed100K100K15V2021/9/1242E：有源滤波do+LM139+15VUN15V39

16、2K+5V+A714392K5K768n68nUNUdo2021/9/1243F：d0 d ds RU 形成电路U+5V+ A7+5VABQQ+5VABQQC147C149R347R352d0dRUdsD1D2 脉冲移相控制电路连续控制器UE1UE2UE3UE4Ue1Ue2Ue3Ue4d1d2d3d4全控桥半控桥削磁桥1d1Ue1UF11d2Ue2UF11d3Ue3UF21d4Ue4UF21232021/9/1245 脉冲形成与放大电路V147V160V161V162C10324V12V+24VV163GDSC107R126脉冲输入脉冲封锁CDC104R130V144V145R1292021/

17、9/1246微机控制系统 SS92021/9/12471987年：开始研究1991年底：SS40038机车试运行1993年底：通过部级技术审查1996年底：部级鉴定1997年：批量生产我国发展概况微机控制交直传动电力机车： SS8 SS9 SS7D SS7E TM1 DDJ1 春城号电动车组 SS3B2021/9/1248主CPU脉冲控制脉冲放大串行总线接口数字信号接口继电器/光耦隔离模拟信号调整A/D D/A人机对话保护监控电源RS485列车总线其它总线基本结构车载微机的发展历程车载微机的发展可分为三个阶段：以单一功能或单一设备的测控为目标的初级阶段；以一节车厢（机车、车辆）内的全部可编程设

18、备为对象（例如一台机车的全部控制设备）的中级阶段；集整列列车内部测控任务和信息处理任务为一身的高级阶段。2021/9/1250SS9机车控制系统简介SS9型6轴客运电力机车采用微机控制，SS9型微机控制系统是在SS8基础上设计的；微机柜的外形尺寸：771(长)486.5(宽)1000(高)mm；微机控制装置采用柜体、插件箱、插件的三层结构；SS9微机柜的控制方式类同SS8，实现机车的牵引/制动特性控制、空转/滑行保护、列车供电控制、空电联合制动控制等基本功能，具有初步的故障监控、故障记录和高、低压自检功能。2021/9/12512021/9/1252硬件特点微机控制装置以插件箱为基本单元，每个

19、插件箱独立控制1个转向架，即一层插件箱控制端转向架，二层插件箱控制端转向架，一层与二层插件箱布线稍有不同，不能互换。一、二层中对应位置的插件相同，插件可以互换，但同一插件箱中的数字输入输出A、B插件由于内部跨接矩阵不同而不能互换。2021/9/1253插件箱中的插件配置 2021/9/1254控制插件箱的硬件框图 2021/9/1255模拟信号输入输出 模拟输入信号：司机控制器的给定电位器指令信号、电压/电流传感器的反馈信号、速度传感器反馈信号、制动缸压力传感器反馈信号等，分别经相应的信号调整(或处理)电路，送A/D采样；模拟输出信号：计算机输出的数字控制量，经D/A转换输出8路模拟信号，如机

20、车速度表信号(V0)。2021/9/1256数字量输入输出外部数字输入信号：经带过压吸收的光电隔离数字输入电路送CPU的内部数据总线；内部数字信号：通过无隔离的通用数字输入/输出通道用于插件箱内部各插件间的连接。既可以用作输入，又可以用作输出，根据不同的应用通过跨接矩阵灵活设置，大大增强了数字量输入/输出的通用性；数字输出信号：经继电器隔离输出数字控制信号，如过载跳主断等；脉冲输出信号：脉冲控制器根据SBC送来的移相控制信号控制晶闸管的触发时刻和触发位置，实现牵引/制动的调速控制。2021/9/1257采用三级分级结构人机对话级：主CPU为80486，实现人机对话功能，采用TFT彩色液晶显示屏；特性控制级：主CPU为80C186，实现机车特性控制、各种保护功能和