电传动控制原理第四章相控电力机车a

电传动控制原理第四章相控电力机车a第一页，共五十二页，编辑于2023年，星期一§4.1有级调速与无级调速以起动过程为例：速度由零上升到运行速度的加速过程，特殊形式的速度调节起动时电力机车速度为0，牵引电动机转速为0牵引电动机的反电势E=Cen=0若进行满压起动，将产生很大的起动电流10倍额定电流在换向器上产生火花环火过大的电磁转矩破坏机车的粘着条件，空转过大的机械冲击力机械零件损伤，振动冲击限制起动电流，进行变阻起动或降压起动第二页，共五十二页，编辑于2023年，星期一有级调速机车:降压起动过程：

v=0n=0E=0U=IdRId=U/R电压升至第六级：从a点起动

F>WnEId

有级调速机车SS1有33个调压级和3级磁场削弱对应于牵引变压器的每级电压都有一条速度特性曲线vId6abcd第三页，共五十二页，编辑于2023年，星期一§4.26G型电力机车主电路T1T2T3T4D1D2D3D4M1M2M3RM4RM3RM1M4M5M6RM2第四页，共五十二页，编辑于2023年，星期一桥式整流：变压器的容量发挥充分，结构简化两段半控桥相控无级调压：起动、调速平滑半集中式供电：电机之间负载分配较均匀取消了调压开关：主电路简单、开关电器动作减少一、特点第五页，共五十二页，编辑于2023年，星期一

低压调压调节RM1，封锁RM2D3、D4续流Ud：0~0.5Ud0=450VRM1满开放，调节RM2

Ud：0.5Ud0~Ud0=900V0-900V调压，用一段桥式电路是否可以实现，且主电路简单？为何用两段桥式电路？二、调压原理

高压调压第六页，共五十二页，编辑于2023年，星期一§4.3机车功率因数问题实现端电压平滑调节，减少电流冲击，较好利用粘着力获得机车工作范围内的任意牵引力和速度更好地利用机车的惯性取消笨重的有触点式调压开关晶闸管整流实现无级调速的优点：晶闸管整流实现无级调速的缺点：功率因数低和谐波分量较高第七页，共五十二页，编辑于2023年，星期一机车功率因数概念：

一般正弦交流电路：U、I均为正弦功率因数：电压与电流之间相位角的余弦cos

电力机车：I发生畸变为矩形波

机车整流电路的功率因数

=机车牵引变压器高压侧有功功率机车牵引变压器高压侧视在功率=P/S=Pd/S第八页，共五十二页，编辑于2023年，星期一机车功率因数概念：=P/S=

U1I1fcos1U1I1I1f=I1=cos1cos1

：电流畸变系数

cos1

：基波电压与基波电流之间的相位移系数

牵引变压器高压测电压有效值电流基波有效值牵引变压器高压测电流总有效值第九页，共五十二页，编辑于2023年，星期一不可控整流电路：SS1Mu~i~Idi~u~tIdidt第十页，共五十二页，编辑于2023年，星期一不可控整流电路：SS1牵引变压器高压侧电流与电压同相位

cos1=1

S=U1I1=KU2•(Id/K)Ud=22/•U2S=22UdId=22Pd=Pd/S=22PdPd=22=0.9=P

/S=U1I1fU1I1=I1fI1=0.9第十一页，共五十二页，编辑于2023年，星期一半控整流电路：idIdtcos1=cos/2电流有畸变三个台阶u~ti~Mu~i~Id第十二页，共五十二页，编辑于2023年，星期一全控整流电路：idIdtcos1=cos电流有畸变两个台阶Mu~i~Idu~ti~第十三页，共五十二页，编辑于2023年，星期一提高功率因数的方法利用特殊控制方法不对称触发扇形控制PWM控制多段桥顺序控制第十四页，共五十二页，编辑于2023年，星期一i~u~ti~u~t全控桥：存在电压和电流反向阶段电网吸收能量半控桥：不存在电压和电流反向阶段

不对称触发第十五页，共五十二页，编辑于2023年，星期一u~tiT1tiT2tiT3tiT4tMu~i~IdT1T2T4T3T1、T2：晶闸管工作在时，T1触发导通在+，T2触发导通T3、T4：二极管工作在网压过零时导通i~第十六页，共五十二页，编辑于2023年，星期一Mu~i~IdT1T2D3D4u~ti~tt=晶闸管导通t=晶闸管截止若

=电流基波分量与电源电压同相位cos=1

扇形控制第十七页，共五十二页，编辑于2023年，星期一双重扇形控制第十八页，共五十二页，编辑于2023年，星期一PWM控制eSeCeC：载波eS：正弦调制波调节输出电压：改变脉冲宽度改变脉冲次数可以消除低次谐波udi~第十九页，共五十二页，编辑于2023年，星期一多重PWM控制第二十页，共五十二页，编辑于2023年，星期一

多段桥顺序控制T1T3T2T4T5T6D5D6D1D2a1x1a2x2o6G：两段半控桥顺序控制SS4：三段半控桥顺序控制三段绕组：a1oox1U2/4

a2x2U2/2第二十一页，共五十二页，编辑于2023年，星期一Ud第一段：控制半控桥D1D2T1T2

T3T4T5T6都封锁

Ud=0~¼Ud0第二段：

T1T2满开放控制T3T4Ud=¼~½Ud0第三段：

T5T6满开放控制T1T2Ud=½~¾Ud0第四段：

T1T2T5T6满开放控制T3T4Ud=¾~1Ud0负载转移：T1T2T3T4封锁

T5T6满开放第二十二页，共五十二页，编辑于2023年，星期一1：全控桥2：半控桥3：两段半控4：四段半控123401UdUd00.9结论：段数越多功率因数越高第二十三页，共五十二页，编辑于2023年，星期一第二十四页，共五十二页，编辑于2023年，星期一§4.4

6G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第二十五页，共五十二页，编辑于2023年，星期一+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第二十六页，共五十二页，编辑于2023年，星期一6G机车控制基本过程:

给出指令信号e0

基准电流组件IRef给定积分器限制电流的上升率和下降率比例调节器避免机车发生空转电流限制环节限制电机的最大电流电流调节器PIeC

连续调节器UC1UC2

晶闸管触发系统RM1RM2

第二十七页，共五十二页，编辑于2023年，星期一§4.5

典型电路分析晶闸管触发系统：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第二十八页，共五十二页，编辑于2023年，星期一6G：交直流电压串联叠加移相u网u1LRCR2urur’+-uc+24VT1第二十九页，共五十二页，编辑于2023年，星期一R、L、C串联谐振：uL和uC相互抵消uR=uuLRCuLuRuCuLuCuR=u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6G第三十页，共五十二页，编辑于2023年，星期一6G：u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u190º)ur(实际超前网压90º)R、L、C兼有滤波作用第三十一页，共五十二页，编辑于2023年，星期一RLC串联谐振电路特点：改变电阻R可以调节电容的端电压电容的端电压UC比电源电压滞后90°从电容端取输出电压RLC电路起到滤波作用第三十二页，共五十二页，编辑于2023年，星期一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.

交直叠加移相电路第三十三页，共五十二页，编辑于2023年，星期一u网urttub7.5Vtubtub-7.5V180°90°

当uc=7.5Vub=7.5cost+7.5=0

cost=－1t=180°

当uc=0ub=7.5cost+0=0

cost=0t=90°

当uc=-7.5Vub=7.5cost－7.5=0

cost=1t=0°结论：当uc从7.5V变到－7.5V时，ub=0的相位从180°变到0°第三十四页，共五十二页，编辑于2023年，星期一交直叠加移相电路的特点：优点：主电路输出电压Ud与控制电压Uc具有线性关系ur和uc相交时：Urmcos=-Uccos=-Uc/Urm半控：Ud=Ud0(1+cos)/2

Ud与Uc具有简单的线性关系全控：Ud=Ud0cos

Ud=Ud0UrmUc-Ud=Ud02UrmUc+Ud02-缺点：电源电压波动和波形畸变会影响控制角的变化第三十五页，共五十二页，编辑于2023年，星期一D3T2R20T4R22R26R24T6R28C9R30R32+24V12

脉冲形成电路二、脉冲形成及整形电路第三十六页，共五十二页，编辑于2023年，星期一脉冲形成：输入端为低电平：T4截止T6导通无输出脉冲输入正脉冲：T4导通T6截止

C充电：+24VR28C9R30

输出一个正尖脉冲

12：换相角限制在换相期间不会有触发脉冲产生第三十七页，共五十二页，编辑于2023年，星期一

脉冲整形电路——单稳触发电路D9R34T8R38T10R40C15R44R46+24VR36D11R481.5ms第三十八页，共五十二页，编辑于2023年，星期一脉冲整形：当无输入信号时：T10导通T8截止无输出脉冲C充电完毕左+右当输入尖脉冲信号时：T8导通

D11截止T10截止输出高电平

C放电再反向充电：+24VR46T8右+左D11导通T10导通T8截止输出低电平结论：输出矩形脉冲的宽度和幅值与输入脉冲的形状和幅值无关

6G触发脉宽1.5msT第三十九页，共五十二页，编辑于2023年，星期一T1T2D1D2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、换相角限制环节第四十页，共五十二页，编辑于2023年，星期一换相角限制电路R2T1R3R4R5T2R6C1R8R7+24VT3D1312R10R11R1C2R12D276AB第四十一页，共五十二页，编辑于2023年，星期一换相限制工作原理：当A点的电压从正变为负，B从负变为正时：T1截止T2延时导通T3延时截止12输出正信号当A点的电压从负变为正，B从正变为负时：换相期间，T1仍截止T2导通T3截止12仍维持输出正信号当A点的电压从负变为正，B从正变为负时：换相结束，T1导通T2延时截止T3延时导通12输出负信号第四十二页，共五十二页，编辑于2023年，星期一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、脉冲功率放大电路第四十三页，共五十二页，编辑于2023年，星期一窄脉冲宽脉冲连续脉冲双脉冲脉冲列组合脉冲晶闸管触发脉冲的形式：8K6G第四十四页，共五十二页，编辑于2023年，星期一6G：脉冲放大电路T12T14+24V24Vu~110V1.5ms16V2.9V通道Ⅰ输入通道Ⅱ输入输出桥臂Ⅰ输出桥臂Ⅱ第四十五页，共五十二页，编辑于2023年，星期一脉冲放大工作原理：T12的基极有触发脉冲：T12导通T14导通

当T14导通时：电容C放电形成16V尖峰电压电容电压低于24V稳压电源输出2.9V电压第四十六页，共五十二页，编辑于2023年，星期一电流限制环节

Ud:0900VId:1650A1400A

五、基准电流形成电路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

e0:050%IREF075%1.5e0:50%1IREF75%10.5第四十七页，共五十二页，编辑于2023年，星期一

基准电流变化率调节环节e0+A01+15V-15V+A02+A04R11

10KR13

10KR7

3K3R9

1MR6

47KR1010KR2

4K7R34K7C147

D4D3R15

47KR1410KR16

1MR17

3K3C2

47D11D12P1P2I0-7.5V4K7第四十八页，共五十二页，编辑于2023年，星期一工作原理分析：A01：比例调节器A04：倒相器A02：积分器

当e0加入正信号：

A01负饱和输出-15VD3导通D3P2R16CI0线性上升与e0相抵消A01脱离饱和上升速度取决于时间常数R16、C2e0I06S1S

当e0加入负信号：

A01正饱和输出+15VD4导通D4R15CI0线性下降到0

下降速度取决于时间常数R15、C2第四十九页，共五十二页，编辑于2023年，星期一

非线性环节-15VeC+A05R35

22KR31

44K2R30

47K5R32100KC3220

D8D10P3

2K2R34

4K