电力牵引控制技术_5_电子控制.ppt

1、北京交通大学 电气工程学院 王立德,相控机车电子控制系统,电力牵引控制技术,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； 防空砖、防滑行； 无功功率补偿； 各种保护等。,电子控制系统基本电路,6G：恒流单闭环自动控制系统,6G：转向架控制 牵引制动控制,6G机车控制基本过程,给出指令信号 e0 基准电流 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PI eC 连续调节器 UC1 UC2 晶闸管触发系统 RM1 RM2,基本电路原理,晶闸管触发系统：,一、交直叠

2、加移相电路,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,交直流电压串联叠加移相,R、L、C串联谐振：u L和u C相互抵消 u R = 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,u网 = umsint,u网,同步变压器,u1(反相),串联谐振电路,uc(滞后u190),ur(实际超前网压90),R、L、C兼有滤波作用,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

3、电压,RLC电路起到滤波作用,采用同步电压和可调直流电压相叠加,ur：同步余弦电压,uc：直流控制电压,ub = ur + uc = Urmcost + Uc,6G：ur = 7.5cost,uc = +7.5 -7.5V,2. 交直叠加移相电路,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= 7.5cost 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

4、位从180变到0,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 = Uc, cos = Uc / Urm,半控：Ud = Ud0 ( 1 + cos ) / 2, Ud与Uc具有简单的线性关系,全控：Ud = Ud0 cos,缺点：电源电压波动和波形畸变会影响控制角的变化,脉冲形成电路,脉冲形成及整形电路,脉冲整形电路,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：,脉冲功率放大电路,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

5、冲的形式：,脉冲功率放大电路,电流限制环节 Ud : 0 900V Id : 1650A 1400A,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 : 0 50% IREF 0 75% 1.5 e0 : 50% 1 IREF 75% 1 0.5,基准电流变化率调节环节,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-15V D3导通 D3 P2 R16 C I0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、C2,当e0加入负信号：

6、A01正饱和输出+15V D4导通 D4 R15 C I0线性下降到0 下降速度取决于时间常数R15、C2,机车电子控制系统,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,电力机车控制系统,典型机车控制系统：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,一、特性控制：单手柄特性控制器,顺时针转动： 牵引工况 分011级 逆时针转动： 制动工况 分0

7、11级,单手柄级位：n 电流指令 ：I = 200 n (A) 速度指令 ：v = 10 n (km/h),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,A2： IA2 = I0,V456 、 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 + C1 A4： IA4 = C2 V584 、 V591 最大值选择器,二、积分延时电路,积分电路工作原理：,A5：放大倍数

8、很大 工作在饱和区 A6：积分器,1. 当IS1突升后，A5输出负饱和 V462 V461阻断 V460 V463导通 -15V R180 R184 C 输出电压IS2为正 直线上升 时间常数为 = RC = ( R184 + R180 ) C74 = 6.6(S),2. 当IS1突降后，A5输出正饱和 V462 V461导通 V460 V463截止 +15V R177 R182 C 输出电压IS2直线下降 时间常数为 = RC = ( R182 + R177 ) C74 = 2.8(S),三、晶闸管触发系统,信号形成电路,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

9、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,A：全波整流电路,A1、A2构成全波整流电路 网压正半周：A1负 A2正 网压负半周：A1正 A2负,B：积分电路,LM139：电压比较器 1. RU没有脉冲 场效应管截止 给电容C充电 t= U 达到最大值,2. 加入RU负脉冲 场效应管导通 使C迅速放电 形成余弦信号,C：网压峰值记忆回路,每半周内，U 达到最大值时：,输入网压过零信号ds 比较器输出高电平 场效应管导通 UC = U 电压跟随器 UF,D：d形成电路,UE：直流控制电压 UF -U：同步信号电压,当UE

10、 UF -U 时： d 输出高电平,E：有源滤波,A714：滤波器 50Hz有源带通滤波器 LM139：过零比较器,F：d0 d ds RU 形成电路,工作原理：,单稳电路74HC4538：当同相触发端A有一上升沿触发 反向端B为高电平时，Q输出一脉冲信号 脉冲宽度由RC决定 = K RC 1 = 700s 2 = 20s,U 比较器 方波 逻辑电路 RU 、d0、d、ds,脉冲移相控制电路,三段连续控制,1段：Ue1/UF1= 10 d1对T11和T13进行相控 1=1800 Ue2/UF1= 0 2=0 T12和T14接近二极管运行 Ue3/UF2= 1 半控桥封锁 Ue4/UF2= 1 削磁桥封锁,2段：Ue1/UF1= Ue2/UF1= 0 全控桥满开放 Ue3/UF2= 10 半控桥投入工作 Ue4/UF2= 1 削磁桥封锁,3段：Ue1/UF1= Ue2/UF1= Ue3/UF2= 0 全、半控桥满开放