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1、电力牵引控制技术电子控制第1页，本讲稿共44页机车控制系统主要作用机车控制系统主要作用机车控制系统主要作用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。第2页，本讲稿共44页电子控制系统基本电路电子控制系统基本电路电子控制系统基本电路电子控制系统基本电路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3页，本讲稿共44页+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1800UC2
2、eCeC第4页，本讲稿共44页6G6G机车控制基本过程机车控制基本过程 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 第5页，本讲稿共44页基本电路原理基本电路原理基本电路原理基本电路原理晶闸管触发系统：一、交直叠加移相电路一、交直叠加移相电路一、交直叠加移相电路一、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
3、系统经脉冲变压器第6页，本讲稿共44页交直流电压串联叠加移相u网u1LRCR2urur+-uc+24VT1第7页，本讲稿共44页R、L、C串联谐振：u L和u C相互抵消 u R=uuLRCuLuRuCuLuCu 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 1.1.同步电路同步电路-串联谐振电路串联谐振电路 6G6G第8页，本讲稿共44页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u190)ur(实际超前网压90)R、L、C兼有滤波作用第9页，本讲稿共44页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
4、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10页，本讲稿共44页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 -7.5V2.2.交直叠加移相电路交直叠加移相电路交直叠加移相电路交直叠加移相电路第11页，本讲稿共44页u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
5、=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的相位从180变到0第12页，本讲稿共44页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 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13页，本讲稿共44页 脉冲形成电路脉冲形成及整形电路脉冲形成及整形电路脉冲形成
6、及整形电路脉冲形成及整形电路 脉冲整形电路1.5ms第14页，本讲稿共44页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：脉冲功率放大电路脉冲功率放大电路第15页，本讲稿共44页窄脉冲 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16页，本讲稿共44页脉冲功率放大电路脉冲功率放大电路脉冲功率放大电路脉冲功率放大电路T12T14+24V24Vu100V1.5ms16V2.9V通道输入通道输入输出桥臂输出桥臂第17页，本讲稿共44页电流限制环节 Ud:0 900V Id:1650A 1400A
7、基准电流形成电路基准电流形成电路给定积分器给定积分器 限制电流上升率与下降率限制电流上升率与下降率 上升时间上升时间6S 下降时间下降时间1S比例调节器比例调节器 避免大电流指令区机车发生空转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第18页，本讲稿共44页 基准电流变化率调节环节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 D4D3R15 47KR1410K R16 1MR17
8、3K3C2 47D11D12P1P2I0-7.5V4K7第19页，本讲稿共44页工作原理分析：工作原理分析：A01：比例调节器：比例调节器 A04：倒相器：倒相器 A02：积分器：积分器 当当e0加入正信号：加入正信号：A01负饱和输出负饱和输出-15V D3导通导通 D3 P2 R16 C I0线性上升线性上升 与与e0相抵消相抵消A01脱离饱和脱离饱和 上升速度取决于时间常数上升速度取决于时间常数R16、C2e0I06S1S 当当e0加入负信号：加入负信号：A01正饱和输出正饱和输出+15V D4导通导通 D4 R15 C I0线性下降到线性下降到0 下降速度取决于时间常数下降速度取决于时
9、间常数R15、C2第20页，本讲稿共44页机车电子控制系统机车电子控制系统机车电子控制系统机车电子控制系统第21页，本讲稿共44页机车控制系统机车控制系统机车控制系统机车控制系统8 8k k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第22页，本讲稿共44页电力机车控制系统电力机车控制系统电力机车控制系统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
10、置 PI调节器 移相触发系统 整流电路两级控制：机车控制 转向架控制第23页，本讲稿共44页vF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第24页，本讲稿共44页一、特性控制：单手柄特性控制器一、特性控制：单手柄特性控制器一、特性控制：单手柄特性控制器一、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电流指令 ：I=200 n(A)速度指令 ：v=10 n(km/h)第25页，本讲稿共44页F(kN)6004002004
11、00A800A1200A2468-200246810%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位才能起动第26页，本讲稿共44页1.1.牵引特性曲线形成电路牵引特性曲线形成电路牵引特性曲线形成电路牵引特性曲线形成电路假设A处断开：A1：IA1=K1I0 K2v IAvIA12468IA28642+A1+A2I0-VIS1+15VR161R171V162V455R163R164V456R154R156R165R151R167V457V458R15910K
12、10KA-15VA2：IA2=I0V456、V458 最小值选择器第27页，本讲稿共44页2.2.制动特性曲线形成电路制动特性曲线形成电路制动特性曲线形成电路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第28页，本讲稿共44页二、积分延时电路二、积分延时电路二、积分延时电路二、积分延时电路IS1+A5+A6R177-15VV467R173+15VR174R176R216IS222
13、0K56KR184560KR180100K1M47K547K5R1751MC7410R187100KV460V461V462V463第29页，本讲稿共44页积分电路工作原理：A5：放大倍数很大 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=(R18
14、2+R177)C74=2.8(S)第30页，本讲稿共44页三、晶闸管触发系统三、晶闸管触发系统三、晶闸管触发系统三、晶闸管触发系统l l 信号形成电路信号形成电路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第31页，本讲稿共44页控制过程：控制过程：注意：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
15、UF UF-U 直流控制电压Ue d2.UN 滤波器比较器 d0 延时电路 各种 控制信号RU、d0、d、ds第32页，本讲稿共44页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UNUo+A2+15VLM12422K22K+A150KUo50KUND1D2第33页，本讲稿共44页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RU+LM139+15V68n10K22K+LM124U78KUo15V10K+5VSDG2.加入RU负脉冲 场效应管导通 使C迅速放电 形成余弦信号 ttUUoRUt第3
16、4页，本讲稿共44页C：网压峰值记忆回路每半周内，U 达到最大值时：C+LM124Uds+LM139+15V10K15V10K+5VDSGUF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第35页，本讲稿共44页D：d形成电路UE：直流控制电压UF-U：同步信号电压 当UE UF-U 时：d 输出高电平tUF-Udt+LM139+15VU15V100K+5V+LM124UFUEd100K100K15V第36页，本讲稿共44页E：有源滤波A714：滤波器50Hz有源带通滤波器LM139：过零比较器 do+LM139+15VUN15V392K+5V+A714392
17、K5K768n68nUNUdo第37页，本讲稿共44页F：d0 d ds RU 形成电路U+5V+A7+5VABQQ+5VABQQC147C149R347R352d0dRUdsD1D2第38页，本讲稿共44页工作原理：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=20sU 比较器 方波 逻辑电路 RU、d0、d、ds第39页，本讲稿共44页l l 脉冲移相控制电路脉冲移相控制电路连续控制器UE1UE2UE3UE4Ue1Ue2Ue3Ue4d1d2d3d4全控桥半控桥削磁桥1d1Ue1UF11d2Ue2U
18、F11d3Ue3UF21d4Ue4UF2123第40页，本讲稿共44页三段连续控制三段连续控制三段连续控制三段连续控制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 Ue4/UF2=10 削磁桥进行相控 4=1800再生制动：工作在第二象限 Ue2/UF1
19、=10 对全控桥进行逆变控制 d3改由Ue4/UF2控制：调节半控桥控制角从1800第41页，本讲稿共44页l l 脉冲形成与放大电路脉冲形成与放大电路V147V160V161V162C10324V12V+24VV163GDSC107R126脉冲输入脉冲封锁CDC104R130V144V145R129第42页，本讲稿共44页晶闸管触发系统晶闸管触发系统l l 信号形成电路信号形成电路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第43页，本讲稿共44页欢迎相互交流！欢迎相互交流！欢迎相互交流！欢迎相互交流！联系方式：联系方式：（010）51688316 王立德王立德 北京交通大学北京交通大学 电气工程学院电气工程学院第44页，本讲稿共44页