电传动控制原理第四章相控电力机车a.ppt

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电传动控制原理第四章相控电力机车,a,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=C,e,n=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,有级调速机车,:,降压起动过程：,v=0 n=0 E,=0 U=I,d,R I,d,=U/R,电压升至第六级,：,从,a,点起动,F W n E I,d,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,v,I,d,6,a,b,c,d,4.2 6G,型电力机车主电路,T1,T2,T3,T4,D1,D2,D3,D4,M1,M2,M3,RM4,RM3,RM1,M4,M5,M6,RM2,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,低压调压,调节,RM1,，封锁,RM2 D3,、,D4,续流,U,d,：,d0,=450V,RM1,满开放，调节,RM2,U,d,：,d0,U,d0,=900V,0-900V,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,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,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 =P,d,/S,机车功率因数概念：,=P /S =,U,1,I,1f,cos,1,U,1,I,1,I,1f,=,I,1,=,cos,1,cos,1,：,电流畸变系数,cos,1,：,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,e0:50%1 IREF 75%,电容电压低于24V 稳压电源输出电压,U1I1f cos1,电容C放电 形成16V尖峰电压,当A03的输出的负电压的绝对值比A05输出的正电压小时：,牵引电动机的反电势 E=Ce n=0,2 6G型电力机车主电路,输入正脉冲：T4导通 T6截止,6G机车控制基本过程:,cos1=cos 电流有畸变 两个台阶,脉冲整形电路 单稳触发电路,U1I1f cos1,改变输出电压“0”态相位,3 机车功率因数问题,输入端为低电平：T4截止 T6导通 无输出脉冲,第二段：T1T2满开放 控制T3T 4,获得机车工作范围内的任意牵引力和速度,不可控整流电路：,SS1,M,u,i,I,d,i,u,t,I,d,i,d,t,不可控整流电路：,SS1,牵引变压器高压侧电流与电压同相位,cos,1,=1,S=U,1,I,1,=KU,2,(I,d,/K),U,d,=,2,2,/,U,2,S=,2,2,U,d,I,d,=,2,2,P,d,=P,d,/S=,2,2,P,d,P,d,=,2,2,=0.9,=P,/S=,U,1,I,1f,U,1,I,1,=,I,1f,I,1,=0.9,半控整流电路：,i,d,I,d,t,cos,1,=,cos,/2,电流有畸变 三个台阶,u,t,i,M,u,i,I,d,全控整流电路：,i,d,I,d,t,cos,1,=,cos,电流有畸变 两个台阶,M,u,i,I,d,u,t,i,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,i,u,t,i,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,u,t,i,T1,t,i,T2,t,i,T3,t,i,T4,t,M,u,i,I,d,T1,T2,T4,T3,T1,、,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,M,u,i,I,d,T1,T2,D3,D4,u,t,i,t,t=,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,双重扇形控制,PWM,控制,e,S,e,C,e,C,：,载波,e,S,：,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,u,d,i,多重,PWM,控制,多段桥顺序控制,T1,T3,T2,T4,T5,T6,D5,D6,D1,D2,a,1,x,1,a,2,x,2,o,6G,：,两段半控桥顺序控制,SS4,：,三段半控桥顺序控制,三段绕组,：,a,1,o ox,1,U,2,/4,a,2,x,2,U,2,/2,U,d,第一段：,控制半控桥,D,1,D,2,T,1,T,2,T,3,T,4,T,5,T,6,都封锁,U,d,=0 U,d0,第二段：,T,1,T,2,满开放 控制,T,3,T,4,U,d,=U,d0,第三段：,T,5,T,6,满开放 控制,T,1,T,2,U,d,=U,d0,第四段：,T,1,T,2,T,5,T,6,满开放,控制,T,3,T,4,U,d,=1 U,d0,负载转移,：,T,1,T,2,T,3,T,4,封锁,T,5,T,6,满开放,1,：全控桥,2,：半控桥,3,：两段半控,4,：四段半控,1,2,3,4,0,1,U,d,U,d0,0.9,结论：段数越多,功率因数越高,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,I,REF,6G,：,转向架控制 牵引制动控制,+24V,e,0,给定积分器,比例调节器,电流限制环节,I,Ref,PI,MAX,M,RM1,RM2,移相及脉冲形成,相位差,180,0,U,C1,移相及脉冲形成,相位差,180,0,U,C2,e,C,e,C,6G,机车控制基本过程,:,给出指令信号,e,0,基准电流组件,I,Ref,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,e,C,连续调节器,U,C1,U,C2,晶闸管触发系统,RM1 RM2,典型电路分析,晶闸管触发系统：,一、交直叠加移相电路,U,c,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,6G,：交直流电压串联叠加移相,u,网,u,1,L,R,C,R,2,u,r,u,r,+,-,u,c,+24V,T,1,R,、,L,、,C,串联谐振：,u,L,和,u,C,相互抵消,u,R,=u,u,L,R,C,u,L,u,R,u,C,u,L,u,C,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,6G,：,u,网,=u,m,sin,t,u,网,同步变压器,t,u,网,u,c,(u,r,),u,网,u,1,t,u,1,(,反相,),串联谐振电路,u,c,(,滞后,u,1,90,),u,r,(,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,U,C,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,实现端电压平滑调节，减少电流冲击，较好利用粘着力,D4导通 D4 R15 C,Ud：d0 Ud0 =900V,当A03的输出的负电压的绝对值比A05输出的正电压小时：,T1、T2：晶闸管工作在时，T1触发导通,Ud=Ud0,I0线性下降到0,D6截止,Ud：d0=450V,D1、D2、T1同时导通,5V D点电位为正,t=0,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,u,r,：同步余弦电压,u,c,：直流控制电压,u,b,=u,r,+u,c,=U,rm,cos,t+U,c,6G,：,u,r,t,u,c,=+7.5,2.,交直叠加移相电路,u,网,u,r,t,t,u,b,7.5V,t,u,b,t,u,b,-7.5V,180,90,当,u,c,=7.5V,u,b,t+7.5=0,cos,t =,1,t=,180,当,u,c,=0,u,b,t+0 =0,cos,t =0,t=,90,当,u,c,=-7.5V,u,b,t,7.5=0,cos,t =1,t=,0,结论：,当,u,c,从变到时，,u,b,=0,的相位从,180,变到,0,交直叠加移相电路的特点：,优点：,主电路输出电压,U,d,与控制电压,U,c,具有线性关系,u,r,和,u,c,相交时：,U,rm,cos,=-U,c,cos,=-U,c,/,U,rm,半控：,U,d,=U,d0,(1+cos,)/2,U,d,与,U,c,具有简单的线性关系,全控：,U,d,=U,d0,cos,U,d,=,U,d0,Urm,U,c,-,U,d,=,U,d0,2Urm,U,c,+,U,d0,2,-,缺点：,电源电压波动和波形畸变会影响控制角的变化,D,3,T,2,R,20,T,4,R,22,R,26,R,24,T,6,R,28,C,9,R,30,R,32,+24V,12,脉冲形成电路,二、脉冲形成及整形电路,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：,+24V,R28 C9 R30,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,脉冲整形电路,单稳触发电路,D,9,R,34,T,8,R,38,T,10,R,40,C,15,R,44,R,46,+24V,R,36,D,11,R,48,1.5ms,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：,+24V,R46 T8,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,T,T1,T2,D1,D2,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,换相角限制电路,R,2,T,1,R,3,R,4,R,5,T,2,R,6,C,1,R,8,R,7,+24V,T,3,D,1,3,12,R,10,R,11,R,1,C,2,R,12,D,2,7,6,A,B,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,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,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：,8K,6G,6G,：脉冲放大电路,T,12,T,14,+24V,24V,u,110V,1.5ms,16V,2.9V,通道,输入,通道,输入,输出桥臂,输出桥臂,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,稳压电源输出电压,电流限制环节,U,d,:0,900V ,I,d,:1650A,1400A,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,e,0,:0,50%I,REF,0,e,0,:50%,1 I,REF,75%,基准电流变化率调节环节,e,0,+,A01,+15V,-15V,+,A02,+,A04,R,11,10K,R,13,10K,R,7,3K3,R,9,1M,R,6,47K,R,10,10K,R,2,4K7,R,3,4K7,C,1,4,7,D,4,D,3,R,15,47K,R,14,10K,R,16,1M,R,17,3K3,C,2,4,7,D,11,D,12,P,1,P,2,I,0,-7.5V,4K7,工作原理分析：,A01,：比例调节器,A04,：倒相器,A02,：积分器,当,e,0,加入正信号：,A01,负饱和输出,-15V,D3,导通,D3,P2,R16,C,I,0,线性上升 与,e,0,相抵消,A01,脱离饱和,上升速度取决于时间常数,R16,、,C2,e,0,I,0,6S,1S,当,e,0,加入负信号：,A01,正饱和输出,+15V,D4,导通,D4,R15,C,I,0,线性下降到,0,下降速度取决于时间常数,R15,、,C2,非线性环节,-15V,e,C,+,A05,R,35,22K,R,31,44K2,R,30,47K5,R,32,100K,C,3,220,D,8,D,10,P,3,2K2,R,34,4K7,R,37,10K,-15V,+15V,+,A03,R,20,66K7,10K,R,23,100K,C,D,6,R,38,I,REF,R,25,49K9,R,24,49K9,D,I,0,R,21,4K7,R,27,1K,P,4,470,R,26,680,D,9,D,7,T,1,非线性环节工作原理分析：,I,0,：,0 5V I,REF,=1.5 I,0,I,0,：,5 10V I,REF,=0.5 I,0,-7.5 -10V,将电位器,P4,的,C,点电压调整在,当,|I,REF,|7.5V D,点电位为负,D6,导通,放大系数,K1,取决于,R23,、,R24,和,R20,基准电流信号的限制环节,T1 A05,e,c,：电机电压信号,当,A03,的输出的负电压的绝对值比,A05,输出的正电压大时：,T1,导通 限制,A03,的输入电流,使输出的基准电流信号降低,-I,REF,U,m,900V,8.5,10,I,m,1650,1400,e,c,8.2V,当,A03,的输出的负电压的绝对值比,A05,输出的正电压小时：,T1,截止,A05,的输出电压决定基准电流的限制界限,谢谢观看,谢谢观看,