电力牵引控制技术分析总结.doc

1.电力机车的电气线路：主电路，控制电路，辅助电路2.SS1型机车：33个调压级和3级有级消磁3.6K型机车采用复励牵引电动机，通过控制励磁整流器而改变它的励磁绕组电流IF的办法来达到规定的磁场削弱系数。4.斩波器：由晶闸管元件和使之关断的换相电路5.SS1型机车没有两个两位置开关即主变压器边绕组正反串接开关和牵引，制动工况转换开关6.6G型机车为六轴机车，六台牵引电动机按前后转向架分成两组，每组三台牵引电动机并联运行。7。四象限脉冲整流器：为了改善机车的功率因数和减少谐波电流对电网的干扰，在交直交机车上除了电机侧有逆变器以外，电源侧还设有四象脉冲整流器充本质上讲四象脉冲整流器是按斩波方式工作的整流器。8.恒压运行：将电流手柄置于较高位置，使电流环不参与调解操作电压手柄则电机端电压不断上升，机车加速当电压手柄停留在某一级位上，则机车保持在这一恒定电压下运行。1.串励牵引电机的优缺点：优点：交直型电力机车普遍采用串励牵引电机。串励电机具有牛马特性即启动牵引力大，随着机车速度增加，牵引力相应的减小，基本上具有恒功特性，所以十分适合于机车牵引的需要。它的最大却点就是软特性和防空转能力差，容易超速。2.电阻制动的优缺点：优点：提高列车运行的安全性。减少了闸瓦和轮缘磨耗，提高了列车下坡运行速度，节约了能量，易于实现制动力自动控制。缺点：低速时，制动力直线下降。克服方法：1.采用加馈电阻制动2.将制动店主分成两级。3.电力机车上可能发生的过电压：1.来自大气的雷击过电压，简称大气过电压，可高达数百万伏，又称外部过电压，通过接触网导线火直接侵入车顶高电压部分2.来自机车内部的电器设备，如硅整流元件的整流换相；电器开关如主断路器的分合等，称为操作过电压或内部过电压。4.移相电路分为阻容移相，单结晶体管移相，交流与直流叠加移相和锯齿波与直流叠加移相。前两种一般用于功率不大的整流装置。触发系统不经脉冲变压器隔离，直接与主电路晶闸管门级相连接。后两种用于大功率电力机车整流装置，移相电路输出，中间经脉冲信号形成电路（例如单稳电路）和隔离脉冲变压器，在送到晶闸管的门极。5.采用异步电机作为牵引电机的优点：1，由于转速可达到4000r/min以上，功率比较大,2.通过选择最佳传动比减少电动机质量，而不会影响其性能；3.由于利用了换向器所占的空间，每单位体积发出的力矩更大；4.由于定子绕组沿圆周均匀分布，散热条件好，电动机的热利用最佳。细述SS1型电力机车司机控制器的转换手柄与调速手柄之间的机械联锁作用答:当调速手柄在”0”位时，转换手柄可以从其”0”位取出，插入或从”0”位扳倒“后”，“前”或“制”2.转换手柄在“0”位或取出后，调速手柄被锁在其“0”位不能扳动。3.转换手柄扳倒“前”或“后”位时，调速手柄可以再牵引各位（“0”-“快”）间任意扳动。4调速手柄离开“0”位时，转换手柄不能从“后”，“前”或“制”位扳回“0”位。5.调速手柄在“降，固1，固2，升”各位时，转换手柄可以再“前，I，II,III”各位来回扳动；同样转换手柄在“前，I，II,III”各位时，调速手柄可以在“降，固1，固2，升”任意扳动6.转换手柄在“制”位时，调速手柄可由“0”位扳倒“制”位，当继续推动调速手柄时便带动电位器转动。通过半控整流桥平滑调节牵引电机励磁电流的大小。电力牵引闭环自动控制系统的基本工作原理：根据司机给定量和检测到的被调量得反馈值进行比较，形成偏差信号E，然后按偏差经调节控制器控制晶闸管整流器的输出电压，即控制牵引电机的输入电压，从而达到控制被调量得目的。机车牵引特性的限制 2. 最高速度限制3. 粘着限制4. 最大允许电流限制5. 安全换向限制 当电网电压波动时，并励电机的电流冲击和牵引力冲击比串励电机大得多；串励功率利用好，能充分发挥机车的功率；并励：特性硬 DF1较大 迅速恢复粘着；串励：特性软 DF2较小 粘着不易恢复形成空转一、调节端电压改变牵引电机的连接方式：优点：能量损耗少，比较经济缺点：调压级数有限，需要复杂的转换开关和接触器。牵引电动机与电阻串联：优点：控制简单缺点：起动不平稳，粘着利用不好，损耗大。改变牵引变压器的输出电压改变牵引发电机的转速和励磁电流改变同步牵引发电机定子绕组接法。磁场削弱系数指的是在牵引电动机电枢电流相同的条件下，磁场削弱的磁场磁势与全（满）磁场时的励磁磁势之比。电力机车能量传递 调压过程：16级：TK47闭合 TK38断开；17级：TK48闭合 TK46断开；17 18级：调压开关反向转换 TK46闭合 TK48断开；18 19级：TK38闭合 TK47断开；调压过程特点：牵引变压器两固定绕组与两大段具有七个抽头八小段 可调绕组用26正和26反进行正接和反接的转换。除第一级以外，形成等差的33级电压，平均交流电压的有效值的级差为62.5v，平均整流电压级差为56.25v。Un = 40 + 62.5 (n 1) (V)； Udn = 0.9Un = 36 + 56.25 (n 1) (V)各相邻级间转换用硅整流管过渡，起到隔离作用；升位时：自然换相 基本无电弧； 降位时：强迫换相 产生电弧 ；奇数级位，左右半波电路输出电压是对称的； 偶数级位，正负半波整流电压不对称，幅值不等。17级输出：1040v 整流后：Ud17= 0.9 x 1040 = 936v；一、接触器：用来接通或切断带有负载的主电路或大容量控制电路的自动切换电器；电空接触器（适用范围：大电流、高电压场合）二、继电器特点：没有灭弧装置，结构简单；触头容量小，体积重量较小；动作准确性要求高三、组合开关：包括调压开关： 绕组转换开关 分级转换开关两位置转换开关（63,64，26正26反）：绕组转换开关 牵引制动转换开关 机车运行方向：改变电机励磁方向； 两位置转换开关控制：前 63Q(64H) 64Q(63H)；后 63H(64Q) 64H(63Q)【63Q 64H63H 64Q得电】实现电机电压调节：牵引时：顺时针；制动时：逆时针；208：控制调压开关，伺服电机转不转；206：控制电机的转动方向；降：减速降位稳定运行时打在“固1”升、快升：加速升位稳定运行时打在“固2”机车运行状态控制电路：转换手柄“前”或“后”完成牵引准备；制动：调速手柄“0”位 转换手柄“制”两位置转换开关转到制动位；四、伺服电动机转向控制：伺服电动机：励磁方向是固定的改变电枢电流方向 转向；206得电 H2 S1 206失电 S1 H2升位时：N330有电 N331没电：017级：N330有电20526反206得电其常开触头闭合 CD正转 H2 S1 1733级：26正得电-N331无电 26反断开-206失电 反转（T17 26正通26反断）降位时：N331有电 N330没电：3317级：N331有电-26正-206得电 正转170 级：26反得电-N330无电 26正断开-206失电 反转（T17 26反通26正断）升：017正转（206得电）1833反转（206失电）降：3318正转（206得电）170反转（206失电） 0-16调速手柄从“固2”扳到“升”位：N370得电216206214TK 18-33 -208得电 伺服电动机带动调压开关开始转动，向“1”位过渡调速手柄从“固2”位扳到“升”不松手，只能连升1位手柄需要先回“固2”再将手柄扳到“升”，重复上述过程，逐级上升调速手柄扳到“快升”，能连续升级直至33级。N370失电-206不吸合；N333始终有电-208得电 调压开关连续升位，直至17位绕组转换 208断开-26反失电-206常闭触头208得电继续升级 直至33级调速手柄从“固2”扳到“固1”位：N330失电而N331得电手柄位于“降”位：N333得电-208得电-可连续降至“1”位牵引运行时：调速手柄在“固2”、“固1”位转换手柄可从“前”扳到“1”、“2”、“3”进行磁场削弱1.N327-65、66得电-电空接触器 65、69、73和66、70、74闭合牵引电机绕组并联 R11、R21、R31和R61、 R51、R41；阻值为0.095W b = 70%2.N327失电-65、66失电；N328-65、66、67、68得电-67、71、75和68、72、76闭合-牵引电机绕组并联 R12、R22、R32和R62、 R52、R42；阻值为0.0447W ；b = 54%3. N327、N328失电-电阻一起并入 R = R1/R2 b = 45%电阻制动：先将调速手柄扳到“0”位，再扳到“制”动位：当调压开关退回零位TK0闭合主电路由串励变为他励N326-TK0-电空阀 63Z、64Z得电 转换到制动位-励磁电路接触器83得电同时N38788105215-励磁电路接触器84吸合并自锁-主电路由串励变为他励机车故障自动控制：故障205失电214失电 N321205常闭联锁触头64QHTK1-13 -214常闭联锁触头-208得电 CD转为什么说这时一定是退位而与手柄位置无关？17级以上：205常开触头切断了N330对线圈206的供电206失电-CD正转变为反转 调压开关退级17级以下：N331-26正206得电CD正转 调压开关退级 直至“0”位提高功率因数的方法：1. 采用并联电容的方式：为了削弱某些频率的高次谐波电流，往往采用L-C和L-C-R滤波器形式的PFC，但是这些滤波器对基波电流必须是容性的，以达到既削减特定次数谐波电流，又改善基波功率因数的目的2.利用特殊控制方法：不对称触发；扇形控制（cosj = 1）；PWM控制（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）3.多段桥顺序控制；结论：段数越多功率因数越高6G型电力机车主电路特点：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6G型电力机车主电路（RM1;RM2;RM3;RM4）低压调压:调节RM1，封锁RM2;D3、D4续流; Ud：0 0.5Ud0 = 450V高压调压:RM1满开放，调节RM2 ; Ud： 0.5Ud0 Ud0 = 900VSS4型电力机车主电路: 轴式2（B0 B0） (三段不等分整流桥顺序控制与开关控制相结合;三段绕组：a1b1 = b1x1 = 335V; a2b2 = 670V)第一段： T1T2移相D3D4续流; T3T4T5T6都封锁; Ud = 0 0.25Ud0;第二段： T1T2满开放 触发T3T4; Ud = 0.25 0.5 Ud0;开关控制：T1T2 T3T4封锁 T5T6满开放第三段： T5T6满开放 触发T1T2; Ud = 0.5 0.75 Ud0;第四段： T1T2T5T6满开放 触发T3T4; Ud = 0.75 1Ud0结论：顺序控制和开关控制相结合使三段桥实现四个调压区 又称“经济四段桥”;SS4改进型电力机车主电路工作原理:第一段：触发T5T6 T1T2T3T4都封锁;Ud = 0 0.5 Ud0;第二段： T5T6满开放 触发T1T3;Ud = 0.5 0.75Ud0第三段： T1T2T5T6满开放; 触发T3T4 Ud =0.75 1 Ud0;结论：三段不等分整流桥实现三个调压区，功率因数低于SS4，没有负载转换过程，增加系统工作可靠性；6K电力机车主电路工作原理：三段不等分整流电路控制方式与SS4改相同牵引电机采用复励电机采用改接电枢的方法改变机车运行方向B80P机车主电路工作原理：三段全控桥实现四个调压区可实现再生制动结论：三段桥实现四个调压区；优点：所用元件少，变压器抽头少；缺点：管子耐压T7T8要求高；8K型电力机车及其不对称触发控制：一段半控桥和一段全控桥串联相控再生制动时全控桥逆变运行，半控桥作制动励磁电源2（B0 B0） 每转向架两电机串联无级磁场削弱调节设有功率补偿装置8K型电力机车调节顺序：首先开放全控桥整流电压 0 0.5Ud 半控桥未输出电压 D23、D24续流开始半控桥调压整流电压0.5Ud Ud全控桥和半控桥满开放后，调节励磁分路晶闸管实现无级磁场削弱全控桥：wt = a 触发T11 ； wt = p+a0 触发T12 ； wt = p+ a 触发T13 ； wt = 2p+a0 触发T14； （正负正负）总结：通过不对称触发全控桥运行在半控桥状态；T12、T14：二极管工作状态；T11、T13：晶闸管工作状态； 半控桥：wt = a 触发T21 ； wt =p T12截止 ； wt = p+a 触发T22 ； wt=2p T22截止 ； （正负正负）结论：T21、T22：导通角p - a；D23、D24：导通角p + a； 二极管的电流额定值一定要比晶闸管大；无级磁场削弱工作原理：（当全控桥和半控桥满开放后，要继续升速，必须进行无级磁场削弱）未进行磁场削弱时：固定分路电阻RSH形成固定磁场削弱系数 b0 = 96%进行磁场削弱时 电源电压正半周（上正下负）wt = a 触发T243 D242截止电源电压负半周（上负下正）wt = p+a 触发T223 T222截止总结：只要调节分路晶闸管的触发角a，可以连续调节磁场削弱系数b机车的电气制动：一、电阻制动 能耗制动（利用电机的可逆原理，电动机 发电机）二、再生制动与有源逆变（牵引工况时：Ud为“正” E为“负” 再生制动时：Ud为“负” E为“ 正” ）再生制动时：调节磁通f If调节端电压Ud a一般再生制动的调节过程：1. 调节励磁电流If BC2. 调节逆变器电压Ud AB3. 低于A点的速度区域 AB加馈制动时 Ud为“正” E为“ 正”8K机车再生制动的工作原理 电源电压正半周（上正下负）wt = p-b0 触发T11 IT11 = IT14 = Id 电源电压负半周（上负下正）wt = p+a 触发T12 IT11 = IT12 = Id 电源电压负半周（上负下正）wt=2p- b0 触发T13 IT12 = IT13 = Id 电源电压正半周（上正下负）wt = 2p+a 触发T14 IT13 = IT14 = Id结论：逆变工况：T12、T14：晶闸管工作状态；T11、T13：维持最小逆变角b0再生制动的两种控制方式：b = g + dg ：换相重叠角；d ：晶闸管恢复阻断角 b = C： g随制动电流、回路阻抗和变压器电压的变化而变化 固定b角必须用Izmax、Xzmax、Uzmin计算 eg. 6G b = 55 d = C：选取足够的d值，固定不变 b随g的改变而变化 eg. 8K d = 9 B 80P d = 18 22 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。给定积分器 限制电流的上升率和下降率（上升时间6S 下降时间1S）；比例调节器 避免机车发生空转（线性非线性）（）电流限制环节 限制电机的最大电流（Ud : 0 900V Id : 1650A 1400A）晶闸管触发系统：Uc- 移相-脉冲形成-功放晶闸管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电路起到滤波作用交直叠加移相电路（超前90）：6G（ur = 7.5coswt；uc = +7.5 -7.5V；ub = ur + uc = Urmcoswt + Uc）结论：当u c从7.5V变到7.5V时，u b= 0的相位从180变到0交直叠加移相电路特点：优点：主电路输出电压Ud与控制电压Uc具有线性关系；缺点：电源电压波动和波形畸变会影响控制角的变化晶闸管触发脉冲的基本要求：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形式：窄脉冲；宽脉冲；连续脉冲；双脉冲；脉冲列；组合脉冲电力机车控制系统：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（单手柄级位：n电流