电传动控制基础第四章相控调压调速

1、 6G型电力机车l有级调速机车SS1有33个调压级和3级磁场削弱l对应于牵引变压器的每级电压都有一条速度特性曲线vId6abcdl起动时电力机车速度为0，牵引电动机转速为0l牵引电动机的反电势 E = Ce n = 0l若进行满压起动，将产生很大的起动电流 10倍额定电流l限制起动电流，进行变阻起动或降压起动降压起动过程： v = 0 n = 0 E = 0 U = Id R Id = U/R电压升至第六级：从a点起动 F W n E Id l桥式整流：变压器的容量发挥充分，结构简化l两段半控桥相控无级调压：起动、调速平滑l半集中式供电：电机之间负载分配较均匀l取消了调压开关：主电路简单、开关

2、电器动作减少一、特点T1T2T3T4D1D2D3D4M1M2M3RM4RM3RM1M4M5M6RM2l 低压调压调节RM1，封锁RM2 D3、D4续流Ud：0 0.5Ud0 = 450VRM1满开放，调节RM2 Ud：0.5Ud0 Ud0 = 900V问题：问题：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？l 高压调压二、调压原理l实现端电压平滑调节，减少电流冲击，较好利用粘着力l获得机车工作范围内的任意牵引力和速度l更好地利用机车的惯性l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：l功率因数低和谐波分量较高功率因数

3、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系数 =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功率系数概念： = P / S = U1I1f cos 1U1I1=I1fI1=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 不可控整流电路：SS1MuiIdiutidIdt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 = U1I1 = KU2 (Id/K)Ud = 22/ U2S

4、= 22Ud Id = 22Pd = Pd / S = 22 PdPd=22 = 0.9 = P / S = U1I1f U1I1=I1fI1= 0.9半控整流电路：idIdtcos 1 = cos /2 电流有畸变 三个台阶iutMuiId全控整流电路：idIdtcos 1 = cos 电流有畸变 两个台阶MuiIdiutl利用特殊控制方法不对称触发扇形控制PWM控制l多段桥顺序控制iutiut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iutiT1tiT2tiT3tiT4tMuiIdT1T2T4T3T1、T2：晶闸管工作在时，T1触发导通在+，T2触发导通T

5、3、T4：二极管工作在网压过零时导通MuiIdT1T2D3D4utitt = 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 = 1eSeCeC：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udiT1T3T2T4T5T6D5D6D1D2a1x1a2x2o6G：两段半控桥顺序控制SS4：三段半控桥顺序控制三段绕组：a1o ox1 1/4U2 a2x2 1/2U2Ud第一段： 控制半控桥D1D2T1T2 T3T4T5T6都封锁 Ud = 0 Ud0第二段： T1T2满开放 控制T3T 4 Ud = Ud0第三段： T5T6满开放 控制T1T

6、2 Ud = Ud0第四段： T1T2 T5T6满开放 控制T3T 4 Ud = 1 Ud0负载转移：T1T2 T3T4封锁 T5T6满开放1：全控桥2：半控桥3：两段半控4：四段半控01UdUd012340.9结论：段数越多功率因数越高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+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1800UC2eCeCl 给出指令信号 e0l 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

7、环节 限制电机的最大电流l 电流调节器PI eC l 连续调节器 UC1 UC2l 晶闸管触发系统 RM1 RM2 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6G：交直流电压串联叠加移相u网u1LRCR2urur+-uc+24VT1R、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 6G：u网 = umsintu网同步变压器tu网

8、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RLC串联谐振电路 特点：l改变电阻R可以调节电容的端电压l电容的端电压UC比电源电压滞后90l从电容端取输出电压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 -7.5Vu网urttub7.5Vtubtub-7.5V18090 当 u c= 7.5V u b= 7.5cost + 7.5 = 0 cos

9、t = 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 Ud = Ud0UrmUc Ud = Ud02Ur

10、mUc+Ud02缺点：电源电压波动和波形畸变会影响控制角的变化D3T2R20T4R22R26R24T6R28C9R30R32+24V12 脉冲形成电路脉冲形成：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D9R34T8R38T10R40C15R44R46+24VR36D11R481.5ms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

11、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1.5msTT1T2D1D2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 正限制电压发生器换相角限制电路R2T1R3R4R5T2R6C1R8R7+24VT3D1312R10R11R1C2R12D276AB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

12、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l具有脉冲信号l足够的电流电压l触发脉冲宽度l触发脉冲与主电路电源电压同步l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：l窄脉冲 l宽脉冲 l连续脉冲 l双脉冲 l脉冲列 l组合脉冲晶闸管触发脉冲的形式：8K6G6G：脉冲放大电路T12T14+24V24Vu100V1.5ms16V2.9V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

13、电压 电容电压低于24V 稳压电源输出2.9V电压l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1Sl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 0.5l电流限制环节 Ud : 0 900V Id : 1650A 1400A 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 3K3C2 47D11

14、D12P1P2I0-7.5V4K7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 D3 P2 R16 CI0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 D4 R15 CI0线性下降到0下降速度取决于时间常数R15、C2 非线性环节-15VeC+A05R35 22KR31 44K2 R30 47K5 R32100K C3220 D8D10P3 2K2R34 4K7R37 10K-15V+15V+A03R20 66K7 10K R23

15、100KCD6R38IREFR25 49K9 R24 49K9 DI0R21 4K7R27 1KP4 470R26 680D9D7T1非线性环节工作原理分析：I0 ：0 5V IREF = 1.5 I0 0 -7.5VI0 ：5 10V IREF = 0.5 I0 -7.5 -10V将电位器P4的C点电压调整在7.5V当| IREF | 7.5V D点电位为负 D6导通放大系数K1取决于R23、R24和R20 K1= R23/R24 / R20 = 0.5 基准电流信号的限制环节 T1 A05ec ：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

16、电流使输出的基准电流信号降低 -IREFUm900V8.510Im16501400ec8.2V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eC+A03R40100K R30 33K2+A04R41100K UC2R31 33K2 UC1R32100K R3333K2 R345K6 R355K6 R364K7 R374K7 P2P34K7 4K7 直流负偏压6G：RM1 RM2 UC1和UC2决定 晶闸管的触发角 -7.5V +7.5V工作原理分析： ec = 0 5V 牵引电 机端压0 450V 第一段半控桥工作UC1 = 7.5V - 7.5V 1 = 180 0UC2 = 7.5V 2 = 180 闭锁510eCUC7.5-7.50UC1UC2 ec = 5 10V 牵引电机