电传动控制基础第四章相控调压调速

电传动控制基础第四章相控调压调速(ppt)优选电传动控制基础第四章相控调压调速以起动过程为例: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=Cen=0若进行满压起动，将产生很大的起动电流10倍额定电流限制起动电流，进行变阻起动或降压起动降压起动过程：

v=0n=0E=0U=IdRId=U/R电压升至第六级：从a点起动

F>WnEId

§4.26G型电力机车主电路桥式整流：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T1T2T3T4D1D2D3D4M1M2M3RM4RM3RM1M4M5M6RM2

低压调压调节RM1，封锁RM2D3、D4续流Ud：0~0.5Ud0=450VRM1满开放，调节RM2

Ud：0.5Ud0~Ud0=900V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？

高压调压二、调压原理

§

4.3功率因数与功率系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=U1I1fcos

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：SS1Mu~i~Idi~u~

tidId

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=U1I1=KU2•(Id/K)Ud=

22/•U2S=

22UdId=

22Pd=Pd/S=22

PdPd=22

=0.9=P

/S=U1I1fU1I1=I1fI1=0.9比例调节器避免机车发生空转=P/S=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二、脉冲形成及整形电路两段半控桥相控无级调压：起动、调速平滑S=U1I1=KU2•(Id/K)晶闸管触发系统RM1RM2取消笨重的有触点式调压开关Ud=0~¼Ud0当A点的电压从正变为负，B从负变为正时：A01正饱和输出+15V46G电子控制系统6G：转向架控制牵引制动控制半集中式供电：电机之间负载分配较均匀上升时间6S下降时间1S半控整流电路：idId

tcos

1=cos/2电流有畸变三个台阶

i~u~

t

Mu~i~Id全控整流电路：idId

tcos

1=cos

电流有畸变两个台阶Mu~i~Idi~u~

t

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i~u~

t

iT1

tiT2

tiT3

tiT4

tMu~i~IdT1T2T4T3T1、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Mu~i~IdT1T2D3D4u~

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

PWM控制eSeCeC：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udi~

多段桥顺序控制T1T3T2T4T5T6D5D6D1D2a1x1a2x2o6G：两段半控桥顺序控制SS4：三段半控桥顺序控制三段绕组：a1oox11/4U2

a2x21/2U2

Ud第一段：控制半控桥D1D2T1T2

T3T4T5T6都封锁

Ud=0~¼Ud0第二段：T1T2满开放控制T3T4Ud=¼~½Ud0第三段：T5T6满开放控制T1T2Ud=½~¾Ud0第四段：T1T2T5T6满开放控制T3T4Ud=¾~1Ud0负载转移：T1T2T3T4封锁

T5T6满开放1：全控桥2：半控桥3：两段半控4：四段半控01UdUd0

12340.9结论：段数越多功率因数越高§

4.46G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1800UC2eCeC6G机车控制基本过程

给出指令信号e0

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环节限制电机的最大电流电流调节器PIeC

连续调节器UC1UC2

晶闸管触发系统RM1RM2

§

4.5典型电路分析晶闸管触发系统：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：uL和uC相互抵消

uR=uuLRCuLuRuCuLuCuR=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6G6G：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u190º)ur(实际超前网压90º)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=+7.5-7.5V2.交直叠加移相电路u网urttub7.5Vtubtub-7.5V180°90°

当uc=7.5Vub=7.5cost+7.5=0

cost=－1t=180°

当uc=0ub=7.5cost+0=0

cost=0t=90°

当uc=-7.5Vub=7.5cost－7.5=0

cost=1t=0°结论：当uc从7.5V变到－7.5V时，ub=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=Ud0cos

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

D3T2R20T4R22R26R24T6R28C9R30R32+24V12

脉冲形成电路二、脉冲形成及整形电路6G：交直流电压串联叠加移相U1I1fcos16G：u网=umsint=P/S==P/S=机车整流电路的功率系数=t=180°牵引变压器高压侧电流与电压同相位cos1=1晶闸管整流实现无级调速的缺点：Ud:0900VId:1650A1400AUd:0900VId:1650A1400A脉冲列a2x21/2U2电压升至第六级：从a点起动F>WnEId改变电阻R可以调节电容的端电压脉冲形成：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：+24VR28C9R30

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C放电再反向充电：+24VR46T8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三、换相角限制环节取消笨重的有触点式调压开关触发脉冲与主电路电源电压同步交直叠加移相电路的特点：电压升至第六级：从a点起动F>WnEIdt=180°机车牵引变压器高压侧视在功率二、脉冲形成及整形电路A01正饱和输出+15V防止换流期间，晶闸管不导通，造成整流电压中断第三段：T5T6满开放控制T1T2改变电阻R可以调节电容的端电压调节RM1，封锁RM2D3、D4续流实现端电压平滑调节，减少电流冲击，较好利用粘着力功率因数低和谐波分量较高6G：转向架控制牵引制动控制换相角限制电路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：8K6G6G：脉冲放大电路T12T14+24V24Vu~100V1.5ms16V2.9V通道Ⅰ输入通道Ⅱ输入输出桥臂Ⅰ输出桥臂Ⅱ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2.9V电压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

e0:050%IREF075%1.5e0:50%1IREF75%10.5电流限制环节

Ud:0900VId:1650A1400A五、基准电流形成电路

基准电流变化率调节环节e0

+A