电传动控制原理第四章--相控电力机车a概要.ppt

1、第四章 相控调压调速及其控制系统, 6G型电力机车, 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 = Ce 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 = Id R Id = U/R,电压升至第六级：从a点起动 F W n E Id,

2、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,6,a,b,c,d, 4.2 6G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,低压调压,调节RM1，封锁RM2 D3、D4续流,Ud：0 0.5Ud0 = 450V,RM1满开放，调节RM2,Ud：0.5Ud0 Ud0 = 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

3、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, = P / S = Pd / S,机车功率因数概念：, ：电流畸变系数,cos1 ：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,不可控整流电路：SS1,不

4、可控整流电路：SS1,牵引变压器高压侧电流与电压同相位 cos1 = 1,S = U1I1 = KU2 (Id/K),半控整流电路：,cos1 = cos/2 电流有畸变 三个台阶,全控整流电路：,cos1 = cos 电流有畸变 两个台阶,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,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,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,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

5、 cos = 1,扇形控制,双重扇形控制,PWM控制,eC：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,多重PWM控制,多段桥顺序控制,6G：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 U2/4 a2x2 U2/2,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 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

6、T5T6满开放,1：全控桥 2：半控桥 3：两段半控 4：四段半控,结论：段数越多 功率因数越高,4.4 6G电子控制系统,6G：恒流单闭环自动控制系统,6G：转向架控制 牵引制动控制,6G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PI eC 连续调节器 UC1 UC2 晶闸管触发系统 RM1 RM2,4.5 典型电路分析,晶闸管触发系统：,一、交直叠加移相电路,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

7、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,R、L、C串联谐振：u L和u C相互抵消 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 = umsint,u网,同步变压器,u1(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：,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

8、,ur：同步余弦电压,uc：直流控制电压,ub = ur + uc = Urmcost + Uc,6G：ur = 7.5cost,uc = +7.5 -7.5V,2. 交直叠加移相电路,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 = 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

9、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,缺点：电源电压波动和波形畸变会影响控制角的变化,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,脉冲整形：,当无输入信号时：T10导通 T8截止 无输

10、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1.5ms,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,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

11、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：,6G：脉冲放大电路,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,电流

12、限制环节 Ud : 0 900V Id : 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 e0 : 0 50% IREF 0 75% 1.5 e0 : 50% 1 IREF 75% 1 0.5,基准电流变化率调节环节,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-15V D3导通 D3 P2 R16 C I0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、C2,当e0加入负信号： A01正饱和输出+15V D4

13、导通 D4 R15 C I0线性下降到0 下降速度取决于时间常数R15、C2,非线性环节,非线性环节工作原理分析：,I0 ：0 5V IREF = 1.5 I0 0 -7.5V I0 ：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点电位为正 D6截止 放大系数K1取决于R23和R20 K1= R23 / R20 = 100 / 66.7 = 1.5,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 A05,ec ：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,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,六、两段桥连续控制,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