电传动控制技术_5_电子控制

北方交通大学电气工程学院相控机车电子控制系统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；•防空转、防滑行；•无功功率补偿；•各种保护等。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1800UC2eCeC基本电路原理晶闸管触发系统：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结论：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6Gu网=umsintu网同步变压器tu网uc(ur)u网u1tu1(反相)串联谐振电路uc(滞后u190º)ur(实际超前网压90º)R、L、C兼有滤波作用同步电路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=Urmcost+Uc6G：ur=7.5costuc=+7.5-7.5V2.交直叠加移相电路u网urttub7.5Vtubtub-7.5V180°90°•当uc=7.5Vub=7.5cost+7.5=0cost=－1t=180°•当uc=0ub=7.5cost+0=0cost=0t=90°•当uc=-7.5Vub=7.5cost－7.5=0cost=1t=0°结论：当uc从7.5V变到－7.5V时，ub=0的相位从180°变到0°0°交直叠加移相电路的特点：优点：ur和uc相交时：Urmcos=Uccos=Uc/Urm半控：Ud=Ud0(1+cos)/2全控：Ud=Ud0cosUd=Ud0UrmUcUd=Ud02UrmUc+Ud02缺点：D3T2R20T4R22R26R24T6R28C9R30R32+24V12•脉冲形成电路二、脉冲形成及整形电路•脉冲整形电路——单稳触发电路D9R34T8R38T10R40C15R44R46+24VR36D11R481.5msT1T2D1D2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R2T1R3R4R5T2R6C1R8R7+24VT3D1312R10R11R1C2R12D276AB•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6G8K宽脉冲连续脉冲双脉冲脉冲列组合脉冲脉冲放大电路T12T14+24V24Vu~110V1.5ms16V2.9V通道Ⅰ输入通道Ⅱ输入输出桥臂Ⅰ输出桥臂Ⅱ•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%IREF075%1.5e0:50%1IREF75%10.5•电流限制环节Ud:0900VId:1650A1400A五、基准电流形成电路•基准电流变化率调节环节e0+A01+15V-15V+A02+A04R1110KR1310KR73K3R91MR647KR1010KR24K7R34K7C147D4D3R1547KR1410KR161MR173K3C247D11D12P1P2I0-7.5V4K7•非线性环节-15VeC+A05R3522KR3144K2R3047K5R32100KC3220D8D10P32K2R344K7R3710K-15V+15V+A03R2066K710KR23100KCD6R38IREFR2549K9R2449K9DI0R214K7R271KP4470R26680D9D7T1六、两段桥连续控制eC+A03R40100KR3033K2+A04R41100KUC2R3133K2UC1R32100KR3333K2R345K6R355K6R364K7R374K7P2P34K74K7直流负偏压6G：RM1RM2UC1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°~0°UC2=7.5V2=180°闭锁510eCUC7.5-7.50UC1UC2•ec=5~10V牵引电机端压450V~900VUC1=-7.5V1=0°满开放UC2=7.5V~-7.5V2=180°~0°工作原理分析：R32=3R33UP2=UP3=-7.5VA03：-7.5V100K+eC33K2=-UC1100KUC1=7.5–3eCA04：-7.5V33K2+eC33K2=-UC2100KUC2=3(7.5–eC)换相重叠角：第二段半控桥提前投入工作UP2=-7.5VUP3=-6.5V510eCUC7.5-7.50UC1UC248K机车电子控制系统8K机车控制系统8k机车的引进，使我国电力机车设计技术水平上了一个新的台阶PIUe1=U-2UUe2=-2UUe3=2U-2UUe4=U-UFFFEEEE1112223FU特性控制给定积分调制解调限制器防空转PI调节器顺序控制移相脉冲形成脉冲放大电流反馈Im速度反馈频压变换接触网电压网压同步信号U,U峰值检测F1F2UE12/UE3UE4Ue1Ue2Ue3Ue4d1d2d3d4T11T12T13T14T21T221T222T243T223Is给定板调制解调板Is给定板防空转板转向架控制板脉冲形成板脉冲放大板IrefIssIs司机指令VI重联线电子控制插件板SS4型电力机车控制系统两手柄：电压指令手柄给定电机端压电流指令手柄给定电机电流可实现恒流和恒压控制司机电压给定电压延时电压参考值UREFPI调节器电流给定电流延时粘着限制电流参考值IREFPI调节器MAX单双边变换电路移相控制电压ecRM1RM2RM3电压延时司机电压给定电流延时司机电流给定粘着限制PI调节器PI调节器MAX单双边变换ec电流反馈电压反馈UREFIREF0~-10VRM2RM1RM3T1T2T3T4T5T6D1D2D3D4123RM1RM2－3－3RM3ec移相检测电机端压网压过零ABCABC开关检测触发系统180°或0°偏压控制连续控制器-10~10VUd1Ud2控制电压8K型电力机车控制系统8K机车控制系统：双闭环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vF牵引制动给定积分器调制总线解调限制器防空转PI网压电流反馈速度反馈速度反馈+15V–15VIssIssIsIrefUE一、特性控制：单手柄特性控制器024681011牵引1086420制动11顺时针转动：牵引工况分0~11级逆时针转动：制动工况分0~11级单手柄级位：n电流指令：I=200•n(A)速度指令：v=10•n(km/h)F(kN)600400200400A800A1200A2468-200246810%0184+4000t+9%0v(km/h)20406080手柄在4位：起动电流为800A平直道：牵引力阻力V=38km/h牵引力=阻力稳定运行9%0：牵引力阻力手柄必须在第6位才能起动牵引特性曲线形成电路假设A处断开：A1：IA1=K1I0–K2vIAvIA12468IA28642–+A1–+A2I0-VIS1+15VR161R171V162V455R163R164V456R154R156R165R151R167V457V458R15910K10KA-15VA2：IA2=I0V456、V458最小值选择器制动特性曲线形成电路假设A处断开：A3：IA3=K3v–K4I0+C1A4：IA4=C2V584、V591最大值选择器IAvIS1–+A3–+A4I0-V-15VR220V472V584R217R253V476V591R251A+15VR216R212IA4IA3二、积分延时电路IS1–+A5–+A6R177-15VV467R173+15VR174R176R216IS2220K56KR184560KR180100K1M47K547K5R1751MC7410R187100KV460V461V462V463-15V+15V三、晶闸管触发系统信号形成电路tUNtUotd0tRU700stdstd0’td’tUF-Utd全波整流积分器UFU移相器Ued滤波器比较器Uo延时d0RUd0’d’dsUN控制过程：注意：d0’d’保证晶闸管承受正向阳极电压才允许获得触发脉冲1.保证移相电路有足够的复位时间2.在网压过零附近，晶闸管正向阳极电压太低或有不稳定的毛刺时不应施加触发信号网压同步信号UN进行两方面的处理：1.UN全波整流Uo积分器同步余弦信号UUFUF-U直流控制电压Ued2.UN滤波器比较器d0延时电路各种控制信号RU、d0’、d’、dsA：全波整流电路UNUo–+A2+15VLM12422K22K–+A150KUo50KUND1D2B：积分电路RU–+LM139+15V68n10K22K–+LM124U78KUo–15V10K+5VSDGttUUoRUtC：网压峰值记忆回路C–+LM124Uds–+LM139+15V10K–15V10K+5VDSGUFD：d形成电路tUF-Udt–+LM139+15VU–15V100K+5V–+LM124UFUed100K100K–15VE：有源滤波do–+LM139+15VUN–15V392K+5V–+A714392K5K768n68nUNUdoF：d0’d’dsRU形成电路U+5V–+A7+5VABQQ+5VABQQC147C149R347R352d0’d’RUdsD1D2脉冲移相控制电路连续控制器UE1UE2UE3UE4Ue1Ue2Ue3Ue4d1d2d3d4全控桥半控桥削磁桥1d1Ue1UF11d2Ue2UF11d3Ue3UF21d4Ue4UF2123脉冲形成与放大电路V147V160V161V162C103–24V–12V+24VV163GDSC107R126脉冲输入脉冲封锁CDC104R130V144V145R129微机控制系统——SS91987年：开始研究1991年底：SS40038机车试运行1993年底：通过部级技术审查1996年底：部级鉴定1997年：批量生产我国发展概况微机控制交直传动电力机车：SS8SS9SS7DSS7ETM1DDJ1春城号电动车组SS3B主CPU脉冲控制脉冲放大串行总线接口数字信号接口继电器/光耦隔离模拟信号调整A/DD/A人机对话保护监控电源RS485列车总线其它总线基本结构车载微机的发展历程车载微机的发展可分为三个阶段：1.以单一功能或单一设备的测控为目标的初级阶段；2.以一节车厢（机车、车辆）内的全部可编程设备为对象（例如一台机车的全部控制设备）的中级阶段；3.集整列列车内部测控任务和信息处理任务为一身的高级阶段。SS9机车控制系统简介•SS9型6轴客运电力机车采用微机控制，SS9型微机控制系统是在SS8基础上设计的；•微机柜的外形尺寸：