交流傳動(dòng)機(jī)車控制系統(tǒng)教學(xué)課件

第五章

交流傳動(dòng)機(jī)車控制系統(tǒng)

1a第五章

交流傳動(dòng)機(jī)車控制系統(tǒng)

1a第一節(jié)

交流傳動(dòng)機(jī)車主電路2a第一節(jié)

交流傳動(dòng)機(jī)車主電路2a主要內(nèi)容交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述交流傳動(dòng)機(jī)車主電路的組成交流傳動(dòng)機(jī)車的技術(shù)分類交流傳動(dòng)機(jī)車牽引特性典型交流傳動(dòng)機(jī)車主電路工作原理交流傳動(dòng)機(jī)車新技術(shù)及其發(fā)展方向3a主要內(nèi)容3a一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交流電機(jī)的特點(diǎn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展4a一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交流電機(jī)的特點(diǎn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展安全性、實(shí)用性、可靠性、靈活性、舒適性越高越好；費(fèi)用越低越好。5a一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交流電機(jī)的特點(diǎn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展安全性、實(shí)用性、可靠性、靈活性、舒適性越高越好；費(fèi)用越低越好。地域規(guī)范、供電制式、空間、體積、重量、技術(shù)水平、工藝水平的限制等6a一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交流電機(jī)的特點(diǎn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展安全性、實(shí)用性、可靠性、靈活性、舒適性越高越好；費(fèi)用越低越好。地域規(guī)范、供電制式、空間、體積、重量、技術(shù)水平、工藝水平的限制等單位體積重量的功率大、可靠性好、易維護(hù)等7a一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交流電機(jī)的特點(diǎn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展安全性、實(shí)用性、可靠性、靈活性、舒適性越高越好；費(fèi)用越低越好。地域規(guī)范、供電制式、空間、體積、重量、技術(shù)水平、工藝水平的限制等單位體積重量的功率大、可靠性好、易維護(hù)等電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、新材料、新工藝等8a一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交流電機(jī)的特點(diǎn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展安全性、實(shí)用性、可靠性、靈活性、舒適性越高越好；費(fèi)用越低越好。地域規(guī)范、供電制式、空間、體積、重量、技術(shù)水平、工藝水平的限制等單位體積重量的功率大、可靠性好、易維護(hù)等電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、新材料、新工藝等滿足運(yùn)輸?shù)男枨蟪浞掷眯录夹g(shù)利用新材料采用新工藝9a一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交二、交流傳動(dòng)機(jī)車的主要組成動(dòng)力制動(dòng)模塊空氣系統(tǒng)模塊

輔助變頻器主變頻器及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊通訊模塊電子設(shè)備

牽引變頻器逆變器(電流源型、電壓源型、PMW)電機(jī)同步電機(jī)、異步電機(jī)設(shè)備與功率器件10a二、交流傳動(dòng)機(jī)車的主要組成動(dòng)力制動(dòng)模塊空氣系統(tǒng)模塊輔助變頻器交流傳動(dòng)系統(tǒng)主電路變速箱0,98異步電機(jī)0,95逆變器0,99整流器0,98牽引變壓器0,941000kW1020kW1074kW1085kW1107kW25000V11a交流傳動(dòng)系統(tǒng)主電路變速箱異步電機(jī)逆變器整流器牽引變壓器100交直與交流傳動(dòng)機(jī)車主電路比較變速箱異步電機(jī)逆變器整流器牽引變壓器1085kW25000V變速箱直流電機(jī)整流器牽引變壓器25000V濾波電抗器勵(lì)磁繞組交直傳動(dòng)機(jī)車主電路交流傳動(dòng)機(jī)車主電路12a交直與交流傳動(dòng)機(jī)車主電路比較變速箱異步電機(jī)逆變器整流器牽引變?nèi)?、交流傳?dòng)機(jī)車的技術(shù)分類核心層技術(shù)輔助層技術(shù)相關(guān)層技術(shù)牽引變頻器技術(shù)、交流驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)、牽引變壓器技術(shù)、變頻控制及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)13a三、交流傳動(dòng)機(jī)車的技術(shù)分類核心層技術(shù)輔助層技術(shù)相關(guān)層技術(shù)牽引三、交流傳動(dòng)機(jī)車的技術(shù)分類核心層技術(shù)輔助層技術(shù)相關(guān)層技術(shù)牽引變頻器技術(shù)、交流驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)、牽引變壓器技術(shù)、變頻控制及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)冷卻與通風(fēng)技術(shù)、輔助變流器技術(shù)控制電源技術(shù)、保護(hù)技術(shù)、電磁兼容與布線技術(shù)14a三、交流傳動(dòng)機(jī)車的技術(shù)分類核心層技術(shù)輔助層技術(shù)相關(guān)層技術(shù)牽引三、交流傳動(dòng)機(jī)車的技術(shù)分類核心層技術(shù)輔助層技術(shù)相關(guān)層技術(shù)牽引變頻器技術(shù)、交流驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)、牽引變壓器技術(shù)、變頻控制及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)冷卻與通風(fēng)技術(shù)、輔助變流器技術(shù)控制電源技術(shù)、保護(hù)技術(shù)、電磁兼容與布線技術(shù)司機(jī)臺(tái)操縱技術(shù)、車體輕量化技術(shù)轉(zhuǎn)向架技術(shù)、空氣制動(dòng)技術(shù)高壓測(cè)檢測(cè)技術(shù)15a三、交流傳動(dòng)機(jī)車的技術(shù)分類核心層技術(shù)輔助層技術(shù)相關(guān)層技術(shù)牽引本講課要解決的問題1變頻調(diào)速異步電機(jī)如何控制能滿足機(jī)車牽引的要求？2牽引逆變器如何控制能滿足牽引電機(jī)對(duì)機(jī)車牽引的要求？機(jī)車牽引特性有哪些要求？16a本講課要解決的問題1變頻調(diào)速異步電機(jī)如何控制能滿足機(jī)車牽引

四、機(jī)車牽引特性機(jī)車牽引特性要求：1、能產(chǎn)生足夠大的牽引力2、能方便廣泛調(diào)節(jié)速度3、有較高的過載能力4、充分發(fā)揮機(jī)車功率5、先進(jìn)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)17a四、機(jī)車牽引特性機(jī)車牽引特性要求：1、能產(chǎn)生足夠大的牽引力交流電機(jī)（異步）的矩速特性

18a交流電機(jī)（異步）的矩速特性18a關(guān)鍵問題：?19a關(guān)鍵問題：?19a1、異步電機(jī)變頻調(diào)速特性分析（1）

變頻調(diào)速時(shí)異步電機(jī)參數(shù)變化為：20a1、異步電機(jī)變頻調(diào)速特性分析（1）變頻調(diào)速時(shí)異步電機(jī)參數(shù)變（2）用表示的力矩公式M21a（2）用表示的力矩公式M21a恒壓頻比時(shí)最大轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與頻率的關(guān)系曲線22a恒壓頻比時(shí)最大轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與頻率的關(guān)系曲線22a（3）

用表示的力矩公式23a（3）用表示的力矩公式23a結(jié)論：當(dāng)

24a結(jié)論：當(dāng)24a3、機(jī)車牽引中異步電機(jī)的運(yùn)行特性（1）

恒力矩起動(dòng)

①采用恒壓頻比控制低頻時(shí)適當(dāng)提高電壓，抵消定子繞組內(nèi)阻的影響。②采用恒磁通控制電機(jī)各參數(shù)與頻率的關(guān)系：25a3、機(jī)車牽引中異步電機(jī)的運(yùn)行特性（1）恒力矩起動(dòng)25a(2)恒功率運(yùn)行

恒功率1：恒功率2：26a(2)恒功率運(yùn)行恒功率1：恒功率2：26a第一種恒功率的特點(diǎn)：最小逆變器，最大電機(jī)恒功率1：27a第一種恒功率的特點(diǎn)：最小逆變器，最大電機(jī)恒功率1：27a第二種恒功的特點(diǎn)：最大逆變器，最小電機(jī)恒功率2：28a第二種恒功的特點(diǎn)：最大逆變器，最小電機(jī)恒功率2：28a

五、典型交流傳動(dòng)機(jī)車主電路工作29a五、典型交流傳動(dòng)機(jī)車主電路工作29a法國TGV、西班牙AVE機(jī)車主電路

（同步電機(jī)）勵(lì)磁30a法國TGV、西班牙AVE機(jī)車主電路

（同步電機(jī)）勵(lì)磁30韓國TGV機(jī)車主電路（同步電機(jī)）勵(lì)磁31a韓國TGV機(jī)車主電路（同步電機(jī)）勵(lì)磁31a電流型逆變器(異步電機(jī))32a電流型逆變器(異步電機(jī))32aGTO電壓型逆變器(歐洲之星TGV)33aGTO電壓型逆變器(歐洲之星TGV)33a每一個(gè)動(dòng)車一臺(tái)逆變器，同時(shí)為4臺(tái)異步電機(jī)供電典型的地鐵牽引變頻器MACMACMACMAC34a每一個(gè)動(dòng)車一臺(tái)逆變器，同時(shí)為4臺(tái)異步電機(jī)供電典型的地鐵牽引變MRE_2563_FRBH(O-M)DJ(M)CA2(I)TFPH(O-C)DJ(C)ONDCA2(I)-ONDCA1(I)-ONDM1PT2(15kVDB)PT1(25kV&15kVCFF)TFI-QL(M)SF-FI-50C(IS)FI-50CAP-FI-50H3-FIRHC(IS)PMCF1C(IS)E(C)R(PC)E(C)C(PC)E(C)CVS-AUXsuressieux1et3C(IS)PMCF2Essieu4Essieu3Essieu23x1mFx3C(PC)FI-50H(O-15)PalpageavecéclateurPF(C)R(PC)FI-50PF(M)E-TFPCA(I)DIFFCA(U)ECCA(U)PMCF3x1,33mFCAP-ONDCC-FI-50CA2(I)PMCFSF1-HACHSF2-HACHH-INV-CONTH-INV-15H-15H-CONTCA(I)RHR(DC)CAP-ONDCAP-2FR(DC)CAP-2FOND-RHPMCFC(PC)PMCFR(PC)PMCFOption"Filtre50Hz"Optionsnonreprésentées:-ChauffagePT4(1,5kV&3kVSNCB)Notasurlespantographespourlefonctionnementsous3kV:-Surledémonstrateur,enconfiguration3pantographes,onutiliserauniquementlepantographe3(PT3)avecunarchetadaptéauxessaisréalisésH2-FIH1-FISF1-FISF2-FICA1(I)TFPTFI-50R(DC)CAP-FI-507,2mH7,2mH2,835mH2,835mH10mH1mFPT3(3kVFS)CA1(I)PMCF50?50?50?3,7?適用于4種電壓供電的機(jī)車牽引變頻器

(~25Kv/15kV,=3kV/1,5kV)35aMRE_2563_FRBH(O-M)DJ(M)CA2(I)DJ(C)DJ(M)EcrêteurC(ALI)FIR(ALI)FISF1-FISF2-FIH-FI-XXSF-FI-XXCAP-FI-XX}X3=~380V~M1AUXPMCFONDC(PC)PMCFR(PC)PMCFCAP-PMCFCAP-ONDRH1CA(I)PMCFCA(U)PMCFCA(U)ONDFTR-17/08/1998RevE-Page2PalpageH(O-M)CA(U)1/2-ONDH(O-C)CA1(I)TFPCA2(I)TFPCA(U)1/3-ONDCA(I)1-ONDCA(I)2-ONDQ1L(M)H-2FC(IS)E(C)SF2-2F-FISF1-2F-FIH4-PMCFC(PC)E(C)R(PC)E(C)CAP-2FC(PC)PMCF牽引變頻器

3種電壓供電的機(jī)車(~25Kv/15kV,=1,5kV)36aDJ(C)DJ(M)EcrêteurC(ALI)FIR(AL六、交流傳動(dòng)機(jī)車新技術(shù)大功率電力電子器件交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制規(guī)則與控制理論列車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)列車控制系統(tǒng)軟件e化列車（eTrain）eTrain監(jiān)控系統(tǒng)音頻系統(tǒng)車地通訊新技術(shù)典型的司機(jī)室無線通訊技術(shù)37a六、交流傳動(dòng)機(jī)車新技術(shù)大功率電力電子器件37a

第二節(jié)

異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)38a

第二節(jié)

異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)38a變頻調(diào)速控制系統(tǒng)39a變頻調(diào)速控制系統(tǒng)39a引言

直流電機(jī)的主磁通和電樞電流分布的空間位置是確定的，而且可以獨(dú)立進(jìn)行控制，交流異步電機(jī)的磁通則由定子與轉(zhuǎn)子電流合成產(chǎn)生，它的空間位置相對(duì)于定子和轉(zhuǎn)子都是運(yùn)動(dòng)的，除此以外，在籠型轉(zhuǎn)子異步電機(jī)中，轉(zhuǎn)子電流還是不可測(cè)和不可控的。因此，異步電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型要比直流電機(jī)模型復(fù)雜得多，在相當(dāng)長的時(shí)間里，人們對(duì)它的精確表述不得要領(lǐng)。40a引言直流電機(jī)的主磁通和電樞電流分布的好在不少機(jī)械負(fù)載，例如風(fēng)機(jī)和水泵，并不需要很高的動(dòng)態(tài)性能，只要在一定范圍內(nèi)能實(shí)現(xiàn)高效率的調(diào)速就行，因此可以只用電機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型來設(shè)計(jì)其控制系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)電壓-頻率協(xié)調(diào)控制，可以采用轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比帶低頻電壓補(bǔ)償?shù)目刂品桨?，這就是常用的通用變頻器控制系統(tǒng)。41a好在不少機(jī)械負(fù)載，例如風(fēng)機(jī)和水泵，并不需要很高的動(dòng)態(tài)性能，只轉(zhuǎn)速開環(huán)型控制系統(tǒng)電壓/頻率比控制是控制定子電壓和定子頻率，使定子電壓以一定的函數(shù)關(guān)系跟蹤定子頻率的變化，從而在調(diào)頻調(diào)速過程中近似地保持電機(jī)氣隙磁通不變的一種控制方法。中間直流電壓可調(diào)的電壓型逆變器－異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)控制電路由基準(zhǔn)部分、整流器控制部分和逆變器控制部分組成。42a轉(zhuǎn)速開環(huán)型控制系統(tǒng)電壓/頻率比控制是控制定子電壓和定子頻率，1、基準(zhǔn)部分2、整流器控制部分3、逆變器控制部分43a1、基準(zhǔn)部分43a電壓/頻率比控制，無法控制異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率，對(duì)于多臺(tái)電動(dòng)機(jī)由同一臺(tái)逆變器供電的情況，各臺(tái)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率一般是不同的，即使同一臺(tái)異步電機(jī)，轉(zhuǎn)差頻率的大小也是隨負(fù)載的大小而變化的。是一種頻率（轉(zhuǎn)速）的開環(huán)控制，并不能對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行精確的控制。轉(zhuǎn)速開環(huán)型控制系統(tǒng)44a電壓/頻率比控制，無法控制異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率，對(duì)于多臺(tái)電動(dòng)機(jī)如果變頻調(diào)速系統(tǒng)長期處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)而不需要頻繁起動(dòng)和制動(dòng)；或者負(fù)載特性比較固定，基本上不需要因電機(jī)特性差異而進(jìn)行調(diào)整的一類負(fù)載（風(fēng)機(jī)、水泵等節(jié)能調(diào)速），可以采用電壓閉環(huán)、轉(zhuǎn)速開環(huán)的控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速開環(huán)型控制系統(tǒng)45a如果變頻調(diào)速系統(tǒng)長期處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)而不需要頻繁起動(dòng)和制動(dòng)；電壓/頻率比控制時(shí)的各種穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性通常是以轉(zhuǎn)差頻率為恒坐標(biāo)給出的。電壓/頻率比控制穩(wěn)態(tài)特性46a電壓/頻率比控制時(shí)的各種穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性通常是以轉(zhuǎn)差頻率為恒坐標(biāo)電壓/頻率比控制穩(wěn)態(tài)特性47a電壓/頻率比控制穩(wěn)態(tài)特性47a電壓/頻率比控制穩(wěn)態(tài)特性48a電壓/頻率比控制穩(wěn)態(tài)特性48a6.5.1轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制調(diào)速系統(tǒng)——

通用變頻器-異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)概述現(xiàn)代通用變頻器大都是采用二極管整流和由快速全控開關(guān)器件IGBT或功率模塊IPM組成的PWM逆變器，構(gòu)成交-直-交電壓源型變壓變頻器，已經(jīng)占領(lǐng)了全世界0.5~500KVA中、小容量變頻調(diào)速裝置的絕大部分市場(chǎng)。49a6.5.1轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制調(diào)速系統(tǒng)——

所謂“通用”，包含著兩方面的含義：（1）可以和通用的籠型異步電機(jī)配套使用；（2）具有多種可供選擇的功能，適用于各種不同性質(zhì)的負(fù)載。下頁圖繪出了一種典型的數(shù)字控制通用變頻器-異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理圖。50a所謂“通用”，包含著兩方面的含義：50a

1.系統(tǒng)組成M3~電壓檢測(cè)泵升限制電流檢測(cè)溫度檢測(cè)電流檢測(cè)單片機(jī)顯示設(shè)定接口PWM發(fā)生器驅(qū)動(dòng)電路~URUIR0R1R2RbVTbKR0R1RbR251a1.系統(tǒng)組成M電壓泵升電流溫度電流單顯示設(shè)定接口PWM驅(qū)

2.電路分析主電路——由二極管整流器UR、PWM逆變器UI和中間直流電路三部分組成，一般都是電壓源型的，采用大電容C濾波，同時(shí)兼有無功功率交換的作用。52a2.電路分析主電路——由二極管整流器UR、PWM逆變器U主電路（續(xù)）限流電阻：為了避免大電容C在通電瞬間產(chǎn)生過大的充電電流，在整流器和濾波電容間的直流回路上串入限流電阻（或電抗），通上電源時(shí)，先限制充電電流，再延時(shí)用開關(guān)K將短路，以免長期接入時(shí)影響變頻器的正常工作，并產(chǎn)生附加損耗。53a主電路（續(xù)）限流電阻：為了避免大電容C在通電瞬間產(chǎn)生過大的充主電路（續(xù)）泵升限制電路——由于二極管整流器不能為異步電機(jī)的再生制動(dòng)提供反向電流的通路，所以除特殊情況外，通用變頻器一般都用電阻吸收制動(dòng)能量。減速制動(dòng)時(shí)，異步電機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，首先通過逆變器的續(xù)流二極管向電容C充電，當(dāng)中間直流回路的電壓（通稱泵升電壓）升高到一定的限制值時(shí)，通過泵升限制電路使開關(guān)器件導(dǎo)通，將電機(jī)釋放的動(dòng)能消耗在制動(dòng)電阻上。為了便于散熱，制動(dòng)電阻器常作為附件單獨(dú)裝在變頻器機(jī)箱外邊。54a主電路（續(xù)）泵升限制電路——由于二極管整流器不能為異步電機(jī)的二極管整流電流波形具有較大的諧波分量，使電源受到污染。為了抑制諧波電流，對(duì)于容量較大的PWM變頻器，都應(yīng)在輸入端設(shè)有進(jìn)線電抗器，有時(shí)也可以在整流器和電容器之間串接直流電抗器。還可用來抑制電源電壓不平衡對(duì)變頻器的影響。55a二極管整流電流波形具有較大的諧波分量，使電源電路分析（續(xù)）控制電路——現(xiàn)代PWM變頻器的控制電路大都是以微處理器為核心的數(shù)字電路，其功能主要是接受各種設(shè)定信息和指令，再根據(jù)它們的要求形成驅(qū)動(dòng)逆變器工作的PWM信號(hào)，再根據(jù)它們的要求形成驅(qū)動(dòng)逆變器工作的PWM信號(hào)。微機(jī)芯片主要采用8位或16位的單片機(jī)，或用32位的DSP，現(xiàn)在已有應(yīng)用RISC的產(chǎn)品出現(xiàn)。56a電路分析（續(xù)）控制電路——現(xiàn)代PWM變頻器的控制電路大都是以控制電路（續(xù)）PWM信號(hào)產(chǎn)生——可以由微機(jī)本身的軟件產(chǎn)生，由PWM端口輸出，也可采用專用的PWM生成電路芯片。檢測(cè)與保護(hù)電路——各種故障的保護(hù)由電壓、電流、溫度等檢測(cè)信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理電路進(jìn)行分壓、光電隔離、濾波、放大等綜合處理，再進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器，輸入給CPU作為控制算法的依據(jù)，或者作為開關(guān)電平產(chǎn)生保護(hù)信號(hào)和顯示信號(hào)。57a控制電路（續(xù)）PWM信號(hào)產(chǎn)生——可以由微機(jī)本身的軟件產(chǎn)生，由控制電路（續(xù)）信號(hào)設(shè)定——需要設(shè)定的控制信息主要有：U/f特性、工作頻率、頻率升高時(shí)間、頻率下降時(shí)間等，還可以有一系列特殊功能的設(shè)定。由于通用變頻器-異步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)是轉(zhuǎn)速或頻率開環(huán)、恒壓頻比控制系統(tǒng)，低頻時(shí)，或負(fù)載的性質(zhì)和大小不同時(shí)，都得靠改變U/f函數(shù)發(fā)生器的特性來補(bǔ)償，使系統(tǒng)達(dá)到恒定，甚至恒定的功能（見第6.2.2節(jié)），在通用產(chǎn)品中稱作“電壓補(bǔ)償”或“轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償”。58a控制電路（續(xù)）信號(hào)設(shè)定——需要設(shè)定的控制信息主要有：U/f補(bǔ)償方法實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ袃煞N：一種是在微機(jī)中存儲(chǔ)多條不同斜率和折線段的U/f

函數(shù)，由用戶根據(jù)需要選擇最佳特性；另一種辦法是采用霍耳電流傳感器檢測(cè)定子電流或直流回路電流，按電流大小自動(dòng)補(bǔ)償定子電壓。但無論如何都存在過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償?shù)目赡?，這是開環(huán)控制系統(tǒng)的不足之處。59a補(bǔ)償方法實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ袃煞N：59a控制電路（續(xù)）給定積分——由于系統(tǒng)本身沒有自動(dòng)限制起制動(dòng)電流的作用，因此，頻定設(shè)定信號(hào)必須通過給定積分算法產(chǎn)生平緩升速或降速信號(hào)，升速和降速的積分時(shí)間可以根據(jù)負(fù)載需要由操作人員分別選擇。綜上所述，PWM變壓變頻器的基本控制作用如下頁圖所示。近年來，許多企業(yè)不斷推出具有更多自動(dòng)控制功能的變頻器，使產(chǎn)品性能更加完善，質(zhì)量不斷提高。60a控制電路（續(xù)）給定積分——由于系統(tǒng)本身沒有自動(dòng)限制起制動(dòng)電流控制電路（續(xù)）tff*ufu斜坡函數(shù)U/f曲線脈沖發(fā)生器驅(qū)動(dòng)電路工作頻率設(shè)定升降速時(shí)間設(shè)定電壓補(bǔ)償設(shè)定PWM產(chǎn)生圖6-39PWM變壓變頻器的基本控制作用

61a控制電路（續(xù)）tff*ufu斜坡函數(shù)U/f曲線脈沖發(fā)轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)為克服U/f恒定的轉(zhuǎn)速開環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)，提高調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)性能，可采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)的變頻調(diào)速系統(tǒng)，由電力傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程

可知，轉(zhuǎn)速的控制可通過對(duì)電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩T控制來實(shí)現(xiàn)，基于此思路，提出了轉(zhuǎn)差頻率控制方式。62a轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)為克服U/f恒定的轉(zhuǎn)速開環(huán)變頻調(diào)速轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理63a轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理63a由三相電機(jī)一相等值電路圖可知，轉(zhuǎn)子電流為定子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為式中，轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理64a由三相電機(jī)一相等值電路圖可知，轉(zhuǎn)子電流為轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理又因?yàn)檗D(zhuǎn)差角頻率將（2）（3）帶入轉(zhuǎn)子電流I2的表達(dá)式，可得電磁功率65a轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理又因?yàn)?5a轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理電磁轉(zhuǎn)矩 式中式（6）說明在電動(dòng)機(jī)的參數(shù)為常數(shù)，且當(dāng)磁通為常數(shù)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩僅和轉(zhuǎn)差角頻率有關(guān)，對(duì)應(yīng)的曲線如下：66a轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理電磁轉(zhuǎn)矩66a轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理67a轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理67a對(duì)式（6）求導(dǎo)，并令可求出與無關(guān)，與成正比如果wsl較小，則可忽略，式(6)簡化為

如圖中虛線所示轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理68a對(duì)式（6）求導(dǎo)，并令轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理68a可見，當(dāng)Φm

一定時(shí)，則電磁轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)差角頻率wsl成正比，這與直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性T＝f（Ia）十分相似，即對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)在wsl≤wslm范圍內(nèi)，如果保持Φm

一定，就可以像直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)用Ia控制T那樣控制wsl來控制電磁轉(zhuǎn)矩，這是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理。轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理69a可見，當(dāng)Φm一定時(shí)，則電磁轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)差角頻率wsl成正比，轉(zhuǎn)差控制系統(tǒng)中控制氣隙磁通恒定的方法有直接控制和間接控制兩種。直接控制氣隙磁通的方法是用檢測(cè)線圈或霍爾片檢測(cè)氣隙磁通，以此為反饋量進(jìn)行閉環(huán)控制，而間接控制氣隙磁通的方法則是通過控制定子電流或定子電壓以控制勵(lì)磁電流，勵(lì)磁電流恒定則氣隙磁通恒定。轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理70a轉(zhuǎn)差控制系統(tǒng)中控制氣隙磁通恒定的方法有直接控制和間接控制兩種對(duì)于電壓型逆變系統(tǒng)，無論輸出電壓是方波還是脈寬調(diào)制波，電流的諧波含量都比電壓諧波含量大；而且在不同頻率以及脈寬調(diào)制的不同載波比時(shí)，電流諧波分量又在很大范圍內(nèi)變化。因此，檢測(cè)電壓作為反饋量進(jìn)行控制更能提高控制的精度。Φm恒定的實(shí)現(xiàn)方式

通過U/f＝const，低頻時(shí)適當(dāng)補(bǔ)償定子電阻壓降的影響即可以實(shí)現(xiàn)恒磁通的控制。轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理71a對(duì)于電壓型逆變系統(tǒng)，無論輸出電壓是方波還是脈寬調(diào)制波，電流的系統(tǒng)組成FBS電壓型逆變器PWMM3~ASR圖

轉(zhuǎn)差頻率控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖72a系統(tǒng)組成FBSMASR圖轉(zhuǎn)差頻率控制的轉(zhuǎn)速控制原理實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖所示。頻率控制——轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出信號(hào)是轉(zhuǎn)差頻率給定s*

，與實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速信號(hào)相加，即得定子頻率給定信號(hào)1*

，即（6-66）

73a控制原理實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變壓變電壓控制——由1和定子電流反饋信號(hào)I1

從微機(jī)存儲(chǔ)的U1=f(1,I1)函數(shù)中查得定子電壓給定信號(hào)U1*

，用U1*

和1*

控制PWM電壓型逆變器，即得異步電機(jī)調(diào)速所需的變壓變頻電源。74a電壓控制——由1和定子電流反饋信號(hào)I1從微機(jī)存儲(chǔ)的三角波的幅值雖然固定，但三角波的頻率卻需要隨著基準(zhǔn)正弦波頻率（即逆變器輸出頻率或電機(jī)定子頻率）的變化而變化：定子頻率降低，載波比應(yīng)相應(yīng)增大，否則在低頻區(qū)將導(dǎo)致電機(jī)諧波電流增大，引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)增加。一般做法是低頻時(shí)異步調(diào)制，然后轉(zhuǎn)為分段同步調(diào)制，最后直至額定定子頻率時(shí)放棄脈寬調(diào)制改為方波輸出為止。轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)75a三角波的幅值雖然固定，但三角波的頻率卻需要隨著基準(zhǔn)正弦波頻率轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)在逆變器輸出電壓可調(diào)的范圍內(nèi)，由于可保證氣隙磁通為額定值，因此，只要改變轉(zhuǎn)差頻率函數(shù)發(fā)生器特性，就可使異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)獲得不同的運(yùn)行方式以及不同的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性。76a轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)在逆變器輸出電壓可調(diào)的范圍內(nèi)，由于轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)差控制下有恒磁通、恒轉(zhuǎn)矩和恒電壓、恒功率兩種運(yùn)行方式，其對(duì)應(yīng)的各種穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性公式如右所示，各特性曲線圖如下頁所示。77a轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)差控制下有恒磁通、恒轉(zhuǎn)矩和恒電壓轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)78a轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)78a轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)79a轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)79a轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)80a轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)80a轉(zhuǎn)速開環(huán)型控制系統(tǒng)基準(zhǔn)部分由速度給定、輸入限制器（速度給定即使作階躍式變化也能變?yōu)樾逼潞瘮?shù)并加以限幅）、絕對(duì)值變換器（輸入極性不同，但輸出均為正值）以及正反轉(zhuǎn)檢測(cè)器（根據(jù)速度給定的極性判別正反轉(zhuǎn)要求）構(gòu)成?；鶞?zhǔn)部分的輸出既作為定子電壓基準(zhǔn)，又作為定子頻率基準(zhǔn)，還給出電機(jī)正反轉(zhuǎn)指令。81a轉(zhuǎn)速開環(huán)型控制系統(tǒng)基準(zhǔn)部分由速度給定、輸入限制器（速度給定即轉(zhuǎn)速開環(huán)型控制系統(tǒng)整流器控制部分由電壓比較器與電壓調(diào)節(jié)器（將電壓基準(zhǔn)與實(shí)測(cè)電壓進(jìn)行比較和調(diào)節(jié)以獲得電流基準(zhǔn)）、電流比較器與電流調(diào)節(jié)器（將電流基準(zhǔn)與實(shí)測(cè)電流量比較和調(diào)節(jié)得到相位基準(zhǔn)）、相位控制器（決定整流器觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生與分配）和脈沖放大器組成。82a轉(zhuǎn)速開環(huán)型控制系統(tǒng)整流器控制部分由電壓比較器與電壓調(diào)節(jié)器（將逆變器控制部分由電壓－頻率變換器（根據(jù)定子頻率基準(zhǔn)產(chǎn)生振蕩脈沖）、脈沖分配器（將振蕩脈沖進(jìn)行分頻并按逆變器功率器件導(dǎo)通順序的要求以及正反轉(zhuǎn)指令進(jìn)行脈沖分配）及脈沖放大器組成。轉(zhuǎn)速開環(huán)型控制系統(tǒng)83a逆變器控制部分由電壓－頻率變換器（根據(jù)定子頻率基準(zhǔn)產(chǎn)生振蕩脈基準(zhǔn)部分由速度給定（給定速度與正、反轉(zhuǎn)要求）、輸入限制器（將輸入由躍變式信號(hào)變?yōu)樾逼潞瘮?shù)并可以限制其最大值）、轉(zhuǎn)差頻率函數(shù)發(fā)生器（根據(jù)電機(jī)參數(shù)及運(yùn)行方式的要求由定子頻率決定出轉(zhuǎn)差頻率）、絕對(duì)值變換器（使極性不同的輸入信號(hào)均變?yōu)檎担┮约罢?、反轉(zhuǎn)控制器（根據(jù)速度給定的極性不同，判別正、反轉(zhuǎn)要求）等組成。基準(zhǔn)部分輸入為速度給定信號(hào)，輸出為轉(zhuǎn)差頻率信號(hào)與正反轉(zhuǎn)指令。轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)84a基準(zhǔn)部分由速度給定（給定速度與正、反轉(zhuǎn)要求）、輸入限制器（將整流器控制部分由電壓給定函數(shù)發(fā)生器（根據(jù)轉(zhuǎn)差頻率給定值和定子頻率確定定子電壓給定值）、電壓比較器（將實(shí)測(cè)定子電壓與給定電壓進(jìn)行比較）、電壓調(diào)節(jié)器（將由電壓比較器來的誤差信號(hào)放大、調(diào)節(jié)后得出相位控制信號(hào)）、相位控制器（決定整流器觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生與分配）和脈沖放大器等組成。作用：根據(jù)轉(zhuǎn)差頻率給定值和定子頻率來調(diào)節(jié)整流器的輸出電壓，從而改變電機(jī)定子電壓，以保證勵(lì)磁電流為額定值，使電機(jī)氣隙磁通為額定磁通。轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)85a整流器控制部分由電壓給定函數(shù)發(fā)生器（根據(jù)轉(zhuǎn)差頻率給定值和定子逆變器控制部分由頻率加法器（將轉(zhuǎn)差頻率基準(zhǔn)值信號(hào)與電機(jī)旋轉(zhuǎn)頻率信號(hào)相加得出定子頻率給定值信號(hào)）、電壓－頻率變換器（將定子頻率給定值信號(hào)變換成脈沖信號(hào)）、脈沖分配器（將電壓－頻率變換器輸出的脈沖進(jìn)行分頻并按照逆變器導(dǎo)通的要求與正、反轉(zhuǎn)指令進(jìn)行脈沖分配）以及脈沖放大器等組成。轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)86a逆變器控制部分由頻率加法器（將轉(zhuǎn)差頻率基準(zhǔn)值信號(hào)與電機(jī)旋轉(zhuǎn)頻第五章

交流傳動(dòng)機(jī)車控制系統(tǒng)

87a第五章

交流傳動(dòng)機(jī)車控制系統(tǒng)

1a第一節(jié)

交流傳動(dòng)機(jī)車主電路88a第一節(jié)

交流傳動(dòng)機(jī)車主電路2a主要內(nèi)容交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述交流傳動(dòng)機(jī)車主電路的組成交流傳動(dòng)機(jī)車的技術(shù)分類交流傳動(dòng)機(jī)車牽引特性典型交流傳動(dòng)機(jī)車主電路工作原理交流傳動(dòng)機(jī)車新技術(shù)及其發(fā)展方向89a主要內(nèi)容3a一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交流電機(jī)的特點(diǎn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展90a一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交流電機(jī)的特點(diǎn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展安全性、實(shí)用性、可靠性、靈活性、舒適性越高越好；費(fèi)用越低越好。91a一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交流電機(jī)的特點(diǎn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展安全性、實(shí)用性、可靠性、靈活性、舒適性越高越好；費(fèi)用越低越好。地域規(guī)范、供電制式、空間、體積、重量、技術(shù)水平、工藝水平的限制等92a一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交流電機(jī)的特點(diǎn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展安全性、實(shí)用性、可靠性、靈活性、舒適性越高越好；費(fèi)用越低越好。地域規(guī)范、供電制式、空間、體積、重量、技術(shù)水平、工藝水平的限制等單位體積重量的功率大、可靠性好、易維護(hù)等93a一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交流電機(jī)的特點(diǎn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展安全性、實(shí)用性、可靠性、靈活性、舒適性越高越好；費(fèi)用越低越好。地域規(guī)范、供電制式、空間、體積、重量、技術(shù)水平、工藝水平的限制等單位體積重量的功率大、可靠性好、易維護(hù)等電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、新材料、新工藝等94a一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交流電機(jī)的特點(diǎn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展安全性、實(shí)用性、可靠性、靈活性、舒適性越高越好；費(fèi)用越低越好。地域規(guī)范、供電制式、空間、體積、重量、技術(shù)水平、工藝水平的限制等單位體積重量的功率大、可靠性好、易維護(hù)等電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、新材料、新工藝等滿足運(yùn)輸?shù)男枨蟪浞掷眯录夹g(shù)利用新材料采用新工藝95a一、交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車發(fā)展交二、交流傳動(dòng)機(jī)車的主要組成動(dòng)力制動(dòng)模塊空氣系統(tǒng)模塊

輔助變頻器主變頻器及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊通訊模塊電子設(shè)備

牽引變頻器逆變器(電流源型、電壓源型、PMW)電機(jī)同步電機(jī)、異步電機(jī)設(shè)備與功率器件96a二、交流傳動(dòng)機(jī)車的主要組成動(dòng)力制動(dòng)模塊空氣系統(tǒng)模塊輔助變頻器交流傳動(dòng)系統(tǒng)主電路變速箱0,98異步電機(jī)0,95逆變器0,99整流器0,98牽引變壓器0,941000kW1020kW1074kW1085kW1107kW25000V97a交流傳動(dòng)系統(tǒng)主電路變速箱異步電機(jī)逆變器整流器牽引變壓器100交直與交流傳動(dòng)機(jī)車主電路比較變速箱異步電機(jī)逆變器整流器牽引變壓器1085kW25000V變速箱直流電機(jī)整流器牽引變壓器25000V濾波電抗器勵(lì)磁繞組交直傳動(dòng)機(jī)車主電路交流傳動(dòng)機(jī)車主電路98a交直與交流傳動(dòng)機(jī)車主電路比較變速箱異步電機(jī)逆變器整流器牽引變?nèi)⒔涣鱾鲃?dòng)機(jī)車的技術(shù)分類核心層技術(shù)輔助層技術(shù)相關(guān)層技術(shù)牽引變頻器技術(shù)、交流驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)、牽引變壓器技術(shù)、變頻控制及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)99a三、交流傳動(dòng)機(jī)車的技術(shù)分類核心層技術(shù)輔助層技術(shù)相關(guān)層技術(shù)牽引三、交流傳動(dòng)機(jī)車的技術(shù)分類核心層技術(shù)輔助層技術(shù)相關(guān)層技術(shù)牽引變頻器技術(shù)、交流驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)、牽引變壓器技術(shù)、變頻控制及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)冷卻與通風(fēng)技術(shù)、輔助變流器技術(shù)控制電源技術(shù)、保護(hù)技術(shù)、電磁兼容與布線技術(shù)100a三、交流傳動(dòng)機(jī)車的技術(shù)分類核心層技術(shù)輔助層技術(shù)相關(guān)層技術(shù)牽引三、交流傳動(dòng)機(jī)車的技術(shù)分類核心層技術(shù)輔助層技術(shù)相關(guān)層技術(shù)牽引變頻器技術(shù)、交流驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)、牽引變壓器技術(shù)、變頻控制及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)冷卻與通風(fēng)技術(shù)、輔助變流器技術(shù)控制電源技術(shù)、保護(hù)技術(shù)、電磁兼容與布線技術(shù)司機(jī)臺(tái)操縱技術(shù)、車體輕量化技術(shù)轉(zhuǎn)向架技術(shù)、空氣制動(dòng)技術(shù)高壓測(cè)檢測(cè)技術(shù)101a三、交流傳動(dòng)機(jī)車的技術(shù)分類核心層技術(shù)輔助層技術(shù)相關(guān)層技術(shù)牽引本講課要解決的問題1變頻調(diào)速異步電機(jī)如何控制能滿足機(jī)車牽引的要求？2牽引逆變器如何控制能滿足牽引電機(jī)對(duì)機(jī)車牽引的要求？機(jī)車牽引特性有哪些要求？102a本講課要解決的問題1變頻調(diào)速異步電機(jī)如何控制能滿足機(jī)車牽引

四、機(jī)車牽引特性機(jī)車牽引特性要求：1、能產(chǎn)生足夠大的牽引力2、能方便廣泛調(diào)節(jié)速度3、有較高的過載能力4、充分發(fā)揮機(jī)車功率5、先進(jìn)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)103a四、機(jī)車牽引特性機(jī)車牽引特性要求：1、能產(chǎn)生足夠大的牽引力交流電機(jī)（異步）的矩速特性

104a交流電機(jī)（異步）的矩速特性18a關(guān)鍵問題：?105a關(guān)鍵問題：?19a1、異步電機(jī)變頻調(diào)速特性分析（1）

變頻調(diào)速時(shí)異步電機(jī)參數(shù)變化為：106a1、異步電機(jī)變頻調(diào)速特性分析（1）變頻調(diào)速時(shí)異步電機(jī)參數(shù)變（2）用表示的力矩公式M107a（2）用表示的力矩公式M21a恒壓頻比時(shí)最大轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與頻率的關(guān)系曲線108a恒壓頻比時(shí)最大轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與頻率的關(guān)系曲線22a（3）

用表示的力矩公式109a（3）用表示的力矩公式23a結(jié)論：當(dāng)

110a結(jié)論：當(dāng)24a3、機(jī)車牽引中異步電機(jī)的運(yùn)行特性（1）

恒力矩起動(dòng)

①采用恒壓頻比控制低頻時(shí)適當(dāng)提高電壓，抵消定子繞組內(nèi)阻的影響。②采用恒磁通控制電機(jī)各參數(shù)與頻率的關(guān)系：111a3、機(jī)車牽引中異步電機(jī)的運(yùn)行特性（1）恒力矩起動(dòng)25a(2)恒功率運(yùn)行

恒功率1：恒功率2：112a(2)恒功率運(yùn)行恒功率1：恒功率2：26a第一種恒功率的特點(diǎn)：最小逆變器，最大電機(jī)恒功率1：113a第一種恒功率的特點(diǎn)：最小逆變器，最大電機(jī)恒功率1：27a第二種恒功的特點(diǎn)：最大逆變器，最小電機(jī)恒功率2：114a第二種恒功的特點(diǎn)：最大逆變器，最小電機(jī)恒功率2：28a

五、典型交流傳動(dòng)機(jī)車主電路工作115a五、典型交流傳動(dòng)機(jī)車主電路工作29a法國TGV、西班牙AVE機(jī)車主電路

（同步電機(jī)）勵(lì)磁116a法國TGV、西班牙AVE機(jī)車主電路

（同步電機(jī)）勵(lì)磁30韓國TGV機(jī)車主電路（同步電機(jī)）勵(lì)磁117a韓國TGV機(jī)車主電路（同步電機(jī)）勵(lì)磁31a電流型逆變器(異步電機(jī))118a電流型逆變器(異步電機(jī))32aGTO電壓型逆變器(歐洲之星TGV)119aGTO電壓型逆變器(歐洲之星TGV)33a每一個(gè)動(dòng)車一臺(tái)逆變器，同時(shí)為4臺(tái)異步電機(jī)供電典型的地鐵牽引變頻器MACMACMACMAC120a每一個(gè)動(dòng)車一臺(tái)逆變器，同時(shí)為4臺(tái)異步電機(jī)供電典型的地鐵牽引變MRE_2563_FRBH(O-M)DJ(M)CA2(I)TFPH(O-C)DJ(C)ONDCA2(I)-ONDCA1(I)-ONDM1PT2(15kVDB)PT1(25kV&15kVCFF)TFI-QL(M)SF-FI-50C(IS)FI-50CAP-FI-50H3-FIRHC(IS)PMCF1C(IS)E(C)R(PC)E(C)C(PC)E(C)CVS-AUXsuressieux1et3C(IS)PMCF2Essieu4Essieu3Essieu23x1mFx3C(PC)FI-50H(O-15)PalpageavecéclateurPF(C)R(PC)FI-50PF(M)E-TFPCA(I)DIFFCA(U)ECCA(U)PMCF3x1,33mFCAP-ONDCC-FI-50CA2(I)PMCFSF1-HACHSF2-HACHH-INV-CONTH-INV-15H-15H-CONTCA(I)RHR(DC)CAP-ONDCAP-2FR(DC)CAP-2FOND-RHPMCFC(PC)PMCFR(PC)PMCFOption"Filtre50Hz"Optionsnonreprésentées:-ChauffagePT4(1,5kV&3kVSNCB)Notasurlespantographespourlefonctionnementsous3kV:-Surledémonstrateur,enconfiguration3pantographes,onutiliserauniquementlepantographe3(PT3)avecunarchetadaptéauxessaisréalisésH2-FIH1-FISF1-FISF2-FICA1(I)TFPTFI-50R(DC)CAP-FI-507,2mH7,2mH2,835mH2,835mH10mH1mFPT3(3kVFS)CA1(I)PMCF50?50?50?3,7?適用于4種電壓供電的機(jī)車牽引變頻器

(~25Kv/15kV,=3kV/1,5kV)121aMRE_2563_FRBH(O-M)DJ(M)CA2(I)DJ(C)DJ(M)EcrêteurC(ALI)FIR(ALI)FISF1-FISF2-FIH-FI-XXSF-FI-XXCAP-FI-XX}X3=~380V~M1AUXPMCFONDC(PC)PMCFR(PC)PMCFCAP-PMCFCAP-ONDRH1CA(I)PMCFCA(U)PMCFCA(U)ONDFTR-17/08/1998RevE-Page2PalpageH(O-M)CA(U)1/2-ONDH(O-C)CA1(I)TFPCA2(I)TFPCA(U)1/3-ONDCA(I)1-ONDCA(I)2-ONDQ1L(M)H-2FC(IS)E(C)SF2-2F-FISF1-2F-FIH4-PMCFC(PC)E(C)R(PC)E(C)CAP-2FC(PC)PMCF牽引變頻器

3種電壓供電的機(jī)車(~25Kv/15kV,=1,5kV)122aDJ(C)DJ(M)EcrêteurC(ALI)FIR(AL六、交流傳動(dòng)機(jī)車新技術(shù)大功率電力電子器件交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制規(guī)則與控制理論列車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)列車控制系統(tǒng)軟件e化列車（eTrain）eTrain監(jiān)控系統(tǒng)音頻系統(tǒng)車地通訊新技術(shù)典型的司機(jī)室無線通訊技術(shù)123a六、交流傳動(dòng)機(jī)車新技術(shù)大功率電力電子器件37a

第二節(jié)

異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)124a

第二節(jié)

異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)38a變頻調(diào)速控制系統(tǒng)125a變頻調(diào)速控制系統(tǒng)39a引言

直流電機(jī)的主磁通和電樞電流分布的空間位置是確定的，而且可以獨(dú)立進(jìn)行控制，交流異步電機(jī)的磁通則由定子與轉(zhuǎn)子電流合成產(chǎn)生，它的空間位置相對(duì)于定子和轉(zhuǎn)子都是運(yùn)動(dòng)的，除此以外，在籠型轉(zhuǎn)子異步電機(jī)中，轉(zhuǎn)子電流還是不可測(cè)和不可控的。因此，異步電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型要比直流電機(jī)模型復(fù)雜得多，在相當(dāng)長的時(shí)間里，人們對(duì)它的精確表述不得要領(lǐng)。126a引言直流電機(jī)的主磁通和電樞電流分布的好在不少機(jī)械負(fù)載，例如風(fēng)機(jī)和水泵，并不需要很高的動(dòng)態(tài)性能，只要在一定范圍內(nèi)能實(shí)現(xiàn)高效率的調(diào)速就行，因此可以只用電機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型來設(shè)計(jì)其控制系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)電壓-頻率協(xié)調(diào)控制，可以采用轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比帶低頻電壓補(bǔ)償?shù)目刂品桨?，這就是常用的通用變頻器控制系統(tǒng)。127a好在不少機(jī)械負(fù)載，例如風(fēng)機(jī)和水泵，并不需要很高的動(dòng)態(tài)性能，只轉(zhuǎn)速開環(huán)型控制系統(tǒng)電壓/頻率比控制是控制定子電壓和定子頻率，使定子電壓以一定的函數(shù)關(guān)系跟蹤定子頻率的變化，從而在調(diào)頻調(diào)速過程中近似地保持電機(jī)氣隙磁通不變的一種控制方法。中間直流電壓可調(diào)的電壓型逆變器－異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)控制電路由基準(zhǔn)部分、整流器控制部分和逆變器控制部分組成。128a轉(zhuǎn)速開環(huán)型控制系統(tǒng)電壓/頻率比控制是控制定子電壓和定子頻率，1、基準(zhǔn)部分2、整流器控制部分3、逆變器控制部分129a1、基準(zhǔn)部分43a電壓/頻率比控制，無法控制異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率，對(duì)于多臺(tái)電動(dòng)機(jī)由同一臺(tái)逆變器供電的情況，各臺(tái)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率一般是不同的，即使同一臺(tái)異步電機(jī)，轉(zhuǎn)差頻率的大小也是隨負(fù)載的大小而變化的。是一種頻率（轉(zhuǎn)速）的開環(huán)控制，并不能對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行精確的控制。轉(zhuǎn)速開環(huán)型控制系統(tǒng)130a電壓/頻率比控制，無法控制異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率，對(duì)于多臺(tái)電動(dòng)機(jī)如果變頻調(diào)速系統(tǒng)長期處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)而不需要頻繁起動(dòng)和制動(dòng)；或者負(fù)載特性比較固定，基本上不需要因電機(jī)特性差異而進(jìn)行調(diào)整的一類負(fù)載（風(fēng)機(jī)、水泵等節(jié)能調(diào)速），可以采用電壓閉環(huán)、轉(zhuǎn)速開環(huán)的控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速開環(huán)型控制系統(tǒng)131a如果變頻調(diào)速系統(tǒng)長期處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)而不需要頻繁起動(dòng)和制動(dòng)；電壓/頻率比控制時(shí)的各種穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性通常是以轉(zhuǎn)差頻率為恒坐標(biāo)給出的。電壓/頻率比控制穩(wěn)態(tài)特性132a電壓/頻率比控制時(shí)的各種穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性通常是以轉(zhuǎn)差頻率為恒坐標(biāo)電壓/頻率比控制穩(wěn)態(tài)特性133a電壓/頻率比控制穩(wěn)態(tài)特性47a電壓/頻率比控制穩(wěn)態(tài)特性134a電壓/頻率比控制穩(wěn)態(tài)特性48a6.5.1轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制調(diào)速系統(tǒng)——

通用變頻器-異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)概述現(xiàn)代通用變頻器大都是采用二極管整流和由快速全控開關(guān)器件IGBT或功率模塊IPM組成的PWM逆變器，構(gòu)成交-直-交電壓源型變壓變頻器，已經(jīng)占領(lǐng)了全世界0.5~500KVA中、小容量變頻調(diào)速裝置的絕大部分市場(chǎng)。135a6.5.1轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制調(diào)速系統(tǒng)——

所謂“通用”，包含著兩方面的含義：（1）可以和通用的籠型異步電機(jī)配套使用；（2）具有多種可供選擇的功能，適用于各種不同性質(zhì)的負(fù)載。下頁圖繪出了一種典型的數(shù)字控制通用變頻器-異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理圖。136a所謂“通用”，包含著兩方面的含義：50a

1.系統(tǒng)組成M3~電壓檢測(cè)泵升限制電流檢測(cè)溫度檢測(cè)電流檢測(cè)單片機(jī)顯示設(shè)定接口PWM發(fā)生器驅(qū)動(dòng)電路~URUIR0R1R2RbVTbKR0R1RbR2137a1.系統(tǒng)組成M電壓泵升電流溫度電流單顯示設(shè)定接口PWM驅(qū)

2.電路分析主電路——由二極管整流器UR、PWM逆變器UI和中間直流電路三部分組成，一般都是電壓源型的，采用大電容C濾波，同時(shí)兼有無功功率交換的作用。138a2.電路分析主電路——由二極管整流器UR、PWM逆變器U主電路（續(xù)）限流電阻：為了避免大電容C在通電瞬間產(chǎn)生過大的充電電流，在整流器和濾波電容間的直流回路上串入限流電阻（或電抗），通上電源時(shí)，先限制充電電流，再延時(shí)用開關(guān)K將短路，以免長期接入時(shí)影響變頻器的正常工作，并產(chǎn)生附加損耗。139a主電路（續(xù)）限流電阻：為了避免大電容C在通電瞬間產(chǎn)生過大的充主電路（續(xù)）泵升限制電路——由于二極管整流器不能為異步電機(jī)的再生制動(dòng)提供反向電流的通路，所以除特殊情況外，通用變頻器一般都用電阻吸收制動(dòng)能量。減速制動(dòng)時(shí)，異步電機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，首先通過逆變器的續(xù)流二極管向電容C充電，當(dāng)中間直流回路的電壓（通稱泵升電壓）升高到一定的限制值時(shí)，通過泵升限制電路使開關(guān)器件導(dǎo)通，將電機(jī)釋放的動(dòng)能消耗在制動(dòng)電阻上。為了便于散熱，制動(dòng)電阻器常作為附件單獨(dú)裝在變頻器機(jī)箱外邊。140a主電路（續(xù)）泵升限制電路——由于二極管整流器不能為異步電機(jī)的二極管整流電流波形具有較大的諧波分量，使電源受到污染。為了抑制諧波電流，對(duì)于容量較大的PWM變頻器，都應(yīng)在輸入端設(shè)有進(jìn)線電抗器，有時(shí)也可以在整流器和電容器之間串接直流電抗器。還可用來抑制電源電壓不平衡對(duì)變頻器的影響。141a二極管整流電流波形具有較大的諧波分量，使電源電路分析（續(xù)）控制電路——現(xiàn)代PWM變頻器的控制電路大都是以微處理器為核心的數(shù)字電路，其功能主要是接受各種設(shè)定信息和指令，再根據(jù)它們的要求形成驅(qū)動(dòng)逆變器工作的PWM信號(hào)，再根據(jù)它們的要求形成驅(qū)動(dòng)逆變器工作的PWM信號(hào)。微機(jī)芯片主要采用8位或16位的單片機(jī)，或用32位的DSP，現(xiàn)在已有應(yīng)用RISC的產(chǎn)品出現(xiàn)。142a電路分析（續(xù)）控制電路——現(xiàn)代PWM變頻器的控制電路大都是以控制電路（續(xù)）PWM信號(hào)產(chǎn)生——可以由微機(jī)本身的軟件產(chǎn)生，由PWM端口輸出，也可采用專用的PWM生成電路芯片。檢測(cè)與保護(hù)電路——各種故障的保護(hù)由電壓、電流、溫度等檢測(cè)信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理電路進(jìn)行分壓、光電隔離、濾波、放大等綜合處理，再進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器，輸入給CPU作為控制算法的依據(jù)，或者作為開關(guān)電平產(chǎn)生保護(hù)信號(hào)和顯示信號(hào)。143a控制電路（續(xù)）PWM信號(hào)產(chǎn)生——可以由微機(jī)本身的軟件產(chǎn)生，由控制電路（續(xù)）信號(hào)設(shè)定——需要設(shè)定的控制信息主要有：U/f特性、工作頻率、頻率升高時(shí)間、頻率下降時(shí)間等，還可以有一系列特殊功能的設(shè)定。由于通用變頻器-異步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)是轉(zhuǎn)速或頻率開環(huán)、恒壓頻比控制系統(tǒng)，低頻時(shí)，或負(fù)載的性質(zhì)和大小不同時(shí)，都得靠改變U/f函數(shù)發(fā)生器的特性來補(bǔ)償，使系統(tǒng)達(dá)到恒定，甚至恒定的功能（見第6.2.2節(jié)），在通用產(chǎn)品中稱作“電壓補(bǔ)償”或“轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償”。144a控制電路（續(xù)）信號(hào)設(shè)定——需要設(shè)定的控制信息主要有：U/f補(bǔ)償方法實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ袃煞N：一種是在微機(jī)中存儲(chǔ)多條不同斜率和折線段的U/f

函數(shù)，由用戶根據(jù)需要選擇最佳特性；另一種辦法是采用霍耳電流傳感器檢測(cè)定子電流或直流回路電流，按電流大小自動(dòng)補(bǔ)償定子電壓。但無論如何都存在過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償?shù)目赡?，這是開環(huán)控制系統(tǒng)的不足之處。145a補(bǔ)償方法實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ袃煞N：59a控制電路（續(xù)）給定積分——由于系統(tǒng)本身沒有自動(dòng)限制起制動(dòng)電流的作用，因此，頻定設(shè)定信號(hào)必須通過給定積分算法產(chǎn)生平緩升速或降速信號(hào)，升速和降速的積分時(shí)間可以根據(jù)負(fù)載需要由操作人員分別選擇。綜上所述，PWM變壓變頻器的基本控制作用如下頁圖所示。近年來，許多企業(yè)不斷推出具有更多自動(dòng)控制功能的變頻器，使產(chǎn)品性能更加完善，質(zhì)量不斷提高。146a控制電路（續(xù)）給定積分——由于系統(tǒng)本身沒有自動(dòng)限制起制動(dòng)電流控制電路（續(xù)）tff*ufu斜坡函數(shù)U/f曲線脈沖發(fā)生器驅(qū)動(dòng)電路工作頻率設(shè)定升降速時(shí)間設(shè)定電壓補(bǔ)償設(shè)定PWM產(chǎn)生圖6-39PWM變壓變頻器的基本控制作用

147a控制電路（續(xù)）tff*ufu斜坡函數(shù)U/f曲線脈沖發(fā)轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)為克服U/f恒定的轉(zhuǎn)速開環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)，提高調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)性能，可采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)的變頻調(diào)速系統(tǒng)，由電力傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程

可知，轉(zhuǎn)速的控制可通過對(duì)電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩T控制來實(shí)現(xiàn)，基于此思路，提出了轉(zhuǎn)差頻率控制方式。148a轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)為克服U/f恒定的轉(zhuǎn)速開環(huán)變頻調(diào)速轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理149a轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理63a由三相電機(jī)一相等值電路圖可知，轉(zhuǎn)子電流為定子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為式中，轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理150a由三相電機(jī)一相等值電路圖可知，轉(zhuǎn)子電流為轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理又因?yàn)檗D(zhuǎn)差角頻率將（2）（3）帶入轉(zhuǎn)子電流I2的表達(dá)式，可得電磁功率151a轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理又因?yàn)?5a轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理電磁轉(zhuǎn)矩 式中式（6）說明在電動(dòng)機(jī)的參數(shù)為常數(shù)，且當(dāng)磁通為常數(shù)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩僅和轉(zhuǎn)差角頻率有關(guān)，對(duì)應(yīng)的曲線如下：152a轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理電磁轉(zhuǎn)矩66a轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理153a轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理67a對(duì)式（6）求導(dǎo)，并令可求出與無關(guān)，與成正比如果wsl較小，則可忽略，式(6)簡化為

如圖中虛線所示轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理154a對(duì)式（6）求導(dǎo)，并令轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理68a可見，當(dāng)Φm

一定時(shí)，則電磁轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)差角頻率wsl成正比，這與直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性T＝f（Ia）十分相似，即對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)在wsl≤wslm范圍內(nèi)，如果保持Φm

一定，就可以像直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)用Ia控制T那樣控制wsl來控制電磁轉(zhuǎn)矩，這是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理。轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理155a可見，當(dāng)Φm一定時(shí)，則電磁轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)差角頻率wsl成正比，轉(zhuǎn)差控制系統(tǒng)中控制氣隙磁通恒定的方法有直接控制和間接控制兩種。直接控制氣隙磁通的方法是用檢測(cè)線圈或霍爾片檢測(cè)氣隙磁通，以此為反饋量進(jìn)行閉環(huán)控制，而間接控制氣隙磁通的方法則是通過控制定子電流或定子電壓以控制勵(lì)磁電流，勵(lì)磁電流恒定則氣隙磁通恒定。轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理156a轉(zhuǎn)差控制系統(tǒng)中控制氣隙磁通恒定的方法有直接控制和間接控制兩