電傳動(dòng)控制原理第四章相控電力機(jī)車(chē)a

電傳動(dòng)控制原理第四章相控電力機(jī)車(chē)a第1頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§4.1有級(jí)調(diào)速與無(wú)級(jí)調(diào)速以起動(dòng)過(guò)程為例：速度由零上升到運(yùn)行速度的加速過(guò)程，特殊形式的速度調(diào)節(jié)起動(dòng)時(shí)電力機(jī)車(chē)速度為0，牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為0牽引電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)E=Cen=0若進(jìn)行滿壓起動(dòng)，將產(chǎn)生很大的起動(dòng)電流10倍額定電流在換向器上產(chǎn)生火花環(huán)火過(guò)大的電磁轉(zhuǎn)矩破壞機(jī)車(chē)的粘著條件，空轉(zhuǎn)過(guò)大的機(jī)械沖擊力機(jī)械零件損傷，振動(dòng)沖擊限制起動(dòng)電流，進(jìn)行變阻起動(dòng)或降壓起動(dòng)第2頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一有級(jí)調(diào)速機(jī)車(chē):降壓起動(dòng)過(guò)程：

v=0n=0E=0U=IdRId=U/R電壓升至第六級(jí)：從a點(diǎn)起動(dòng)

F>WnEId

有級(jí)調(diào)速機(jī)車(chē)SS1有33個(gè)調(diào)壓級(jí)和3級(jí)磁場(chǎng)削弱對(duì)應(yīng)于牽引變壓器的每級(jí)電壓都有一條速度特性曲線vId6abcd第3頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§4.26G型電力機(jī)車(chē)主電路T1T2T3T4D1D2D3D4M1M2M3RM4RM3RM1M4M5M6RM2第4頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一橋式整流：變壓器的容量發(fā)揮充分，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化兩段半控橋相控?zé)o級(jí)調(diào)壓：起動(dòng)、調(diào)速平滑半集中式供電：電機(jī)之間負(fù)載分配較均勻取消了調(diào)壓開(kāi)關(guān)：主電路簡(jiǎn)單、開(kāi)關(guān)電器動(dòng)作減少一、特點(diǎn)第5頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

低壓調(diào)壓調(diào)節(jié)RM1，封鎖RM2D3、D4續(xù)流Ud：0~0.5Ud0=450VRM1滿開(kāi)放，調(diào)節(jié)RM2

Ud：0.5Ud0~Ud0=900V0-900V調(diào)壓，用一段橋式電路是否可以實(shí)現(xiàn)，且主電路簡(jiǎn)單？為何用兩段橋式電路？二、調(diào)壓原理

高壓調(diào)壓第6頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§4.3機(jī)車(chē)功率因數(shù)問(wèn)題實(shí)現(xiàn)端電壓平滑調(diào)節(jié)，減少電流沖擊，較好利用粘著力獲得機(jī)車(chē)工作范圍內(nèi)的任意牽引力和速度更好地利用機(jī)車(chē)的慣性取消笨重的有觸點(diǎn)式調(diào)壓開(kāi)關(guān)晶閘管整流實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)：晶閘管整流實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速的缺點(diǎn)：功率因數(shù)低和諧波分量較高第7頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一機(jī)車(chē)功率因數(shù)概念：

一般正弦交流電路：U、I均為正弦功率因數(shù)：電壓與電流之間相位角的余弦cos

電力機(jī)車(chē)：I發(fā)生畸變?yōu)榫匦尾?/p>

機(jī)車(chē)整流電路的功率因數(shù)

=機(jī)車(chē)牽引變壓器高壓側(cè)有功功率機(jī)車(chē)牽引變壓器高壓側(cè)視在功率=P/S=Pd/S第8頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一機(jī)車(chē)功率因數(shù)概念：=P/S=

U1I1fcos1U1I1I1f=I1=cos1cos1

：電流畸變系數(shù)

cos1

：基波電壓與基波電流之間的相位移系數(shù)

牽引變壓器高壓測(cè)電壓有效值電流基波有效值牽引變壓器高壓測(cè)電流總有效值第9頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一不可控整流電路：SS1Mu~i~Idi~u~tIdidt第10頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一不可控整流電路：SS1牽引變壓器高壓側(cè)電流與電壓同相位

cos1=1

S=U1I1=KU2?(Id/K)Ud=22/?U2S=22UdId=22Pd=Pd/S=22PdPd=22=0.9=P

/S=U1I1fU1I1=I1fI1=0.9第11頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一半控整流電路：idIdtcos1=cos/2電流有畸變?nèi)齻€(gè)臺(tái)階u~ti~Mu~i~Id第12頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一全控整流電路：idIdtcos1=cos電流有畸變兩個(gè)臺(tái)階Mu~i~Idu~ti~第13頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一提高功率因數(shù)的方法利用特殊控制方法不對(duì)稱觸發(fā)扇形控制PWM控制多段橋順序控制第14頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一i~u~ti~u~t全控橋：存在電壓和電流反向階段電網(wǎng)吸收能量半控橋：不存在電壓和電流反向階段

不對(duì)稱觸發(fā)第15頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一u~tiT1tiT2tiT3tiT4tMu~i~IdT1T2T4T3T1、T2：晶閘管工作在時(shí)，T1觸發(fā)導(dǎo)通在+，T2觸發(fā)導(dǎo)通T3、T4：二極管工作在網(wǎng)壓過(guò)零時(shí)導(dǎo)通i~第16頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Mu~i~IdT1T2D3D4u~ti~tt=晶閘管導(dǎo)通t=晶閘管截止若

=電流基波分量與電源電壓同相位cos=1

扇形控制第17頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一雙重扇形控制第18頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一PWM控制eSeCeC：載波eS：正弦調(diào)制波調(diào)節(jié)輸出電壓：改變脈沖寬度改變脈沖次數(shù)可以消除低次諧波udi~第19頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一多重PWM控制第20頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

多段橋順序控制T1T3T2T4T5T6D5D6D1D2a1x1a2x2o6G：兩段半控橋順序控制SS4：三段半控橋順序控制三段繞組：a1oox1U2/4

a2x2U2/2第21頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Ud第一段：控制半控橋D1D2T1T2

T3T4T5T6都封鎖

Ud=0~?Ud0第二段：

T1T2滿開(kāi)放控制T3T4Ud=?~?Ud0第三段：

T5T6滿開(kāi)放控制T1T2Ud=?~?Ud0第四段：

T1T2T5T6滿開(kāi)放控制T3T4Ud=?~1Ud0負(fù)載轉(zhuǎn)移：T1T2T3T4封鎖

T5T6滿開(kāi)放第22頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1：全控橋2：半控橋3：兩段半控4：四段半控123401UdUd00.9結(jié)論：段數(shù)越多功率因數(shù)越高第23頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第24頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§4.4

6G電子控制系統(tǒng)6G：恒流單閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)PI被控對(duì)象電機(jī)電流IREF6G：轉(zhuǎn)向架控制牽引制動(dòng)控制第25頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一+24Ve0給定積分器比例調(diào)節(jié)器電流限制環(huán)節(jié)IRefPIMAXM~RM1~RM2移相及脈沖形成相位差1800UC1移相及脈沖形成相位差1800UC2eCeC第26頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6G機(jī)車(chē)控制基本過(guò)程:

給出指令信號(hào)e0

基準(zhǔn)電流組件IRef給定積分器限制電流的上升率和下降率比例調(diào)節(jié)器避免機(jī)車(chē)發(fā)生空轉(zhuǎn)電流限制環(huán)節(jié)限制電機(jī)的最大電流電流調(diào)節(jié)器PIeC

連續(xù)調(diào)節(jié)器UC1UC2

晶閘管觸發(fā)系統(tǒng)RM1RM2

第27頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§4.5

典型電路分析晶閘管觸發(fā)系統(tǒng)：一、交直疊加移相電路Uc

移相

脈沖形成

功放阻容移相單結(jié)晶體管移相功率不大的整流裝置觸發(fā)系統(tǒng)不經(jīng)脈沖變壓器直流與交流疊加移相鋸齒波與直流疊加移相大功率電力機(jī)車(chē)觸發(fā)系統(tǒng)經(jīng)脈沖變壓器第28頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6G：交直流電壓串聯(lián)疊加移相u網(wǎng)u1LRCR2urur’+-uc+24VT1第29頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一R、L、C串聯(lián)諧振：uL和uC相互抵消uR=uuLRCuLuRuCuLuCuR=u電流可以用改變電阻R值的方法來(lái)調(diào)節(jié)——電流改變了，電容的端電壓也變化1.

同步電路——串聯(lián)諧振電路6G第30頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6G：u網(wǎng)

=umsintu網(wǎng)同步變壓器tu網(wǎng)uc(ur)u網(wǎng)u1tu1(反相)串聯(lián)諧振電路uc(滯后u190o)ur(實(shí)際超前網(wǎng)壓90o)R、L、C兼有濾波作用第31頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一RLC串聯(lián)諧振電路特點(diǎn)：改變電阻R可以調(diào)節(jié)電容的端電壓電容的端電壓UC比電源電壓滯后90°從電容端取輸出電壓RLC電路起到濾波作用第32頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一采用同步電壓和可調(diào)直流電壓相疊加改變輸出電壓“0”態(tài)相位改變脈沖相位ur：同步余弦電壓uc：直流控制電壓ub=ur+uc=Urmcost+Uc6G：ur=7.5costuc=+7.5-7.5V2.

交直疊加移相電路第33頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一u網(wǎng)urttub7.5Vtubtub-7.5V180°90°

當(dāng)uc=7.5Vub=7.5cost+7.5=0

cost=－1t=180°

當(dāng)uc=0ub=7.5cost+0=0

cost=0t=90°

當(dāng)uc=-7.5Vub=7.5cost－7.5=0

cost=1t=0°結(jié)論：當(dāng)uc從7.5V變到－7.5V時(shí)，ub=0的相位從180°變到0°第34頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一交直疊加移相電路的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：主電路輸出電壓Ud與控制電壓Uc具有線性關(guān)系ur和uc相交時(shí)：Urmcos=-Uccos=-Uc/Urm半控：Ud=Ud0(1+cos)/2

Ud與Uc具有簡(jiǎn)單的線性關(guān)系全控：Ud=Ud0cos

Ud=Ud0UrmUc-Ud=Ud02UrmUc+Ud02-缺點(diǎn)：電源電壓波動(dòng)和波形畸變會(huì)影響控制角的變化第35頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一D3T2R20T4R22R26R24T6R28C9R30R32+24V12

脈沖形成電路二、脈沖形成及整形電路第36頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一脈沖形成：輸入端為低電平：T4截止T6導(dǎo)通無(wú)輸出脈沖輸入正脈沖：T4導(dǎo)通T6截止

C充電：+24VR28C9R30

輸出一個(gè)正尖脈沖

12：換相角限制在換相期間不會(huì)有觸發(fā)脈沖產(chǎn)生第37頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

脈沖整形電路——單穩(wěn)觸發(fā)電路D9R34T8R38T10R40C15R44R46+24VR36D11R481.5ms第38頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一脈沖整形：當(dāng)無(wú)輸入信號(hào)時(shí)：T10導(dǎo)通T8截止無(wú)輸出脈沖C充電完畢左+右當(dāng)輸入尖脈沖信號(hào)時(shí)：T8導(dǎo)通

D11截止T10截止輸出高電平

C放電再反向充電：+24VR46T8右+左D11導(dǎo)通T10導(dǎo)通T8截止輸出低電平結(jié)論：輸出矩形脈沖的寬度和幅值與輸入脈沖的形狀和幅值無(wú)關(guān)

6G觸發(fā)脈寬1.5msT第39頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一T1T2D1D2防止換流期間，晶閘管不導(dǎo)通，造成整流電壓中斷換流期間：

D1、D2、T1同時(shí)導(dǎo)通

T2的陽(yáng)極電壓為零6G：換相角限制環(huán)節(jié)正限制電壓發(fā)生器三、換相角限制環(huán)節(jié)第40頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一換相角限制電路R2T1R3R4R5T2R6C1R8R7+24VT3D1312R10R11R1C2R12D276AB第41頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一換相限制工作原理：當(dāng)A點(diǎn)的電壓從正變?yōu)樨?fù)，B從負(fù)變?yōu)檎龝r(shí)：T1截止T2延時(shí)導(dǎo)通T3延時(shí)截止12輸出正信號(hào)當(dāng)A點(diǎn)的電壓從負(fù)變?yōu)檎?，B從正變?yōu)樨?fù)時(shí)：換相期間，T1仍截止T2導(dǎo)通T3截止12仍維持輸出正信號(hào)當(dāng)A點(diǎn)的電壓從負(fù)變?yōu)檎?，B從正變?yōu)樨?fù)時(shí)：換相結(jié)束，T1導(dǎo)通T2延時(shí)截止T3延時(shí)導(dǎo)通12輸出負(fù)信號(hào)第42頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一具有脈沖信號(hào)足夠的電流電壓觸發(fā)脈沖寬度觸發(fā)脈沖與主電路電源電壓同步觸發(fā)脈沖的移相范圍應(yīng)滿足要求晶閘管觸發(fā)脈沖的基本要求：四、脈沖功率放大電路第43頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一窄脈沖寬脈沖連續(xù)脈沖雙脈沖脈沖列組合脈沖晶閘管觸發(fā)脈沖的形式：8K6G第44頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6G：脈沖放大電路T12T14+24V24Vu~110V1.5ms16V2.9V通道Ⅰ輸入通道Ⅱ輸入輸出橋臂Ⅰ輸出橋臂Ⅱ第45頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一脈沖放大工作原理：T12的基極有觸發(fā)脈沖：T12導(dǎo)通T14導(dǎo)通

當(dāng)T14導(dǎo)通時(shí)：電容C放電形成16V尖峰電壓電容電壓低于24V穩(wěn)壓電源輸出2.9V電壓第46頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電流限制環(huán)節(jié)

Ud:0900VId:1650A1400A

五、基準(zhǔn)電流形成電路給定積分器限制電流上升率與下降率上升時(shí)間6S

下降時(shí)間1S比例調(diào)節(jié)器避免大電流指令區(qū)機(jī)車(chē)發(fā)生空轉(zhuǎn)

e0:050%IREF075%1.5e0:50%1IREF75%10.5第47頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

基準(zhǔn)電流變化率調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)e0+A01+15V-15V+A02+A04R11

10KR13

10KR7

3K3R9

1MR6

47KR1010KR2

4K7R34K7C147

D4D3R15

47KR1410KR16

1MR17

3K3C2

47D11D12P1P2I0-7.5V4K7第48頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一工作原理分析：A01：比例調(diào)節(jié)器A04：倒相器A02：積分器

當(dāng)e0加入正信號(hào)：

A01負(fù)飽和輸出-15VD3導(dǎo)通D3P2R16CI0線性上升與e0相抵消A01脫離飽和上升速度取決于時(shí)間常數(shù)R16、C2e0I06S1S

當(dāng)e0加入負(fù)信號(hào)：

A01正飽和輸出+15VD4導(dǎo)通D4R15CI0線性下降到0

下降速度取決于時(shí)間常數(shù)R15、C2第49頁(yè)，共52頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

非線性環(huán)節(jié)-15VeC+A05R35

22KR31

44K2R30

47K5R32100KC3220

D8D10P3

2K2R34