電傳動(dòng)控制技術(shù)-5-電子控制

1、北方交通大學(xué) 電氣工程學(xué)院電力牽引控制技術(shù)相控機(jī)車(chē)電子控制系統(tǒng)2021/9/121機(jī)車(chē)控制系統(tǒng)主要作用調(diào)節(jié)（分配）機(jī)車(chē)牽引力、制動(dòng)力；調(diào)節(jié)速度；故障檢測(cè)與診斷；輔助系統(tǒng)的控制；防空轉(zhuǎn)、防滑行；無(wú)功功率補(bǔ)償；各種保護(hù)等。2021/9/1226G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2021/9/123+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基本電路原理晶閘管觸發(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

2、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2021/9/125交直流電壓串聯(lián)疊加移相u網(wǎng)u1LRCR2urur+-uc+24VT12021/9/126R、L、C串聯(lián)諧振：u L和u C相互抵消 u R = uuLRCuLuRuCuLuCu R = u結(jié)論：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 6G2021/9/127u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u190)ur(實(shí)際超前網(wǎng)壓90)R、L、

3、C兼有濾波作用同步電路2021/9/128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2021/9/129u網(wǎng)urttub7.5Vtubtub-7.5V18090 當(dāng) u c= 7.5V u b= 7.5cost + 7.5 = 0 cost = 1 t = 180 當(dāng) u c= 0 u b= 7.5cost + 0 = 0 cost = 0 t = 90 當(dāng) u c= - 7.5V u b= 7.5

4、cost 7.5 = 0 cost = 1 t = 0結(jié)論：當(dāng)u c從7.5V變到7.5V時(shí)，u b= 0的相位從180變到0 0交直疊加移相電路的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：ur和uc相交時(shí)：Urmcos = Uc cos = Uc / Urm半控：Ud = Ud0 ( 1 + cos ) / 2 全控：Ud = Ud0 cos Ud = Ud0UrmUc Ud = Ud02UrmUc+Ud02缺點(diǎn)：D3T2R20T4R22R26R24T6R28C9R30R32+24V12 脈沖形成電路二、脈沖形成及整形電路2021/9/1212 脈沖整形電路 單穩(wěn)觸發(fā)電路D9R34T8R38T10R40C15R44R46

5、+24VR36D11R481.5ms2021/9/1213T1T2D1D2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)2021/9/1214換相角限制電路R2T1R3R4R5T2R6C1R8R7+24VT3D1312R10R11R1C2R12D276AB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、脈沖功率放大電路窄脈沖 6G8K寬脈沖 連續(xù)脈沖 雙脈沖 脈沖列 組合脈沖 2021/9/1216脈沖放大電路

6、T12T14+24V24Vu110V1.5ms16V2.9V通道輸入通道輸入輸出橋臂輸出橋臂給定積分器 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 : 0 50% IREF 0 75% 1.5 e0 : 50% 1 IREF 75% 1 0.5電流限制環(huán)節(jié) Ud : 0 900V Id : 1650A 1400A 五、基準(zhǔn)電流形成電路2021/9/1218 基準(zhǔn)電流變化率調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)e0+A01+15V-15V+A02+A04R11 10K R13 10K R7 3K3 R9 1M R6 47K R1010K R2 4K7 R34K7 C147

7、 D4D3R15 47KR1410K R16 1MR17 3K3C2 47D11D12P1P2I0-7.5V4K7 非線性環(huán)節(jié)-15VeC+A05R35 22KR31 44K2 R30 47K5 R32100K C3220 D8D10P3 2K2R34 4K7R37 10K-15V+15V+A03R20 66K7 10K R23 100KCD6R38IREFR25 49K9 R24 49K9 DI0R21 4K7R27 1KP4 470R26 680D9D7T1六、兩段橋連續(xù)控制eC+A03R40100K R30 33K2+A04R41100K UC2R31 33K2 UC1R32100K R

8、3333K2 R345K6 R355K6 R364K7 R374K7 P2P34K7 4K7 直流負(fù)偏壓6G：RM1 RM2 UC1和UC2決定 晶閘管的觸發(fā)角 -7.5V +7.5V工作原理分析： ec = 0 5V 牽引電 機(jī)端壓0 450V 第一段半控橋工作UC1 = 7.5V - 7.5V 1 = 180 0UC2 = 7.5V 2 = 180 閉鎖510eCUC7.5-7.50UC1UC2 ec = 5 10V 牽引電機(jī)端壓450V 900V UC1 = - 7.5V 1 = 0 滿開(kāi)放 UC2 = 7.5V -7.5V 2 = 180 02021/9/1222工作原理分析：R32

9、= 3 R33UP2 = UP3 = -7.5V A03：- 7.5V100K+eC33K2=- UC1100KUC1 = 7.5 3 eCA04：- 7.5V33K2+eC33K2=- UC2100KUC2 = 3 (7.5 eC )換相重疊角： 第二段半控橋提前投入工作 UP2 = -7.5V UP3 = - 6.5V510eCUC7.5-7.50UC1UC242021/9/12238K機(jī)車(chē)電子控制系統(tǒng)2021/9/12248K機(jī)車(chē)控制系統(tǒng)8k機(jī)車(chē)的引進(jìn)，使我國(guó)電力機(jī)車(chē)設(shè)計(jì)技術(shù)水平上了一個(gè)新的臺(tái)階2021/9/1225電子控制插件板2021/9/1226SS4型電力機(jī)車(chē)控制系統(tǒng)兩手柄： 電

10、壓指令手柄 給定電機(jī)端壓 電流指令手柄 給定電機(jī)電流 可實(shí)現(xiàn)恒流和恒壓控制 司機(jī)電壓給定 電壓延時(shí) 電壓參考值UREF PI調(diào)節(jié)器電流給定 電流延時(shí)粘著限制 電流參考值IREF PI調(diào)節(jié)器MAX單雙邊變換電路移相控制電壓ecRM1RM2RM32021/9/1227電壓延時(shí)司機(jī)電壓給定電流延時(shí)司機(jī)電流給定粘著限制PI調(diào)節(jié)器PI調(diào)節(jié)器MAX單雙邊變換ec電流反饋電壓反饋UREFIREF0-10VRM2RM1RM3T1T2T3T4T5T6D1D2D3D4123RM1RM233RM3ec移相檢測(cè)電機(jī)端壓網(wǎng)壓過(guò)零ABCABC開(kāi)關(guān)檢測(cè)觸發(fā)系統(tǒng)180或0偏壓控制連續(xù)控制器-1010VUd1Ud2控制電壓8K

11、型電力機(jī)車(chē)控制系統(tǒng)8K機(jī)車(chē)控制系統(tǒng)：雙閉環(huán)控制系統(tǒng) 內(nèi)環(huán)是電流環(huán)恒流無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng) 外環(huán)是速度環(huán)準(zhǔn)恒速控制系統(tǒng) 控制流程：司機(jī)手柄指令器 特性控制器 牽引制動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) 給定積分器 調(diào)制器 傳輸總線 解調(diào)器 最大值限制器 防空轉(zhuǎn)滑行裝置 PI調(diào)節(jié)器 移相觸發(fā)系統(tǒng) 整流電路兩級(jí)控制：機(jī)車(chē)控制 轉(zhuǎn)向架控制2021/9/1230vF牽引制動(dòng)給定積分器調(diào)制總線解調(diào)限制器防空轉(zhuǎn)PI網(wǎng)壓電流反饋速度反饋速度反饋+15V15VIssIssIsIrefUE一、特性控制：?jiǎn)问直匦钥刂破?24681011牽引1086420制動(dòng)11順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)： 牽引工況 分011級(jí)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)： 制動(dòng)工況 分011級(jí)單手柄級(jí)位：n電

12、流指令 ：I = 200 n (A)速度指令 ：v = 10 n (km/h)2021/9/1232F(kN)600400200400A800A1200A2468-200246810%0184+4000t+ 9%0v(km/h)20406080手柄在4位：起動(dòng)電流為800A平直道 ：牽引力 阻力V= 38km/h 牽引力=阻力 穩(wěn)定運(yùn)行9%0 ：牽引力 阻力手柄必須在第6位才能起動(dòng)牽引特性曲線形成電路假設(shè)A處斷開(kāi)：A1： IA1 = K1I0 K2v IAvIA12468IA28642+A1+A2I0-VIS1+15VR161R171V162V455R163R164V456R154R156R1

13、65R151R167V457V458R15910K10KA-15VA2： IA2 = I0V456 、 V458 最小值選擇器制動(dòng)特性曲線形成電路假設(shè)A處斷開(kāi)：A3： IA3 = K3v K4I0 + C1A4： IA4 = C2V584 、 V591 最大值選擇器IAvIS1+A3+A4I0-V-15VR220V472V584R217R253V476V591R251A+15VR216R212IA4IA3二、積分延時(shí)電路IS1+A5+A6R177-15VV467R173+15VR174R176R216IS2220K56KR184560KR180100K1M47K547K5R1751MC7410

14、R187100KV460V461V462V463-15V+15V2021/9/1236三、晶閘管觸發(fā)系統(tǒng) 信號(hào)形成電路tUNtUotd0tRU700stdstd0tdtUF -Utd全波整流積分器UFU移相器Ued濾波器比較器Uo延時(shí)d0RUd0 ddsUN控制過(guò)程：注意：d0 d保證晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓才允許獲得觸發(fā)脈沖1. 保證移相電路有足夠的復(fù)位時(shí)間2. 在網(wǎng)壓過(guò)零附近，晶閘管正向陽(yáng)極電壓太低或有不穩(wěn)定的毛刺時(shí)不應(yīng)施加觸發(fā)信號(hào)網(wǎng)壓同步信號(hào)UN進(jìn)行兩方面的處理：1. UN 全波整流 Uo 積分器 同步余弦信號(hào)U UF UF -U 直流控制電壓Ue d2. UN 濾波器比較器 d0 延時(shí)電

15、路 各種 控制信號(hào)RU 、d0、d、ds2021/9/1238A：全波整流電路UNUo+A2+15VLM12422K22K+A150KUo50KUND1D22021/9/1239B：積分電路RU+LM139+15V68n10K22K+LM124U78KUo15V10K+5VSDGttUUoRUtC：網(wǎng)壓峰值記憶回路C+LM124Uds+LM139+15V10K15V10K+5VDSGUF2021/9/1241D：d形成電路tUF -Udt+LM139+15VU15V100K+5V+LM124UFUed100K100K15V2021/9/1242E：有源濾波do+LM139+15VUN15V39

16、2K+5V+A714392K5K768n68nUNUdo2021/9/1243F：d0 d ds RU 形成電路U+5V+ A7+5VABQQ+5VABQQC147C149R347R352d0dRUdsD1D2 脈沖移相控制電路連續(xù)控制器UE1UE2UE3UE4Ue1Ue2Ue3Ue4d1d2d3d4全控橋半控橋削磁橋1d1Ue1UF11d2Ue2UF11d3Ue3UF21d4Ue4UF21232021/9/1245 脈沖形成與放大電路V147V160V161V162C10324V12V+24VV163GDSC107R126脈沖輸入脈沖封鎖CDC104R130V144V145R1292021/

17、9/1246微機(jī)控制系統(tǒng) SS92021/9/12471987年：開(kāi)始研究1991年底：SS40038機(jī)車(chē)試運(yùn)行1993年底：通過(guò)部級(jí)技術(shù)審查1996年底：部級(jí)鑒定1997年：批量生產(chǎn)我國(guó)發(fā)展概況微機(jī)控制交直傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)： SS8 SS9 SS7D SS7E TM1 DDJ1 春城號(hào)電動(dòng)車(chē)組 SS3B2021/9/1248主CPU脈沖控制脈沖放大串行總線接口數(shù)字信號(hào)接口繼電器/光耦隔離模擬信號(hào)調(diào)整A/D D/A人機(jī)對(duì)話保護(hù)監(jiān)控電源RS485列車(chē)總線其它總線基本結(jié)構(gòu)車(chē)載微機(jī)的發(fā)展歷程車(chē)載微機(jī)的發(fā)展可分為三個(gè)階段：以單一功能或單一設(shè)備的測(cè)控為目標(biāo)的初級(jí)階段；以一節(jié)車(chē)廂（機(jī)車(chē)、車(chē)輛）內(nèi)的全部可編程設(shè)

18、備為對(duì)象（例如一臺(tái)機(jī)車(chē)的全部控制設(shè)備）的中級(jí)階段；集整列列車(chē)內(nèi)部測(cè)控任務(wù)和信息處理任務(wù)為一身的高級(jí)階段。2021/9/1250SS9機(jī)車(chē)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介SS9型6軸客運(yùn)電力機(jī)車(chē)采用微機(jī)控制，SS9型微機(jī)控制系統(tǒng)是在SS8基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的；微機(jī)柜的外形尺寸：771(長(zhǎng))486.5(寬)1000(高)mm；微機(jī)控制裝置采用柜體、插件箱、插件的三層結(jié)構(gòu)；SS9微機(jī)柜的控制方式類(lèi)同SS8，實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)的牽引/制動(dòng)特性控制、空轉(zhuǎn)/滑行保護(hù)、列車(chē)供電控制、空電聯(lián)合制動(dòng)控制等基本功能，具有初步的故障監(jiān)控、故障記錄和高、低壓自檢功能。2021/9/12512021/9/1252硬件特點(diǎn)微機(jī)控制裝置以插件箱為基本單元，每個(gè)

19、插件箱獨(dú)立控制1個(gè)轉(zhuǎn)向架，即一層插件箱控制端轉(zhuǎn)向架，二層插件箱控制端轉(zhuǎn)向架，一層與二層插件箱布線稍有不同，不能互換。一、二層中對(duì)應(yīng)位置的插件相同，插件可以互換，但同一插件箱中的數(shù)字輸入輸出A、B插件由于內(nèi)部跨接矩陣不同而不能互換。2021/9/1253插件箱中的插件配置 2021/9/1254控制插件箱的硬件框圖 2021/9/1255模擬信號(hào)輸入輸出 模擬輸入信號(hào)：司機(jī)控制器的給定電位器指令信號(hào)、電壓/電流傳感器的反饋信號(hào)、速度傳感器反饋信號(hào)、制動(dòng)缸壓力傳感器反饋信號(hào)等，分別經(jīng)相應(yīng)的信號(hào)調(diào)整(或處理)電路，送A/D采樣；模擬輸出信號(hào)：計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字控制量，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換輸出8路模擬信號(hào)，如機(jī)

20、車(chē)速度表信號(hào)(V0)。2021/9/1256數(shù)字量輸入輸出外部數(shù)字輸入信號(hào)：經(jīng)帶過(guò)壓吸收的光電隔離數(shù)字輸入電路送CPU的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線；內(nèi)部數(shù)字信號(hào)：通過(guò)無(wú)隔離的通用數(shù)字輸入/輸出通道用于插件箱內(nèi)部各插件間的連接。既可以用作輸入，又可以用作輸出，根據(jù)不同的應(yīng)用通過(guò)跨接矩陣靈活設(shè)置，大大增強(qiáng)了數(shù)字量輸入/輸出的通用性；數(shù)字輸出信號(hào)：經(jīng)繼電器隔離輸出數(shù)字控制信號(hào)，如過(guò)載跳主斷等；脈沖輸出信號(hào)：脈沖控制器根據(jù)SBC送來(lái)的移相控制信號(hào)控制晶閘管的觸發(fā)時(shí)刻和觸發(fā)位置，實(shí)現(xiàn)牽引/制動(dòng)的調(diào)速控制。2021/9/1257采用三級(jí)分級(jí)結(jié)構(gòu)人機(jī)對(duì)話級(jí)：主CPU為80486，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話功能，采用TFT彩色液晶顯示屏；特性控制級(jí)：主CPU為80C186，實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)特性控制、各種保護(hù)功能和