第六章 交直电力机车控制电路

原理电路见图6-10。
阶跃指令Ui，积分器输出为
U 1 U u 0 i dt i t C R RC
+。 K Ui R
C
.+
.
。0 u
（6-2）
图6-10 简单给定积分器
u0与RC、Ui大小有关。
§6.3 控制系统元件
（2）6G机车给定积分器(图6-11电路) 高比例放大（A01）:在ui下饱和输出UC=±15V→积分器A02输入UC 为定值，与司机输入指令Ui大小和快慢无关。 积分器(A02)： D3、D4与R14～R17组成两条支路，
Ui
22.5V 0
Uo
t
0
6s
0.7s t
图6-12
上升与下降延时特性
§6.3 控制系统元件
（注：为调节起初快、然后慢，平稳进入工作点，给定积分器 输出U0须经比例调节器进行修正，才形成司机参考指令。6G 车在图U0后接比例调节器（电路略），在U0的0～5V段比例系 数大（为1.5），调节后为0～-7.5V；而在U0的5～10V段比例 系数小（为0.5），调节后为-7.5～-10V。而8K车只用比例放 大、积分器和反馈支路，积分器又兼作比例调节器，使电路 简化，且效果也有改善。） μN
第六章
§6.1 §6.2 §6.3 §6.4
交直电力机车控制电路
概述 控制的联锁方法与机车重联 控制系统元件 闭环自动控制系统
§6.5
典型机车控制系统
§6.1 概述
组成：司机控制器、低压电器、主辅电路各电器电磁线圈及触 头联锁等。 作用：控制主、辅电路中各电器动作。（操作司机控制台各按 键开关和控制手柄的位臵来实现）
2、间接控制方法
由司机控制器、按键开关或微机控制低压电器，再控制高 压部分。 特点：弱电控强电，操作轻巧灵便、安全可靠。 应用：铁道电气化电力机车。
三、控制电路的通用符号
种类繁多，电路复杂。新国标（见讲义表6-1）。
§6.1 概述
几点说明：
（1）电气设备及电路符号旁边均标注代号。如，接触器线圈旁 标注205KM，对应各联锁触头旁亦标注205KM。
特点：直流、低压、小功率。
一、控制电路的要求
保证机车行车安全，便于操纵、运用、维修。（10个方 面）如：改变机车运行状态（运行方向、牵引与制动的转换 等），对F、B、V的调节等等。 控制电路复杂，其故障也较多。
§6.1 概述 二、控制方法与特点
1、直接控制
手动控制机车主电路。 特点：简单、故障率低。 应用：城市电车或工矿小功率电力机车。
三、机车重联
多机车牵引（各车均可操作），通过多芯电缆联接由一 名司机操纵多台机车（机车两端有多芯电缆插座）。被操纵 车叫本务机车，非操纵车叫重联机车。 注意：（1）同型机车重联。（电路相同，实现同步运行、减少内耗） （2）防止一车电器动作情况对另一台车电器动作的影响。
§6.2 控制的联锁方法与机车重联
(a) 。 (b) 。 (c) 。 (d) 。
图6-4 延时联锁
。 。 。 。
.
R
.
J J
图6-5
经济电阻电路
§6.2 控制的联锁方法与机车重联 二、迂回电路及其防护
含义：不该有电的电器或支路经其他支路“串电”而得电。 原因：设计考虑不周，在多条控制线组合时产生；机车运用或 检修中接错线。 后果：误动作，破坏逻辑关系，造成电路工作紊乱。 防护：电路中串防迂回二极管（单向导电来满足要求）
图6-7
用调制解调器检测直流电压
模拟式：直流或交流测速发电机。
数字式：光电、磁电、霍尔装臵等。
（1）直流测速发电机（模拟式） 永磁式直流发电机，电势∝转速。 优点：（比数字式）响应快、输出功率大、不需功放电路等。
§6.3 控制系统元件
缺点：有接触换相器，温度影响电刷压降、磁滞回线、绕组压 降→影响精度。 （2）数字式 转速→电脉冲
高）
。。
。。
§6.3 控制系统元件
电力机车传动系统有调节装臵、调节对象。 调节装臵：即控制元件，是信息处理装臵。 分类（按功能）：检测、控制、触发。
一、检测元件
1、电流与电压传感器
（1）交流电流、电压的检测 交流电流、电压互感器。定型交流电流互感器副边5A。 注意：交流→按比例关系→反映并控制直流；电流互感副边需 等效阻抗的匹配。 （2）直流电压、电流检测 用霍尔传感器、直流互感器或调制转换技术（隔离，因 机车功率大，分流、分压器不安全）。
（2）导线是电气线路的一部分，标代号，并用字母表示类型、 作用。 （3）常开、常闭联锁，SS型采用“上开下闭、左开右闭”（6G 等相反）
（4）位臵联锁（或指定位臵联锁），指在哪一位臵时接通（如 位臵转换开关），应标代号及何位臵接通。
（5）凸轮或鼓形控制器，以展开图表示。 （6）较复杂电器，在电路旁附工作位臵图表，如调压开关。
§6.3 控制系统元件
广为应用；但对温度较敏感，需温度补偿来提高测量精度。
（3）应用
固定I，UH∝B，则可测磁场。（如前述测转速即是） 固定B，UH∝I，则可测直流电流（将电压→电流，则可测电压） 。固定I，将电流或U转换成的电流→磁场，同样可测电流或 电压。 用I建立磁场和U转换成的I作工作电流，则UH∝P，可测功率（交 直流均可）。
基于半导体元件中的电磁感
B 。 。 I UH 。
应（霍尔效应）制成。
原理如图6-8所示。 （1）原理
。
图6-8
霍尔元件原理
图中，霍尔基片一对侧面通入直流I、一对侧面穿过磁通 （磁感应强度B），则另一对侧面有电荷堆积，形成霍尔电势 UH输出 （6-1） U H K H BI 式中，KH为霍尔灵敏度（单位电流和单位磁感应强度作用下霍 尔电势的大小）。 （2）特点 响应速度快、线性度好、结构简单和无接触→自动系统中
§6.3 控制系统元件
调制器检测直流电压： 原理电路如图6-7所示。 原理：高压Ud→分压为Ud′→ 无触点开关K（4000HZ频率） 轮流接通A和B→交流→变压 器→降压。
同步开关4000Hz 1 K。 。B 。 3 U’ d A 2 4 A 。’ K 。 5 B。 6
M Ud
..
。
U
。
2、转速传感器
图6-3
.
C
.
J
并电容延时
§6.2 控制的联锁方法与机车重联
延时联锁：图6-4所示。（a）通电延时 吸合的常开联锁，（b）断电延时断 开的常开联锁，（c）断电延时闭合 的常闭联锁，（d）通电延时断开的 常闭联锁。 （5）经济电阻线路 工作线圈控制回路接入经济电阻 ，提高电器动作的灵敏度（吸合、断 开都可靠）。 图6-5所示：通电时，J常闭R短路 ，电流大，J线圈安匝数高，利于吸 合；J吸合，常闭开，R接入，电流减 小，利于断开。
负反馈：反相器A04与P1、R7组成。
进级时U0正，经负反馈（-U0）及P1分压，与-15V共同加在A01的 ∑点；U0↑→负反馈↑，当与给指令、 -15V叠加使∑点合成 电压为零，A01输出从-15V回零，积分器停止积分，U0停止增 长。可见，积分停止时U0的大小稳定并对应指令Ui的某一值。 退级时Ui突降为0，积分U0不突变 ，则反馈后使A01∑点呈负电压， 从而使A01正饱和（UC为+15V）， 使D3止D4通，其+15V经D4、R15使C2 放电，线性下降。
. .
a
图6-2
J
自持联锁
§6.2 控制的联锁方法与机车重联
应用：电器工作条件构成后可能消失又必须保持电器持续工作 的场合。如劈相机起动中间继电器的联锁、劈相机接触器的 联锁。 （4）延时联锁
电器线圈得失电与其联锁动作不同步。
方法： 铁芯加短路铜套，其所有联锁均延时； 继电器加钟表机构来延时； 短暂延时，如图工作线圈并电容， 断电时电容对线圈放电来延时释放。
4、光电耦合器
由发光二极管、光敏三极管密封于金属或塑料壳内而构成。 （1）原理
§6.3 控制系统元件
发光二极管:PN结单向导电，正向偏压→电子、空穴复合→以光 释放能量，光通量正比于电流。 光敏三极管:类似NPN型，发光二极管的光照射光敏三极管发射 结，集电极产生光电流，并为基极电流的β倍（β＞1）。 （2）特点 结构简单、响应快，使电或磁隔离→抗干扰↑。 （3）应用
a
b
c
§6.2 控制的联锁方法与机车重联
特点：“与”逻辑控制，串联锁越多可靠性越差。 （2）并联联锁 由若干联锁并联来控制某一电器的工作线圈。如将图6-1 的a、b、c改为并联，a、b任意为吸合或c为释放状态时继电 器J都会得电吸合。 特点：“或”逻辑控制。（应用：双重供电控制以确保重要供 电的可靠性） J （3）自持联锁 电器工作线圈前的电路中并有该电器 本身的常开联锁。图6-2示， a合→J得电 吸合，J常开闭合保持供电（即使a失电）。 特点：受自身触头的制约。
控制系统低压信息转换（提高抗干扰性能）。
。 。
（直流互感器:能电气隔离，输出功率大，电 路简单，制造、使用、维护简便，有较好的测 量准确度，电力机车常作直流电流（或电压）
检测元件、反馈控制与保护元件）
。
图6-9
。
光电耦合电路
§6.3 控制系统元件 二、控制元件
1、给定积分器
问题的提出：机车主电路τ小，随操作手柄快慢和进位大小， 牵引电机电流急剧变化，影响机车电器设备安全和旅客的舒 适度。因此，需给定积分器将司机给定的阶跃指令→线性变 化→限制机车起数发生器
非线性控制，如图6-13示机车轮 缘μN=f（V）特性。机车起动时，随 V↑，电机I应随μN↓有所减小，以 免F＞F粘max 而发生空转。
0
图6-13
v
机车粘着限制
§6.3 控制系统元件
SS4车粘着力极限控制装臵：电路如图6-14。 比例放大器A1：输入ui∝V，当ui从零开始变化时，经电位器W2、 W3提供的u2、u3使D2、D3均截止，反馈电阻为Rf1=R1，比例放大 系数K1=R1/R，得特性图的oa段；随ui↑→u01变负，W2、W3提供 的u2、u3减小，首先使D2导通，反馈为R1∥R2，K2=Rf2/R减小， 有特性图的ab段；同理，随ui↑↑，D3也导通，有D2、D3均导