电传动控制基础第七章 8K机车电子控制系统
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第七章 8K机车电子控制系统
§7.1 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 可实现恒流 电流指令手柄 给定电机电流 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
– A6 +
R187 100K
IS2
R180 100K -15V
积分电路工作原理：
A5：放大倍数很大 工作在饱和区 A6：积分器 1. 当IS1突升后，A5输出负饱和 V462 V461阻断 V460 V463导通 -15V R180 R184 C 输出电压IS2为正 直线上升 时间常数为 = R•C = ( R184 + R180 ) • C74 = 6.6(S)
A1、A2构成全波整流电路 网压正半周：A1负 A2正 网压负半周：A1正 A2负
UN
50K
50K
Байду номын сангаас
– A1 +
LM124 22K
D1
Uo
Uo
UN
22K
– A2 +
D2
Uo t
B：积分电路
LM139：电压比较器 1. RU没有脉冲 场效应管截止 给电容C充电 t= U 达到最大值
RU
T4
T2
D2
T5
RM3
D3
Ud2
移相 检测
电机端压 开关 检测 控制电压
T6
D4
§7.2 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
+15V
R161
R171
1.
牵引特性曲线形成电路
V455 -V I0 R163 V456 -15V
假设A处断开： A1： IA1 = K1I0 – K2v
A2： IA2 = I0
IA
R154
V456 、 V458 最小值选择器
IA1 8
R156 R165
– A1 +
R151
R164
IS1
A R167 10K
v
– A3 +
R253 V476
V584
IS1
A
IA4
+15V IA
– A4 +
R251
V591
IA3
二、积分延时电路
+15V
R176 1M IS1 47K5 R173 R177 220K
C74 10
V467
– A5 +
R175 1M
V460
V462 R216 56K
R174 47K5
V461
V463 R184 560K
6
制动 4
2
0
F(kN) 600
184+4000t+ 9%0 1200A 0%0 800A
400
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
8
80 8 v(km/h)
200 400A
2
20 -200 2
4
40 4
6
60 6
1
9%0 ：牵引力 阻力 手柄必须在第6位才能起动
68n
+5V 392K
UN
392K 5K7 68n
+15V A714
– +
do
LM139
–
+
–15V
UN
U
A714：滤波器 50Hz有源带通滤波器 LM139：过零比较器
do
单双边变换电路
移相控制电压ec
RM1 RM2 RM3
司机电压给定
电压反馈
UREF
电压延时
PI调 节器
0~-10V MAX 司机电流给定 单双边变换
ec
IREF
电流延时 粘着限制
PI调 节器
电流反馈
连续控制器 －3 －3 RM1 1 2 RM2
T3
RM2
T1
RM1
D1
Ud1
ec
-10~10V
偏压控制 网压过零ABC A B C RM3 3 180 °或 触发 0° 系统
2. 当IS1突降后，A5输出正饱和 V462 V461导通 V460 V463截止 +15V R177 R182 C 输出电压IS2直线下降 时间常数为 = R•C = ( R182 + R177 ) • C74 = 2.8(S)
UN
三、晶闸管触发系统
UN 全波 整流
Uo
t t t t t t t t t
6
4 2 2 4 6 8 v IA2 R159
V457
– A2 +
V458
10K
2.
制动特性曲 线形成电路
-15V -V I0
R212 R216 R217
R220
V472
假设A处断开： A3： IA3 = K3v – K4I0 + C1 A4： IA4 = C2 V584 、 V591 最大值选择器
两级控制：机车控制
转向架控制
+15V
F
牵引
给定积分器 调制
总线
Iss
v
–15V
速度反馈 限制器 解调
制动
网压
Iss
Is
防 Iref 空 转
PI
UE
电流反馈 速度反馈
一、特性控制：单手柄特性控制器
10
牵引 6 4 8 11
2 0
11 10 8
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)
U
t
t +15V 22K S G 68n D LM139
+5V
10K RU
+
2. 加入RU负脉冲 场效应管导通 Uo 78K 使C迅速放电 形成余弦信号
–
– LM124 +
–15V
U
10K
C：网压峰值记忆回路
U S G
D
– LM124 +
C +15V
UF +5V 10K ds
每半周内，U 达到最大值时： 输入网压过零信号ds 比较器输出高电平 场效应管导通 UC = U 电压跟随器 UF
2. UN 滤波器比较器 d0 延时电路 各种
注意：
控制信号RU 、d0’、d’、ds
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
+15V
A：全波整流电路
– LM139 + –15V
10K
D：d形成电路
100K U UF 100K 100K +15V LM124 UE
+5V d
– +
LM139
–
+
–15V
–15V
UF -U t
UE：直流控制电压 UF -U：同步信号电压
当UE UF -U 时： d 输出高电平
d
t
E：有源滤波
信号形成电路
U 积分 器 UF Uo 移相 d 器 Ue
d0 RU
ds d0’ d’
700s
滤波器 比较器
RU
延时 ds d0’ d’ UF -U
d0
d
控制过程：
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
§7.1 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 可实现恒流 电流指令手柄 给定电机电流 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
– A6 +
R187 100K
IS2
R180 100K -15V
积分电路工作原理：
A5：放大倍数很大 工作在饱和区 A6：积分器 1. 当IS1突升后，A5输出负饱和 V462 V461阻断 V460 V463导通 -15V R180 R184 C 输出电压IS2为正 直线上升 时间常数为 = R•C = ( R184 + R180 ) • C74 = 6.6(S)
A1、A2构成全波整流电路 网压正半周：A1负 A2正 网压负半周：A1正 A2负
UN
50K
50K
Байду номын сангаас
– A1 +
LM124 22K
D1
Uo
Uo
UN
22K
– A2 +
D2
Uo t
B：积分电路
LM139：电压比较器 1. RU没有脉冲 场效应管截止 给电容C充电 t= U 达到最大值
RU
T4
T2
D2
T5
RM3
D3
Ud2
移相 检测
电机端压 开关 检测 控制电压
T6
D4
§7.2 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
+15V
R161
R171
1.
牵引特性曲线形成电路
V455 -V I0 R163 V456 -15V
假设A处断开： A1： IA1 = K1I0 – K2v
A2： IA2 = I0
IA
R154
V456 、 V458 最小值选择器
IA1 8
R156 R165
– A1 +
R151
R164
IS1
A R167 10K
v
– A3 +
R253 V476
V584
IS1
A
IA4
+15V IA
– A4 +
R251
V591
IA3
二、积分延时电路
+15V
R176 1M IS1 47K5 R173 R177 220K
C74 10
V467
– A5 +
R175 1M
V460
V462 R216 56K
R174 47K5
V461
V463 R184 560K
6
制动 4
2
0
F(kN) 600
184+4000t+ 9%0 1200A 0%0 800A
400
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
8
80 8 v(km/h)
200 400A
2
20 -200 2
4
40 4
6
60 6
1
9%0 ：牵引力 阻力 手柄必须在第6位才能起动
68n
+5V 392K
UN
392K 5K7 68n
+15V A714
– +
do
LM139
–
+
–15V
UN
U
A714：滤波器 50Hz有源带通滤波器 LM139：过零比较器
do
单双边变换电路
移相控制电压ec
RM1 RM2 RM3
司机电压给定
电压反馈
UREF
电压延时
PI调 节器
0~-10V MAX 司机电流给定 单双边变换
ec
IREF
电流延时 粘着限制
PI调 节器
电流反馈
连续控制器 －3 －3 RM1 1 2 RM2
T3
RM2
T1
RM1
D1
Ud1
ec
-10~10V
偏压控制 网压过零ABC A B C RM3 3 180 °或 触发 0° 系统
2. 当IS1突降后，A5输出正饱和 V462 V461导通 V460 V463截止 +15V R177 R182 C 输出电压IS2直线下降 时间常数为 = R•C = ( R182 + R177 ) • C74 = 2.8(S)
UN
三、晶闸管触发系统
UN 全波 整流
Uo
t t t t t t t t t
6
4 2 2 4 6 8 v IA2 R159
V457
– A2 +
V458
10K
2.
制动特性曲 线形成电路
-15V -V I0
R212 R216 R217
R220
V472
假设A处断开： A3： IA3 = K3v – K4I0 + C1 A4： IA4 = C2 V584 、 V591 最大值选择器
两级控制：机车控制
转向架控制
+15V
F
牵引
给定积分器 调制
总线
Iss
v
–15V
速度反馈 限制器 解调
制动
网压
Iss
Is
防 Iref 空 转
PI
UE
电流反馈 速度反馈
一、特性控制：单手柄特性控制器
10
牵引 6 4 8 11
2 0
11 10 8
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)
U
t
t +15V 22K S G 68n D LM139
+5V
10K RU
+
2. 加入RU负脉冲 场效应管导通 Uo 78K 使C迅速放电 形成余弦信号
–
– LM124 +
–15V
U
10K
C：网压峰值记忆回路
U S G
D
– LM124 +
C +15V
UF +5V 10K ds
每半周内，U 达到最大值时： 输入网压过零信号ds 比较器输出高电平 场效应管导通 UC = U 电压跟随器 UF
2. UN 滤波器比较器 d0 延时电路 各种
注意：
控制信号RU 、d0’、d’、ds
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
+15V
A：全波整流电路
– LM139 + –15V
10K
D：d形成电路
100K U UF 100K 100K +15V LM124 UE
+5V d
– +
LM139
–
+
–15V
–15V
UF -U t
UE：直流控制电压 UF -U：同步信号电压
当UE UF -U 时： d 输出高电平
d
t
E：有源滤波
信号形成电路
U 积分 器 UF Uo 移相 d 器 Ue
d0 RU
ds d0’ d’
700s
滤波器 比较器
RU
延时 ds d0’ d’ UF -U
d0
d
控制过程：
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