電傳動(dòng)控制基礎(chǔ)第四章 相控調(diào)壓調(diào)速

1、 6G型電力機(jī)車l有級(jí)調(diào)速機(jī)車SS1有33個(gè)調(diào)壓級(jí)和3級(jí)磁場(chǎng)削弱l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vId6abcdl起動(dòng)時(shí)電力機(jī)車速度為0，牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為0l牽引電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì) E = Ce n = 0l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l限制起動(dòng)電流，進(jìn)行變阻起動(dòng)或降壓起動(dòng)降壓起動(dòng)過(guò)程： v = 0 n = 0 E = 0 U = Id R Id = U/R電壓升至第六級(jí)：從a點(diǎn)起動(dòng) F W n E Id l橋式整流：變壓器的容量發(fā)揮充分，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化l兩段半控橋相控?zé)o級(jí)調(diào)壓：起動(dòng)、調(diào)速平滑l半集中式供電：電機(jī)之間負(fù)載分配較均勻l取消了調(diào)壓開(kāi)關(guān)：主電路簡(jiǎn)單、開(kāi)關(guān)

2、電器動(dòng)作減少一、特點(diǎn)T1T2T3T4D1D2D3D4M1M2M3RM4RM3RM1M4M5M6RM2l 低壓調(diào)壓調(diào)節(jié)RM1，封鎖RM2 D3、D4續(xù)流Ud：0 0.5Ud0 = 450VRM1滿開(kāi)放，調(diào)節(jié)RM2 Ud：0.5Ud0 Ud0 = 900V問(wèn)題：?jiǎn)栴}：0-900V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？l 高壓調(diào)壓二、調(diào)壓原理l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l獲得機(jī)車工作范圍內(nèi)的任意牽引力和速度l更好地利用機(jī)車的慣性l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)：l功率因數(shù)低和諧波分量較高功率因數(shù)

3、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：I 發(fā)生畸變?yōu)榫匦尾?機(jī)車整流電路的功率系數(shù) =機(jī)車牽引變壓器高壓側(cè)有功功率機(jī)車牽引變壓器高壓側(cè)視在功率 = P / S = Pd / S功率系數(shù)概念： = P / S = U1I1f cos 1U1I1=I1fI1=cos 1 cos 1 ：電流畸變系數(shù) cos 1 ：基波電壓與基波電流之間的相位移系數(shù) 不可控整流電路：SS1MuiIdiutidIdt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 cos 1 = 1 S = U1I1 = KU2 (Id/K)Ud = 22/ U2S

4、= 22Ud Id = 22Pd = Pd / S = 22 PdPd=22 = 0.9 = P / S = U1I1f U1I1=I1fI1= 0.9半控整流電路：idIdtcos 1 = cos /2 電流有畸變 三個(gè)臺(tái)階iutMuiId全控整流電路：idIdtcos 1 = cos 電流有畸變 兩個(gè)臺(tái)階MuiIdiutl利用特殊控制方法不對(duì)稱觸發(fā)扇形控制PWM控制l多段橋順序控制iutiut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iutiT1tiT2tiT3tiT4tMuiIdT1T2T4T3T1、T2：晶閘管工作在時(shí)，T1觸發(fā)導(dǎo)通在+，T2觸發(fā)導(dǎo)通T

5、3、T4：二極管工作在網(wǎng)壓過(guò)零時(shí)導(dǎo)通MuiIdT1T2D3D4utitt = 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 = 1eSeCeC：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udiT1T3T2T4T5T6D5D6D1D2a1x1a2x2o6G：兩段半控橋順序控制SS4：三段半控橋順序控制三段繞組：a1o ox1 1/4U2 a2x2 1/2U2Ud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T3T 4 Ud = Ud0第三段： T5T6滿開(kāi)放 控制T1T

6、2 Ud = Ud0第四段： T1T2 T5T6滿開(kāi)放 控制T3T 4 Ud = 1 Ud0負(fù)載轉(zhuǎn)移：T1T2 T3T4封鎖 T5T6滿開(kāi)放1：全控橋2：半控橋3：兩段半控4：四段半控01UdUd012340.9結(jié)論：段數(shù)越多功率因數(shù)越高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+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1800UC2eCeCl 給出指令信號(hào) e0l 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)車發(fā)生空轉(zhuǎn)電流限制

7、環(huán)節(jié) 限制電機(jī)的最大電流l 電流調(diào)節(jié)器PI eC l 連續(xù)調(diào)節(jié)器 UC1 UC2l 晶閘管觸發(fā)系統(tǒng) RM1 RM2 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)車觸發(fā)系統(tǒng)經(jīng)脈沖變壓器6G：交直流電壓串聯(lián)疊加移相u網(wǎng)u1LRCR2urur+-uc+24VT1R、L、C串聯(lián)諧振：u L和u C相互抵消 u R = uuLRCuLuRuCuLuCu R = 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 6G6G：u網(wǎng) =

8、 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、C兼有濾波作用RLC串聯(lián)諧振電路 特點(diǎn)：l改變電阻R可以調(diào)節(jié)電容的端電壓l電容的端電壓UC比電源電壓滯后90l從電容端取輸出電壓RLC電路起到濾波作用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u網(wǎng)urttub7.5Vtubtub-7.5V18090 當(dāng) u c= 7.5

9、V 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= 7.5cost 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 = Uc cos = 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 = Ud0 c

10、os 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D3T2R20T4R22R26R24T6R28C9R30R32+24V12 脈沖形成電路二、脈沖形成及整形電路脈沖形成：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：+24V R28 C9 R30 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 脈沖整形電路 單穩(wěn)觸發(fā)電路D9R34T8R38T10R40C15R44R46+24VR36D11R481.5ms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

11、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：+24V R46 T8 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1.5msTT1T2D1D2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)換相角限制電路R2T1R3R4R5T2R6C1R8R7+24VT3D1312R10R11R1C2R12D276AB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)：T

12、1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珺從正變?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)l具有脈沖信號(hào)l足夠的電流電壓l觸發(fā)脈沖寬度l觸發(fā)脈沖與主電路電源電壓同步l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l窄脈沖 l寬脈沖 l連續(xù)脈沖 l雙脈沖 l脈沖列 l組合脈沖晶閘管觸發(fā)脈沖的形式：8K6G6G：脈沖放大電路T12T14+24V24Vu100V1.5ms16V2.9V通道輸入通道輸入輸出橋臂輸

13、出橋臂脈沖放大工作原理：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l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1Sl比例調(diào)節(jié)器 避免大電流指令區(qū)機(jī)車發(fā)生空轉(zhuǎn) e0 : 0 50% IREF 0 75% 1.5 e0 : 50% 1 IREF 75% 1 0.5l電流限制環(huán)節(jié) Ud : 0 900V Id : 1650A 1400A 五、基準(zhǔn)電流形成電路 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

14、 47K R1010K R2 4K7 R34K7 C147 D4D3R15 47KR1410K R16 1MR17 3K3C2 47D11D12P1P2I0-7.5V4K7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 D3 P2 R16 CI0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 D4 R15 CI0線性下降到0下降速度取決于時(shí)間常數(shù)R15、C2 非線性環(huán)節(jié)-15VeC+A05R35 22KR31 44K2 R30 47K5

15、 R32100K C3220 D8D10P3 2K2R34 4K7R37 10K-15V+15V+A03R20 66K7 10K R23 100KCD6R38IREFR25 49K9 R24 49K9 DI0R21 4K7R27 1KP4 470R26 680D9D7T1非線性環(huán)節(jié)工作原理分析：I0 ：0 5V IREF = 1.5 I0 0 -7.5VI0 ：5 10V IREF = 0.5 I0 -7.5 -10V將電位器P4的C點(diǎn)電壓調(diào)整在7.5V當(dāng)| IREF | 7.5V D點(diǎn)電位為負(fù) D6導(dǎo)通放大系數(shù)K1取決于R23、R24和R20 K1= R23/R24 / R20 = 0.5

16、基準(zhǔn)電流信號(hào)的限制環(huán)節(jié) T1 A05ec ：電機(jī)電壓信號(hào)當(dāng)A03的輸出的負(fù)電壓的絕對(duì)值比A05輸出的正電壓大時(shí)：T1導(dǎo)通 限制A03的輸入電流使輸出的基準(zhǔn)電流信號(hào)降低 -IREFUm900V8.510Im16501400ec8.2V當(dāng)A03的輸出的負(fù)電壓的絕對(duì)值比A05輸出的正電壓小時(shí)：T1截止 A05的輸出電壓決定基準(zhǔn)電流的限制界限六、兩段橋連續(xù)控制eC+A03R40100K R30 33K2+A04R41100K UC2R31 33K2 UC1R32100K R3333K2 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