《机车电传动与控制》- 2.ppt

输出平均直流电压Ud=Ud0n·((2n-1)+cosαn)/(2n) (2-6-9)其中：Ud0n= (n/4)Ud0Ud0 为四段桥全开放时的输出平均直流电压n=1，2，3，4（为电压调节区段数）功率因数PFPF=√2( (2n-1)+ cosαn)(1+ cosαnπ)/(√ (n²π - 2n-1)αn) (2-6-10),,,电气制动---再生制动,8K机车再生制动工况主电路：全控桥电路牵引电动机他励,减小谐波与功率因数补偿问题 采用功率因数补偿器 L-C, R-C, R-L-C 消除或减小三、五次谐波为主要目的,电力机车辅助电路为了保证电力机车正常运行，机车上设有三相 交流辅助电路，以供采用三相鼠笼式异步电动 机驱动的辅助机械装置（如冷却通风机、油 泵、压缩机等）之用三相交流辅助电源由机车单相交流电源变换而 来三种方变换法：旋转式劈相机 电容分相法半导体静止逆变器SS1机车辅助电路（旋转式劈相机Y型联接）,电力机车控制系统与控制特性8K机车控制系统机车特性曲线SS4机车控制系统框图控制方式,8K机车控制系统,机车控制产生司机控制指令（特性控制器）转向架控制按司机指令，综合各种因素和限制条件 形成实际控制机车主电路负载电流的参 考电流IREF，实现 主电路电流、电压的 （闭环）控制调节。

8K机车特性曲线,恒流控制I=200αMC (A) 准恒速控制V=10 αMC (km/h)式中αMC 为司机手柄转动角度,SS4机车控制系统,控制系统可实行两种控制方式：,恒压控制方式将电流手柄置于较高给定，使电流环不参与调节作用Ud=1010(-In(1-0.777X/32)/1.5) (v)式中：X=0-32，为手柄级位恒流控制方式将电压手柄置于较高给定，使电压环不参与调节作用Ia=1260(1.052(1-exp(-3X/32))) (A),SS4机车四段桥连续控制电路及其特性,第二章 电力牵引交-直传动与控制,六、电阻制动 电阻制动基本原理制动工况下牵引电动机（工作在发电机状态）电势：ED=CenDΦD=IDz(Rz+∑RD)=IDzRz’IDz=CenDΦD /Rz’ 或 ΦD= IDzRz’/CenD电机电磁力矩（制动力矩）：MD=Cm IDzΦD =(CmCe/Rz’) (ΦD) ²nD=(CmRz’/Ce) (IDz) ²(1/nD) 电阻制动特性B=f(V) [MD =f(nD)]与制动工况限制范围三种制动控制特性 恒励磁制动特性 恒制动电流制动特性 恒速制动特性制动工况限制范围最大励磁电流，最大粘着，最大制动电流，换向条件，最大速度,3. 内燃机车电阻制动电路（东风11， ND5）.,4. 电力机车电阻制动电路（SS1）,第二章 电力牵引交-直传动与控制,1、粘着控制与空转保护2、机车主电路的接地保护3、电力机车主电路短路、过载 及过电压保护,七、交-直电传动机车粘着控制与主电路的保护,1、粘着控制与空转保护 ⑴ 几个基本概念,粘着系数：最大粘着系数：粘着利用率：蠕滑速度：,蠕滑速度与粘着系数关系曲线：,当实际牵引力F>Fmax，轮轨间出现相对滑动，粘着状态被破坏→空转 粘着控制目的是在保证不发生空转前提下，获得最大的粘着利用率，使机车能发挥最大平均牵引力,⑵ 粘着控制方法,校正型粘着控制方法—传统粘着控制方法在检测到空转和滑行发生后，通过削减电机转矩来实现粘着利用，其一般过程如下： a.根据轮对间速度差，轮对的加速度及加速度的变化率，检测空转或滑行的发生；b. 根据空转或滑行的程度，削减电机转矩值并维持一定时间，以消除空转或滑行；c. 空转或滑行恢复后，按一定时间常数指数规律，逐渐增加电机转矩，直至空转或滑行前电机转矩值的80%，并在一定的时间内保持电机转矩不变；e.如果在电机转矩不变的时间内未发生空转或滑行，则在保持时间结束后，按一定时间常数的指数规律继续增加电机转矩，直至达到由司机手柄给出的电机转矩给定值。

如果再次发生空转或滑行，则按照（b）处理由于传统的校正型粘着控制方法一方面需要大幅度地削减电机转矩以消除已经发生的空转或滑行，另一方面需要缓慢地增加电机转矩以防止空转或滑行的再次发生，这样，粘着工作点常常远离粘着峰值点，粘着利用率因而一般较低基于粘着特性及蠕滑速度控制型—现代粘着控制方法在现代机车控制中，粘着控制系统是机车传动控制系统的一部分，它的主要作用是路状况变化不定的情况下，通过对电机速度、电机转矩等信息的采集、分析和处理，结合由司机给出的电机转矩指令，向电机控制系统发出正确的电机转矩指令，使机车能够以线路当前最大的粘着系数运行，从而获得最大的粘着利用率现代粘着控制方法的一个显著特点是能够自动搜寻粘着峰值点，并使粘着工作点保持在粘着峰值点的附近，从而能够获得较高的粘着利用率根据搜寻粘着峰值点方法的不同，现代粘着控制方法可以分为蠕滑速度法和粘着斜率法两大类a. 蠕滑速度法基于蠕滑速度的粘着控制方法原理是根据粘着特性曲线，通过调节蠕滑速度，使其反复地增加和降低，从而自动地搜寻粘着峰值点b. 粘着斜率法—粘着系数导数法 粘着斜率γ可表为：,⑶ 校正型粘着控制空转检测,空转发生时，空转轮对及其相应的主电路物理状态将产生异常变化。

按检测的物理参数的不同可分为三种典型检测电路： 检测牵引电动机电压信号的检测电路空转nEU（牵引电动机串并联连接方式） 检测牵引电动机电流信号的检测电路空转nEI （牵引电动机并联连接方式） 检测轮对转速和角加速度信号等的检测电路空转nε,检测牵引电动机电压信号的检测电路,空转信号电流： i =(U2-U1)/(2r+R)=CeΦ(n2-n1)/(2r+R)机车速度较低时，Φ值较大，检测电路灵敏度较高检测牵引电动机电流信号的检测电路,空转信号电流近似为：i=RL(IL4-IL5)/r由串励电动机的速率特性（软特性）可知，在相同的转速差下，电机低速运行时可以获得较大的电流差，故此是检测电路灵敏度较高检测轮对转速和角加速度信号的检测电路,ND5机车空转检测保护电路,脉冲转速检测（f/v）加速度检测（转速微分）轮径自动校正（惰行状态及V>12km/h下进行）空转检测分析与空转信号的分级输出（四级空转信号）,⑷ 空转（滑行）控制系统应用实例,根据轮对转速差ΔV产生的1~4级机车动轮转速差空转信号：ΔVL1，ΔV2，ΔVL3，ΔVL4其中， ΔV2为连续的模拟信号， ΔVL1 、ΔVL3、ΔVL4为逻辑开关信号。

ND5四级空转信号及控制处理,一级信号当ΔVL1为高电平时产生 —— 自动撒沙操作 二级信号即为ΔV2 — 0~10V模拟信号，直接输入至CHEC,用以降低主发功率 三级信号机车牵引工况出现下列情况之一时产生：① ARE（单轴加速度超过阈值）和ΔVL3均为高电平；② SS（所有轴加速度超过阈值）；③ MAXRPM（机车超速）为高电平 —— 使CHEC快速降低发电机功率输出 四级信号当ΔVL4和 MAXRPM 均为高电平时产生 —— 使CHEC快速降励磁，WX插件中WSX释放，WSR吸合，一方面断开励磁机他励电路，另一方面又使励磁机串励绕组去磁电流增大3倍，以更快地减载，切除全部功率输出8k机车空转（滑行）控制系统,轮径修正满足三个条件下进行：①牵引电机电流20km/h, ③|ΔV |>0.3km/h 检测轮对速度差、加速度及加速度变化率脉冲计数、f/v转换检测速度及ΔV，由速度微分求加速度r ，二阶速度微分求加速度变化率dr/dt 牵引电动机电流给定修正算法主要根据ΔV和dr/dt修正（在用dr/dt修正不能制止空转时，加入r引起的修正），按下式计算修正削减电流峰值：ΔI=205ΔV+208(dr/dt)-252（A） 自动寻找并记忆最大粘着系数时的电流值根据dr/dt的突然变化，记忆最大粘着系数时的电流值，电流恢复是按此电流值削减10%给定。

然后再以24A/s的斜率缓慢上升，寻找新的最大粘着点SS8/SS9型电力机车防空转/滑行保护功能,防空转、防滑行控制使机车运行在尽可能大的粘着附近，可以保证机车在任何轨面条件下启动、加速、制动不擦伤轮轨，不发生牵引电机超速防空转/滑行控制完全由软件实现，消除了由硬件控制时引起的不可靠因素控制特性一致性好，控制参数的调整和控制方式的修改较方便，运行过程中可以通过外接终端读取全部控制过程中间量因此，实地调整后能较好地满足控制要求 微机根据四路速度信号计算出速度差△V，加速度a，加速度变化率da在牵引工况时，△V取同一转向架两轴速度差，a和da取本转向架的最大值作为控制值制动工况下，△V取全车最大速度与最小速度的差，a取全车加速度的最大值作为控制值牵引和制动工况有不同的减流曲线，并根据情况分别采用撒砂、减流等措施来预防和抑制空转及滑行减流速率固定，有快速和慢速恢复过程，以免因电流恢复过快而造成再次空转电枢电流400A以下时不修正 微机具有轮径自动补偿的功能在控制值Is＜1V，牵引工况、速度小于20km/h，无空转的情况下，以第二个轮对为基准自动进行补偿测试此时各轮对先行距离相等，各轮对所测得的速度各有不同，是由于轮对直径不等造成的，由此计算出其它轮对直径对第二轮对直径的系数。

在其它工况下测得的速度，都要用此系数进行修正第二轮对的直径可由显示系统键盘输入2、机车主电路的接地保护,接地故障及其危害 接地保护电路举例,3、电力机车主电路短路、 过载及过电压保护,第三章 电力牵引交流传动与控制,主要内容：电力牵引交流传动技术概述 电力牵引交流传动基础 交-直-交变流器与逆变器 电力牵引交流传动的控制技术,系统基本结构型式,（电压型）交-直-交变流器+交流 异步牵引电机系统（普遍应用）（电压型）交-直-交变流器+交流 同步牵引电机系统（电流型）交-直-交变流器+交流 异步牵引电机系统交-交变流器+交流同步牵引电机 系统,第三章 电力牵引交流传动与控制,一、电力牵引交流传动技术概述机车交流传动系统的基本结构交流传动机车：（特指）采用各种变流器供电，交 流异步或同步电动机驱动的机车或 电动车组变流器类型：交-交变流器（直接式）交-直-交变流器（间接式）,发展历史与现状,交流调速技术上世纪30年代提出了用交流调速取代直流调速的有关理论，60年代后才得以迅速发展（电力电子技术---大功率半导体器件）应用：从风机，水泵扩展到钢铁行业轧机等其他领域日本 1975 直流 80%，交流 20%1985 直流 20%，交流 80%全世界 上世纪80年代后五年交流调速年均增长13%-14%直流调速年均增长3%-4% 中国 风机、水泵总装机3000万台，耗电量占总发电 量38%。

采用交流调速节能前景广阔,交流电传动机车技术发展20世纪60-70年代：初期发展阶段1965 德国Henschel与BBC合作开发机车交流传动系统1971 第一台成功运行的交流机车诞生 DE250070年代 共生产25套20世纪80年代：交流传动技术日趋成熟，在各种机车、动车上获得推广应用欧洲发展迅速（共计达350多台）DE500系列（Mak公司 500kw GTO 1980）DE1024系列（Mak+ABB公司 2650kw GTO 挪威国铁）ME1500（丹麦国铁 2410kw 普通晶闸管1981）美国铁路交流传动投入不足，发展较慢----仅在老机车改造方面作了尝试,20世纪90年代：交流传动技术成为热点美国异军突起（至1997达1400台）SD60MAC（GM公司 2834kw GTO 微机控制 1992）AC4000（GE公司 3281kw GTO 32位微机 1994）AC6000（GE公司 4474kw GTO 32位微机 1994）欧洲 GEC-Alsthom公司 为叙利亚国铁开发 2370kw IGBT 1997 中国交流牵引传动技术发展70-80 年代一直密切注意世界交流牵引技术发展动态1992 研制成功1000kw地面变流器（试验）装置1996 AC4000原型车（4000kw，异步牵引电动机 1025kw）2000 DJJ1”蓝箭” 220km/h IPM器件 直接转矩控制 1225kw异步电动机2001 DJ2”奥星”号竣工，田心厂等 动车组 4800KW， Vmax=160Km/h，自主知识产权2002 “中华之星” 试验速度：312.5公里/小时2006 CRH1、CRH2、CRH5，DJ4,。