電傳動控制技術5電子控制機車控制系統主要作用調節（分配）機車牽引力、制動力；調節速度；故障檢測與診斷；輔助系統的控制；防空轉、防滑行；無功功率補償；各種保護等。6G電子控制系統6G：恒流單閉環自動控制系統PI被控對象電機電流IREF6G：轉向架控制牽引制動控制+24Ve0給定積分器比例調節器電流限制環節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系統：一、交直疊加移相電路Uc移相脈沖形成功放阻容移相單結晶體管移相功率不大的整流裝置觸發系統不經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車觸發系統經脈沖變壓器交直流電壓串聯疊加移相u網u1LRCR2urur’+-uc+24VT1R、L、C串聯諧振：uL和uC相互抵消uR=uuLRCuLuRuCuLuCuR=u結論：電流可以用改變電阻R值的方法來調節電流改變了，電容的端電壓也變化1.同步電路——串聯諧振電路6Gu網=umsintu網同步變壓器tu網uc(ur)u網u1tu1(反相)串聯諧振電路uc(滯后u190o)ur(實際超前網壓90o)R、L、C兼有濾波作用同步電路采用同步電壓和可調直流電壓相疊加改變輸出電壓“0”態相位改變脈沖相位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urttub7.5Vtubtub-7.5V180°90°當uc=7.5Vub=7.5cost+7.5=0

cost=－1t=180°當uc=0ub=7.5cost+0=0

cost=0t=90°當uc=-7.5Vub=7.5cost－7.5=0

cost=1t=0°結論：當uc從7.5V變到－7.5V時，ub=0的相位從180°變到0°0°交直疊加移相電路的特點：優點：ur和uc相交時：Urmcos=Uccos=Uc/Urm半控：Ud=Ud0(1+cos)/2全控：Ud=Ud0cosUd=Ud0UrmUcUd=Ud02UrmUc+Ud02缺點：D3T2R20T4R22R26R24T6R28C9R30R32+24V12脈沖形成電路二、脈沖形成及整形電路脈沖整形電路——單穩觸發電路D9R34T8R38T10R40C15R44R46+24VR36D11R481.5msT1T2D1D2防止換流期間，晶閘管不導通，造成整流電壓中斷換流期間：D1、D2、T1同時導通T2的陽極電壓為零6G：換相角限制環節正限制電壓發生器三、換相角限制環節換相角限制電路R2T1R3R4R5T2R6C1R8R7+24VT3D1312R10R11R1C2R12D276AB具有脈沖信號足夠的電流電壓觸發脈沖寬度觸發脈沖與主電路電源電壓同步觸發脈沖的移相范圍應滿足要求晶閘管觸發脈沖的基本要求：四、脈沖功率放大電路窄脈沖6G8K寬脈沖連續脈沖雙脈沖脈沖列組合脈沖脈沖放大電路T12T14+24V24Vu~110V1.5ms16V2.9V通道Ⅰ輸入通道Ⅱ輸入輸出橋臂Ⅰ輸出橋臂Ⅱ給定積分器限制電流上升率與下降率上升時間6S下降時間1S比例調節器避免大電流指令區機車發生空轉e0:050%IREF075%1.5e0:50%1IREF75%10.5電流限制環節Ud:0900VId:1650A1400A五、基準電流形成電路基準電流變化率調節環節e0+A01+15V-15V+A02+A04R11

10KR13

10KR7

3K3R9

1MR6

47KR1010KR2

4K7R34K7C147

D4D3R15

47KR1410KR16

1MR17

3K3C2

47D11D12P1P2I0-7.5V4K7非線性環節-15VeC+A05R35

22KR31

44K2R30

47K5R32100KC3220

D8D10P3

2K2R34

4K7R37

10K-15V+15V+A03R20

66K710KR23

100KCD6R38IREFR25

49K9R24

49K9DI0R21

4K7R27

1KP4

470R26

680D9D7T1六、兩段橋連續控制eC+A03R40100KR30

33K2+A04R41100KUC2R31

33K2UC1R32100KR3333K2R345K6R355K6R364K7R374K7P2P34K74K7直流負偏壓6G：RM1RM2UC1和UC2決定晶閘管的觸發角-7.5V~+7.5V工作原理分析：ec=0~5V牽引電機端壓0~450V第一段半控橋工作UC1=7.5V~-7.5V1=180°~0°UC2=7.5V2=180°閉鎖510eCUC7.5-7.50UC1UC2ec=5~10V牽引電機端壓450V~900VUC1=-7.5V1=0°滿開放UC2=7.5V~-7.5V2=180°~0°工作原理分析：R32=3R33UP2=UP3=-7.5VA03：-7.5V100K+eC33K2=-UC1100KUC1=7.5–3eCA04：-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

=-6.5V510eCUC7.5-7.50UC1UC248K機車電子控制系統8K機車控制系統8k機車的引進，使我國電力機車設計技術水平上了一個新的臺階電子控制插件板SS4型電力機車控制系統兩手柄：電壓指令手柄給定電機端壓電流指令手柄給定電機電流可實現恒流和恒壓控制

司機電壓給定電壓延時電壓參考值UREFPI調節器電流給定電流延時粘著限制電流參考值IREFPI調節器MAX單雙邊變換電路移相控制電壓ecRM1RM2RM3電壓延時司機電壓給定電流延時司機電流給定粘著限制PI調節器PI調節器MAX單雙邊變換ec電流反饋電壓反饋UREFIREF0~-10VRM2RM1RM3T1T2T3T4T5T6D1D2D3D4123RM1RM2－3－3RM3ec移相檢測電機端壓網壓過零ABCABC開關檢測觸發系統180°或0°偏壓控制連續控制器-10~10VUd1Ud2控制電壓8K型電力機車控制系統8K機車控制系統：雙閉環控制系統內環是電流環——恒流無靜差調速系統外環是速度環——準恒速控制系統

控制流程：司機手柄指令器特性控制器牽引制動轉換開關

給定積分器調制器傳輸總線解調器最大值限制器防空轉滑行裝置PI調節器移相觸發系統整流電路兩級控制：機車控制轉向架控制vF牽引制動給定積分器調制總線解調限制器防空轉PI網壓電流反饋速度反饋速度反饋+15V–15VIssIssIsIrefUE一、特性控制：

單手柄特性控制器024681011牽引1086420制動11順時針轉動：牽引工況分0~11級逆時針轉動：制動工況分0~11級單手柄級位：n電流指令：I=200?n(A)速度指令：v=10?n(km/h)F(kN)600400200400A800A1200A2468-200246810%0184+4000t+9%0v(km/h)20406080手柄在4位：起動電流為800A平直道：牽引力阻力V=38km/h牽引力=阻力穩定運行9%0：牽引力阻力手柄必須在第6位才能起動牽引特性曲線形成電路假設A處斷開：A1：IA1=K1I0–K2vIAvIA12468IA28642–+A1–+A2I0-VIS1+15VR161R171V162V455R163R164V456R154R156R165R151R167V457V458R15910K10KA-15VA2：IA2=I0V456、V458最小值選擇器制動特性曲線形成電路假設A處斷開：A3：IA3=K3v–K4I0+C1A4：IA4=C2V584、V591最大值選擇器IAvIS1–+A3–+A4I0-V-15VR220V472V584R217R253V476V591R251A+15VR216R212IA4IA3二、積分延時電路IS1–+A5–+A6R177-15VV467R173+15VR174R176R216IS2220K56KR184560KR180100K1M47K547K5R1751MC7410R187100KV460V461V462V463-15V+15V三、晶閘管觸發系統信號形成電路tUNtUotd0tRU700stdstd0’td’tUF-Utd全波整流積分器UFU移相器Ued濾波器比較器Uo延時d0RUd0’d’dsUN控制過程：注意：d0’d’保證晶閘管承受正向陽極電壓才允許獲得觸發脈沖1.保證移相電路有足夠的復位時間2.在網壓過零附近，晶閘管正向陽極電壓太低或有不穩定的毛刺時不應施加觸發信號網壓同步信號UN進行兩方面的處理：1.UN全波整流

Uo積分器同步余弦信號U

UFUF-U直流控制電壓Ued2.UN濾波器比較器d0

延時電路各種控制信號RU、d0’、d’、dsA：全波整流電路UNUo–+A2+15VLM12422K22K–+A150KUo50KUND1D2B：積分電路RU–+LM139+15V68n10K22K–+LM124U78KUo–15V10K+5VSDGttUUoRUtC：網壓峰值記憶回路C–+LM124Uds–+LM139+15V10K–15V10K+5VDSGUFD：d形成電路tUF-Udt–+LM139+15VU–15V100K+5V–+LM124UFUed100K100K–15VE：有源濾波do–+LM139+15VUN–15V392K+5V–+A714392K5K768n68nUNUdoF：d0’d’

ds

RU形成電路U+5V–+A7+5VABQQ+5VABQQC147C149R347R352d0’d’RUdsD1D2脈沖移相控制電路連續控制器UE1UE2UE3UE4Ue1Ue2Ue3Ue4d1d2d3d4全控橋半控橋削磁橋1d1Ue1UF11d2Ue2UF11d3Ue3UF21d4Ue4UF2123脈沖形成與放大電路V147V160V161V162C103–24V–12V+24VV163GDSC107R126脈沖輸入脈沖封鎖CDC104R130V144V145R129微機控制系統——SS91987年：開始研究1991年底：SS40038機車試運行1993年底：通過部級技術審查1996年底：部級鑒定1997年：批量生產我國發展概況微機控制交直傳動電力機車：

SS8SS9SS7DSS7E

TM1DDJ1春城號電動車組SS3B主CPU脈沖控制脈沖放大串行總線接口數字信號接口繼電器/光耦隔離模擬信號調整A/DD/A人機對話保護監控電源RS485列車總線其它總線基本結構車載微機的發展歷程車載微機的發展可分為三個階段：以單一功能或單一設備的測控為目標的初級階段；以一節車廂（機車、車輛）內的全部可編程設備為對象（例如一臺機車的全部控制設備）的中級階段；集整列列車內部測控任務和信息處理任務為一身的高級階段。SS9機車控制系統簡介SS9型6軸客運電力機車采用微機控制，SS9型微機控制系統是在SS8基礎上設計的；微機柜的外形尺寸：771(長)×486.5(寬)×1000(高)mm；微機控制裝置采用柜體、插件箱、插件的三層結構；SS9微機柜的控制方式類同SS8，實現機車的牽引/制動特性控制、空轉/滑行保護、列車供電控制、空電聯合制動控制等基本功能，具有初步的故障監控、故障記錄和高、低壓自檢功能。硬件特點微機控制裝置以插件箱為基本單元，每個插件箱獨立控制1個轉向架，即一層插件箱控制Ⅰ端轉向架，二層插件箱控制Ⅱ端轉向架，一層與二層插件箱布線稍有不同，不能互換。一、二層中對應位置的插件相同，插件可以互換，但同一插件箱中的數字輸入輸出A、B插件由于內部跨接矩陣不同而不能互換。插件箱中的插件配置控制插件箱的硬件框圖模擬信號輸入輸出模擬輸入信號：司機控制器的給定電位器指令信號、電壓/電流傳感器的反饋信號、速度傳感器反饋信號、制動缸壓力傳感器反饋信號等，分別經相應的信號調整(或處理)電路，送A/D采樣；模擬輸出信號：計算機輸出的數字控制量，經D/A轉換輸出8路模擬信號，如機車速度表信號(V0)。數字量輸入輸出外部數字輸入信號：經帶過壓吸收的光電隔離數字輸入電路送CPU的內部數據總線；內部數字信號：通過無隔離的通用數字輸入/輸出通道用于插件箱內部各插件間的連接。既可以用作輸入，又可以用作輸出，根據不同的應用通過跨接