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内燃机车电力传动控制、概述电力传动系统的各项功能是通过一定形式的电路驱动各种电气设备得以实现的,电1传动内燃机车上的电路,按其作用可以分为主电路、调节电路、辅助电路和控制电路四大系统主电路将产生机车牵引力和制动力的各种电气设备连成一个系统,实现机车的功率传输,是电传动机车最重要的组成部分之一,不但决定电传动机车的类型,而且在很大程度上决定该型机车的基本特性因此主电路性能的优劣,在很大程度上决定了机车性能的好坏、投资的多少及运行费用的高低等主要技术经济指标调节电路在交直流传动中通常是内燃机车上保证柴油机发电机组恒功率运行的励磁调节系统,它包括牵引发电机的励磁回路及恒功率励磁调节回路等;在交直交流传动中-则是指保证柴油机发电机组恒功率运行的牵引发电机励磁调节和逆变器变压变频调--节系统调节电路应尽可能扩大牵引电机的恒功率范围,使机车在宽广的速度范围内都能充分发挥柴油机的功率,获得良好的经济运行特性,满足内燃机车牵引性能的要求辅助电路将机车上的各种辅助电气设备和辅助电源连成一个系统,成为保证机车正常运转不可缺少的电气装置机车上的辅助电气设备包括通风机、空气压缩机、油泵等的拖动电机、起动辅助发电机、蓄电池、照明设备等辅助传动系统通常为直流传动,由辅助发电机在电压调整器(或微机)的控制下向辅助电路提供的直流电,再由各种直流电动机驱动辅助装置运转由于是恒定的直流电压供电,110v各辅助直流电动机基本不能调速,只能按工况以一定的转速运转或停止,使辅助系110v统并非保持在最佳工况下运转,工作效率不高另有一部分辅助装置则是由机械或液压驱动,工作效率同样不高因此,为提高机车整个辅助系统的性能及效率,近年来开始发展辅助交流传动系统,辅助装置的拖动电机为交流电动机,能够根据工况的变化进行变频或变极调速,使辅助系统处于最佳工作状态及工作效率控制电路将控制主电路和辅助电路各电气设备的控制电器、信号装置和控制电源连成一个电气系统,实现对机车的操纵和控制控制电路包括各种控制开关、继电器和电空阀等司机通过控制电路的作用,可以控制主电路和辅助电路的各种电器按照一定的顺序动作(接通或断开),从而使机车按照司机的操作意图运行现代机车的控制电路已从复杂的继电器逻辑电路开始过渡到可编程逻辑控制器()或微机逻辑控制系统,使控制电路趋于简单可靠plc随着电子技术、计算机技术的发展,电子控制系统及计算机控制系统已经应用于机车,实现了机车的自动控制这些现代控制技术的应用提高了机车的牵引性能和运行的安全可靠性,也是提高机车各项技术经济指标的有效措施之
一、电力传动控制通过对机车电传动系统的控制实现机车起动、调速运行、动力制动的全过程2内燃机车起动控制由于列车起动时存在较大的摩擦阻力,并且需要较大的起动加速度以保证列车起动加速快、运行平稳,因此,机车应以较大的恒定牵引力起动,对牵引电动机及机车动轮来说称为恒转矩起动机车的起动牵引力是由司机控制器主手柄位所决定的,每个手柄位的起动牵引力恒定机车起动时,从低手柄位开始提升手柄,随着手柄位的提高,牵引力也随增大,使列车能够快速平稳地达到正常的运行速度机车的起动牵引力与其牵引吨位及坡道有关,当牵引重载列车在上坡道上起动时,需要较大的起动牵引力方能起车,但要防止超过轮轨之间的最大黏着牵引力而出现轮对空转现象在内燃机车交直流传动系统中,司机控制器各手柄位的起动恒转矩是通过控制各手柄位的最大起动电流来实现直流牵引电动机的输出转矩恒定同步牵引发电机经-整流装置向牵引电动机供电,控制各手柄位下牵引发电机的励磁电流即可控制输出电流恒定根据同步发电机的外特性,也可直接控制各手柄位的最大励磁电流恒定来限制最大起动电流,从而近似达到恒转矩控制按照机车起动加速快及平稳的原则,要求从最低手柄位开始起动,各手柄位的最大起动电流逐位增加,在较低手柄位电流增加幅度较大,而在较高手柄位电流增加较缓在内燃机车交直交流传动系统中,司机控制器各手柄位的起动恒转矩是通过控制中间直流电压和逆变器输出电压、频率的变化规律来实现的当手柄位一定时,通--过调节牵引发电机励磁电流使中间直流电压恒定(电压源逆变器所要求),通过脉宽调制控制使逆变器输出的电压与频率近似呈正比变化,并保持转差频率恒定,即可使异步牵引电动机的输出转矩恒定为了较精确地控制转矩恒定,可加入恒电流控制,根据电流偏差信号对输出电压进行补偿调节随着手柄位的提高,中间直流电压增加,逆变器输出电压正比于频率的变化率也增加,异步牵引电动机的输出转矩随之增大内燃机车恒功率调速控制为了充分发挥柴油机的功率,并使柴油机按其经济特性运行,司机控制器每给定手柄位都对应柴油机的规定转速及其输出功率,当手柄位一定时,柴油机的转速及输出功率应恒定机车在起动时,柴油机欠功率工作;机车起动完成后,柴油机应按恒功率工作机车柴油机一般都装有全制式调速器进行恒转速控制,而其输出功率则取决于负载,因此,只要负载恒功率运行就能保证柴油机恒功率运行,能同时完成柴油机恒转速和恒功率调节任务的控制器通常称为联合调节器柴油机的直接负载是牵引发电机、变流装置及辅助装置,通过控制牵引发电机或变流装置可实现柴油机恒功率在恒功率工作状态,机车的速度与牵引力呈反比关系,机车牵引力要随列车运行阻力变化而变化,以达到力的平衡,机车速度也随之变化当列车阻力小于机车牵引力时,剩余牵引力将对列车加速,使机车速度随之提高,牵引力也随之减少,直到与列车阻力平衡时为止;当列车阻力大于机车牵引力时,将引起机车减速,牵引力也随之增大,直到与列车阻力平衡时为止在内燃机车交直流传动系统中,其变流装置一般为不可控的硅整流装置,只能通过调节牵引发电机的励磁电流使其输出外特性=()按恒功率的要求变化,向-牵引电动机提供按此规律变化的电压和电流当柴油机负载功率增加时,控制系统u fi根据功率偏差信号使励磁电流减小,牵引发电机输出功率随之减小;当柴油机负载功率减小时,则励磁电流增大,牵引发电机输出功率随之增大,从而维持柴油机输出功率恒定因此,该系统又被称为恒功率励磁控制系统由于牵引发电机的功率较大,其励磁电流也较大,因此一般由专门的励磁发电机(简称励磁机)提供励磁电流,通过控制励磁机来实现牵引发电机恒功率励磁机一般为交流发电机,其输出的交流电需整流为直流电有的励磁调节装置采用可控整流装置,通过调节晶闸管的导通角进行整流和调节,也可先经二极管整流器整流,再采用斩波器来进行励磁调节这种直接调节牵引发电机励磁电流的方式称为直接控制的励磁方式,其调节过程的时间常数较小,动态调节性能较好,但对调节元件的容量要求较大为了减小调节元件的容量,有的励磁调节装置采用间接控制的励远方式,对励磁机的励磁电流进行调节,甚至还加入中间放大环节,但调节过程的时间常数相对较大,不利于提高系统动态调节性能在内燃机车交直交流传动系统中,当司机手柄位一定时,中间直流回路电压恒定,即牵引发电机经不可控整流装置输出的直流恒定,不可能通过道节牵引发电机--励磁电流来达到恒功率运行,而是通过牵引逆变器对异步牵引电动机进行变频调速来实现恒功率运行当柴油机负载功率增加时,控制系统根据功率偏差信号使牵引逆变器输出电压频率降低,异步牵引电动机的转速及功率随之降低;当柴油机负载功率减小时,则牵引逆变器输出电压频率提高,异步牵引电动机的转速及功率随之增大从而维持柴油机输出功率恒定因此,该系统又被称为恒功率变频调速控制系统扩大恒功率调速范围的方法作为机车恒功率调速系统,它有两个主要问题需要解决在机车运行时(即速度、牵引力变化时)充分利用柴油机功率的问题如何扩大这种恒功率运行速
①度范围的问题我们知道,机车在一定功率(即一定的司机手柄位)下运行时,机
②车运行速度主要取决于外界阻力,它不能人为控制因此当外界阻力变化,使机车速度超出恒功率范围时,柴油机功率将得不到充分利用,此时机车牵引功率下降,牵引效能减低为此,我们必须设法扩大机车恒功率的运行速度范围,以满足运行要求除机车起动的低速范围内所必需的恒转起动外,核心的问题就是如何扩大高速运行的恒功率范围在内燃机车交直流传动系统中,扩大牵引发电机恒功率区段电压范围,可以扩大机车恒功率速度范围,但是采用这种方法会提高牵引力发电机容积功率,从而增加-牵引电机制造成本和体积,因而牵引发电机恒功率电压调节范围受到限制目前采用扩大机车恒功率速度范围的方法有两种牵引电动机磁场削弱的方法和牵引电动机串并联换接或牵引发电机电枢绕组并串联换接的方法在机车上对牵引电动机一般采用磁场分路的有级磁场削弱方法来提高恒功率速度范--围,即在牵引电动机励磁绕组的两端并联一级或数级分路电阻,当分别接通各级分路电阻时,部分电流从分路电阻流过,使励磁电流减少,从而达到磁场弱的目的,该方法虽然单,但在磁削瞬间会引起电流冲击,因此,级数越多,越有利于减小这种冲击,但电路则相对复杂,目前一般不超过三级有的机车是先降低牵引发电机功率输出,再进行磁场削弱,以免电流冲击引起柴油机短时过载防止电流冲击的最佳方式是无级磁削弱另外值得注意的是,磁场削弱不利于电机换向,因此,为了保证电机换向的磁场稳定性,磁场削弱的深度受到限制在牵引发电机容积功率的范围内,通过牵引电动机串并联换接或牵引发电机电枢绕组并串联换接,可以增加牵引电动机的恒功率调压范围,从而达到增大机车恒-功率调速范围的目的在牵引电动机串并联换接方式中,主电路中每条支路的电-机串联台数和并联支路数可以通过换接来加以改变当机车在较低速度下运行时,-需发挥的牵引力较大,此时牵引电动机应处于低压大电流工作状态,因此电动机串联台数较多,并联支路数较少(如串并);当机车运行到较高速度时,牵引力相对较小,此时牵引电动机应处于高压小电流工作状态,通过牵引电动机串并32联换接,使电动机串联台数减少,并联支路数增多(如串并)这样,在保-证牵引发电机的输出电压和电流不超出容积功率所允许的范围内,对每台牵引电动23机来说,增大了其电压和电流的恒功率调节范围在牵引发电机电枢绕组并串联换接方式中,牵引发电机有两组电枢绕组当机车在较低速度下运行时,两组电枢-绕组并联,其输出电压等于一组电枢绕组的电压,而输出电流等于两组电枢绕组输出电流之和,牵引发电机向牵引电动机提供低电压大电流;当机车运行至较高速度时,进行电枢绕组并串联换接,使牵引发电机两组电枢绕组串联,其输出电压将增加一倍,输出电流相应减少一倍,牵引发电机向牵引电动机提高电压小电流这—样将使牵引发电机输出电压的调压比增加一倍型机车即采用这种方式但对于换接的主电路,其电气线路较复杂,换接过程中存在牵引力的中断和冲击现象,nd5而且在主电路中有串联工作的牵引电动机,当机车动轮发生空转后,空转电机端电压未受到限而随之升高,使空转现象不易消失,因此这种连接方式在中国内燃机上基本未采用在内燃机车交直交流传动系统中,由于异步牵引电动机的结构和性能的优越性,其功率容量比直流牵引电动机高得多,直流牵引电动机一般不超过,而异--步牵引电动机功率可达~,其输入压等级可以在以上,电1000kw机转速也可达以上应该说交直交流传动系统可比交直流传动系统1600kw1800kw1500v的恒功调速范围做得大,特别在高速区,不会出现像直流牵引电动机的诸如高电压4000r/min---限制、磁场削弱深度限制等问题,因此现代高速机车一般均采用交流传动但是,扩大内燃机交直交流传动系统的恒功率调速范围并不是仅靠增加异步牵引电动机的电源频率就可达到的,而是要综合考虑柴油机、同步牵引发电机、牵引逆变器及--异步牵引电动机的最佳匹配问题,如中间直流电压值的选择、恒功率运行调节方式的选择、各装置容量和结构尺寸的确定等,以期使各部分的功率能得到充分、合理的利用但随着恒功率区的扩大,各装置的充分利用程度都会随之下降,所以应根据实际运用需要来合理地选择恒功率区的宽度由于变流器的价格相对较为昂贵,目前大都考虑按小逆变器的方式进行系统优化内燃机车变功率迅速控制恒功率调速是机车的基本操作,此时机车速度随着列车运行阻力而变化然而在列车运行过程中,从列车起动加速、平稳运行、线路坡道的变化、线路的限速区段到列车减速、进站停车,均需要司机合理地操纵主手柄来改变车引功率(牵引力)调节速度,从而达到超车加速快,途中速度高,利用惰力好,进站减速稳,停车位置准的目的,使列车能安全、正点、优质高效地运行“司机控制器主手柄位的改变即改变了柴油机的转速和输出功率一般当需要增加机”车速度时,要提升手柄位,便柴油机的转速和输出功率增加;当需要机车减速时,应降低手柄位,使柴油机的转速和输出功率减小传动系统的输出功率应随着柴油机功率的改变而改变在内燃机车交一直流传动系统中,随着柴油机功率的改变来调节牵引发电机的励磁电流增加,输出功率增加,从而使直流牵引电动机的输出转矩增加,机车牵引力增加,引起机车加速,以达到较高的速度平衡点在内燃机车交直交流传动系统中,随着柴油机功率的改变来调节牵引逆变器的输出电压及频率,使其输出功率改变例如柴油机功率增加,控制系统调节牵引发电机的励磁电--流使中间直流电压增加,同时使牵引逆变器的输出电压及频率增加,从而使异步牵引电动机的输出转矩及转速增加,即机车牵引力和机车速度增加内燃机车电阻制动控制电阻制动是电传动内燃机车的重要工况在电阻制动工况时,列车的惯性力驱动牵引电动机旋转,根据电机可逆原理,此时的电动机进入发电机工况,产生制动转矩,从而产生与机车运行方向相反的制动力,制动列车其发电所产生的电能消耗在制动电阻上,转换成热能,散失于大气中运用情况表明实施电阻制动可以提高列车的制动能力(特别在长大下坡道上尤为明显);可最小限度地使用空气制动,从而大大降低机车车辆轮箍的磨耗,减小轮箍和闸瓦或摩擦片的发热,因而也提高了空气制动的效果;同时,由于列车上配备了两套制动系统,因而更能保证列车安全运行在电阻制动工况下,机车电路要进行必要的转换,要按照机车电阻制动特性进行控制,既要充分发挥电阻制动的能力,尽可能扩大电阻制动调速范围,又要避免超过制动系统的容量,造成设备过载而引发故障,同时要避免因制动力过大,超过轮轨黏着力而引起车轮打滑、微机控制3微机控制包括以为核心的微型计算机、存储器以及将微机与机车设备相连接的数字量和模拟量接口装置等硬件和采样、数据处理、控制程序等软件所组成的车cpu载微机系统它与模拟电子控制的本质区别在于,许多复杂的控制功能都可以通过计算机的数字运算来实现,从而大大简化了电路结构,即所谓用编程软件代替硬件微机控制能更方便地综合多种信号,实现各种复杂的逻辑控制及各种特殊规律的控制,微机能完成各种控制算法从而实现系统的最优控制采用微机控制,不仅可使控制系统结构简化、调试容易、成本降低、抗干扰能力增强,而且能获得更多更复杂的控制功能,更好的调节品质及控制精度此外,采用微机控制还能方便地实现机车运行参数的自动显示、存储及故障报警等功能特别是微机系统的功能改变及功能扩展十分容易,通常仅需改变软件设计即可达到由于微机控制的优越性能,它的功能范围已远远超出了人们最初的想像力在机车上采用的微机系统往往已不仅限于恒功率控制,它还包括柴油机控制、辅助功率控制、站着(防空转和防打滑)控制、优化操纵以及故障诊断等功能可以说,内燃机车装备微机系统是现代化机车的重要标志年,前联邦德国开始把微机系统应用到电传动内燃机车的控制上随后,美国、英国、澳大利亚、加拿大、芬兰、丹麦、荷兰、匈牙利、前苏联、奥地利、西1977班牙等国家也陆续将微机系统用到内燃机车上来中国从世纪年代开始了这方面的研究,并于年前后把微机应用到车载上,从比较简单的或功能单一2080的微机装置发展到较复杂的或多功能的微机系统年制造出第一台装备较完1985备的微机多功能控制系统的东风型内燃机车;此后又有微机系统装于东风1989型、东风型内燃机车;年开始生产的东风型准高速客运内燃机车,65年生产的东风型重载货运内燃机车及年生产的东风型重载货运4199211内燃机车均装备了功能较完备的微机控制系统中国内燃机车采用微机技术已经有199410d19978b了一个良好的开端东风型内燃机车的微机控制系统具有代表性,见下图整个微机控制系统按功能模块设计,通过总线(包括电源线、数据线、地址线和控制线)与各功能模11块之间相连接各功能模块主要包括以位机为核心的主控制板,fe存储器串行口输入输出板,(开关信号)数字量输入板,(继电器接触器)数字1680c186cpu量输出板,(传感信号)模拟量输入板,(转速脉冲)频率输入板,脉宽调制//()励磁控制板完成的主要功能有牵引特性控制,包括各手柄位下恒功率励磁控制、功率加载减载的速率控制、主发电机电流上升下降的速率控制;pwm
①电阻制动特性控制,包括各手柄位下恒流制动特性和恒励磁制动特性控制、牵//引电动机换向条件的限流控制以及励磁电流的加载率控制;空转滑行保护控
②制,包括牵引工况的空转保护和电阻制动工况的滑行保护控制;故障诊断与保
③/护,包括柴油机系统与电气系统的监测参数和故障信息的显示与记录及相应的保护
④控制国际上典型的内燃机车微机系统有德国公司开发的车载微机系统;德国西门子公司开发的车载微机系统;德国公司开发的车bbc micas载微机系统;美国公司开发的车载微机系统;美国公司开发的车sibas krauss-maffei kmgmem2000ge载微机系统;法国阿尔斯通公司开发的车载微机系统这些系统的中央处理单元()都由位发展到位,存储容量由千字节扩展到兆字节,微机处理agate的功能、速度、实时多任务的能力均大大增强有的是单机系统,有的是分式多机cpu1632系统按功能模块化、标准化设十,设计成对各种传动系统都适用的模块式结构的控制系统,只要添加不同功能的组件及相应的软件(程序模块),就能满足各种不同的功能需要值得一提的是,这些系统中有的不仅可用于内燃机车,还可用于电力机车;不仅可用于交一直流传机,还可用于交流传动,具有很强的通用性及兼容性东风型内燃机车微机控制系统原理框图现代机车控制已发展到了以整列车为目标的三级控制,即列车控制级、机车控制利11传动控制级列车控制级对列车总线进行控制,处理来自机台或列车控制装置的信息并进行显示,实施列车优化操纵,产生与整个列车(包括多台机车或动车)有关的控制变量,最重要的输出量是牵引力或制动力给定值机车控制级根据列车控制级传来的控制指令和给定值,实现对本机车的优化控制功能,主要包括限制牵引力和制动上的变化速率以提高运行的平稳性与舒适性,向传动控制级提供所需的输入信号,进行防空转防滑行控制以提高黏着利用率,进行电空联合制动以达到将制动力接经济和安全的原则分配给各制动系统,对辅助装置进行优化控制以达到降低铺助功率消耗的效果,对主要设备进行状态监测、故障诊断与自我保护传动控制级根据机车控制级传来的控制指令和给定值,实现对动力装置和传动系统的优化控制功能,主要包括对油机进行控制并采用电子调速器和电控燃油喷射系统以提高柴油机的调速性能和经济性,对主发电机进行恒功率励磁控制以保证柴油机按经济特性运行,对牵引变流器(包括各种整流器、四象限变流器、逆变器)进行控制,以达到控制牵引电动机的转矩和转速的目的、交流传动的恒功调速控制内燃机车交流恒功率调速系统
(4)满足交直交流电ac-dc-传动内燃机车牵引性能要求,实现恒功率调速的变压变频()控制系统交acconstantpowerspeedregulatingsystemfordiesellocomotive——直交流传动机车通常由异步牵引电动机驱动根据异步电动机的转速公式vvvf—可知,改变电机磁极对数只能有级地改变电机的转速,因此为满足机车平滑调—速的要求就必须连续地调节电源频率,并控制转差频率p n在机车上,交流牵引机发电机的频率正比于柴油机的转速,而柴油机在功率恒定时f1f2其转速是不变的,所以在恒功率条件下发电机的频率也是不变的因此,由柴油机驱动交流牵引发电机所发出的三相交流电经硅整流装置整流为直流电,再经过逆变器(可设一台或数台逆变器),将直流电转变为电压和频率可变()的交流电,供给数台异步牵引电动机通过这样的间接变频,使逆变器输出的三相交流电vvvf的频率与牵引发电机发出的三相交流电的频率没有任何关系在机车起动和调速的整个工作范围内,逆变器输出的三相交流电压和频率的平滑调节应使异步牵动机的机械特性和电气特性满足机车恒转矩起动、恒功率运行的牵引性能要求由异步牵引电动机稳定工作的机械特性可知,转差率(=)极小,电机电流可近似表示为()s sf2/f1式()中为转子等效电阻,对于给定的电机一般为常数电机转矩可近1似表示为1r′2r′2()或写成2()式()和式()中为常数在机车恒转矩起动的低速区,要保证为常数,3由式()可知,应当控制恒定(即磁通恒定)并保指挥持转差率为常23c m数,即端电压随着电源频率线性增长实际上在低频时,电机定子电阻不容2u1/f1f2忽略,此时电压相对有所提高由式()可知,电机电流保持恒定,在机u1f1车恒定功率运行区,要求为常数,由式()可知,可有不同的控制方式为u11i1了扩大机车恒功率的调速范围,可在开始阶段采用=常数、不变的恒功mf13率控制方式,即端电压超压仍随频率增加而增加,保持磁通近似恒定,电流u21/f1f2则随着的增加呈反比减小,从而使机车牵引力(电机转矩)随机车速度(供u1f1电频率)的增加成反比下降,机车保持恒功率运行;当电压升高到受逆变器输i1u1出电压的限制时,采用不变、=常数的恒功率控制方式,即转差频率u1随电源频率的增加而线性增长,电流也保持恒定在恒电压下,随着供电频u1f1/f2f2率的增加使牵引电动机产生磁场削弱的效果,同样使机车牵引力随机车速度的f1i1增加呈反比下降而保持恒功率运行当增大到受电机倾覆转矩所限制的最大转f1差频率时,保持不变,此时随着的增加呈反比下降,机车入降功率运f2行机车牵引运行的电气与机械特性曲线见图f2mf1f1图机车牵引运行的电气与机械特性1基于机车牵引运行电气与机械特性的要求,可采用如图的转差频控制系统方1案,由司机手柄位控制,通过函数发生器、函数发生器和功率函数发生器分2别发出各手柄位的二转差频率给定值、电流给定值和功率给定值在机f2i1车恒转矩起动阶段,转差频率实行开环控制,不起作用,==常数,牵f20i1g pg引电动机转子频率与相加得到电源频率控制信号,即=+;按照起△f2f20f2动阶段电压变化的规律,变换器发出信号;由于=常教,只fn f2f1f1fn f2能近似保持磁通恒定,因此加入恒电流闭环调节,将电流检测到信号与给定值u1f1/u1u10f1/u1比较,其偏差值比功率偏差值为小,由它发出电压调节的补偿信号;将i1与相加得到电源电压控制信号;将信号和信号送入脉宽调制i1g△u1()控制器,控制逆变器输出频率和电压,使机车恒转矩运行机车进△u1u10u1f1u1入恒功率运行阶段后,开始仍保持恒定,按照恒功率阶段电压变化的规律,pwm f1u1变换器发出信号,同时加入恒功率闭环调节,将功率检测信号与给定f2u1值比较,其偏差值比电流偏差值为小,由它发出电压调节的补偿信号,当f1/u1u10p增大到一定值时保持恒定,转差频率闭环控制起作用,一方面按照恒功率运行pg△u1u1的要求函数发生器发出与成正比的信号,另一方面加入功率闭环调节,根据功率偏差值发出转差频率补偿信号,与相加得到,从而得到电f2f1f20源频率信号,即=++可见在恒功率阶段是先调节电压后调节△f2f20△f2f2转差频率,尽可能地扩大恒功率调速范围,直到增大到最小转矩裕量所允许f1f1f20△f2fn u1的转差频率时为止,保持不变,机车进入降功率运行区段f2f2图交直交电传动内燃机车的转差频率控制系统方案f2交流异步电动机是一个复杂、非线性、多变量的控制对象,而且在鼠笼结构中无法2——直接检测转子电流因此,交流传动不像直流电动传动系统那样只是直接对磁通、电枢电流和电压进行控制,有一种标准的控制结构,而是先后开发出各种各样的控制方法除了上述较早开发的转差频率控制方法外,后来开发的磁场定问矢量控制方法和直接转矩控制方法在交流传动址车和动车组上得到普遍应用应当注意的是,无论控制结构如何复杂,或采用什么样的反馈环和反馈量,逆变器只有两个控制变量,即电压和频率,故一般通称为(变压变频)逆变器第二篇内燃机车的液力传动内燃机车的液力传动vvvf能用作驱动机车车轮的机械,电动机不是唯一无二的水力机械中的涡轮机也有和电动机相类似的驱动特性只要用柴油机带动一个泵,向涡轮提供具有某些压力的液流,而且能够把在涡轮中工作完毕后的液流引回到泵的进口处,使液流循环工作,这套系统就可用作内燃机车的动力驱动系统根据这一原理,德国工程师费廷格创造了液力变扭器和液力偶合器,把涡轮和泵轮组合在一起,二者之间没有机械连结而只是通过液流循环来相互作用内燃机车采用这种软连结方式而设计的传动系统称作液力传动“”与电力传动相比,液力传动不过是后起之秀但它在与电传动的竞争中,异军突起,很快赢得了重要位置液力传动装置的优点是不用电机,可以节省大量昂贵的铜,同时它的重量也轻些这使得机车降低了造价也减轻了重量,即在同样的机车重量下,它的机车功率一般都比电传动机车大另外,液力传动装置的可靠性高,维护工作简单,修理费也少还有一个优点是,它的部件是密闭式的,无论风砂雨雪对它的工作都不产生什么坏的影响液力传动装置的主要组成部分是液力传动箱、车轴齿轮箱、换向机构和相互联结的万向轴等它的核心元件是液力传动箱中的液力变扭器,主要由泵轮、涡轮和导向轮组成泵轮通过轴和齿轮与柴油机的曲轴相连,涡轮通过轴和齿轮与机车的动轮相连,导向轮固定在变扭器的外壳上,并不转动当柴油机启动时,泵轮被带动高速旋转,泵轮叶片则带动工作油以很高的压力和流速冲击涡轮叶片,使涡轮与泵轮以相同的方向转动,再通过齿轮把柴油机的输出功率传递到机车的动轮上,从而使机车运行变扭器关键在变当机车起动和低速运行时,变扭器中的涡轮转速很低,工作油对涡轮叶片的压力就很大,从而满足机车起动时牵引力大的需求;当涡轮的转“”速随着机车运行速度的提高而加快时,工作油对涡轮叶片的压力也逐渐减小,正好满足机车高速运行时对牵引力要小的需求由此可见,柴油机发出的大小不变的扭矩,经过变扭器就能变成满足列车牵引要求的机车牵引力当机车需要惰力运行或进行制动时,只要将变扭器中的工作油排出到油箱,使泵轮和涡轮之间失去联系,柴油机的功率就不会传给机车的动轮了第三篇【机电传动控制】机械手控制实验二搬运机械手的控制
一、实验目的掌握应用技术设计工艺生产控制系统的思想和方法,掌握的编程技巧和程序调试方法,训练解决工程实际控制问题的能力plc plc
二、实验仪器设备、-型可编程序控制器模拟实验箱其中配备的主机为日本三菱-型可编程序控制器,实验面板中设有多个1thplc2实验区,本实验对应的实验区为机械手动作的模拟实验区fx1n40mr、个人计算机“”、型缆线或型缆线
2、系列编程软件3fx-422cab rs-422fx-422cab-150rs-422
三、控制要求4fx plcswopc-fxgp/win-c有一搬运工件的机械手,其操作是将工件从左工作台搬到右工作台,工艺流程示意图如下面附图所示机械手通常位于原点为下限位开关,为上限位开关,、分别为右限位开关和左限位开关机械的上下左右移动以及工件的夹紧,sq1sq2sq均由电磁阀驱动气缸来实现电磁阀控制机械手下降,负责夹紧工件,3sq4使机械手上升,控制机械手右移,控制机械手左移yv1yv2搬取工件时,按下启动按钮,则yv3yv4yv51sb机械手先由原点下降,碰到下限位开关后,停止下降;夹紧电磁阀动作将工件夹紧,为保证工件可靠夹紧,机械手在该位置等待
①sq1;待夹紧后,机械手开始上升,碰到上限位开关后,停止上升;改向
②yv2右移动,移到右限位开关位置时,停止右移;改为下降,至碰到下限位开3s
③sq2
④关时,停止下降;sq3
⑤机械手将工件松开,放在右工作台上,为确保可靠松开,机械手在该位置停留sq1;然后上升,碰到上限位开关后,停止上升;
⑥改为左移,回到原点,压在左限位开关和上限位开关上,各电磁阀均2s
⑦sq2失电,机械手停在原位
⑧sq4sq2再按下启动按钮时,又重复上述过程
四、系统配置根据控制要求画出的分配表或分配图;由于所采用的实验箱中,已将输入输出端外接的开关、按钮和信号灯的部分线plc i/o i/o路连接好,放置于实验模板内,因此,实验时只要将主机与机械手动作的模plc拟实验模板两者的外接插孔用连接线按需要插接好即可plc“
五、程序设计”要求采用两种编程方法进行程序设计、设计梯形图(用基本指令和移位功能指令),列写出相应的指令表;、设计状态转移图,画出相应的梯形图(用步进指令和基本指令),写出相应的1指令表参考程序如附图2
六、程序的写入、运行与调试采用系列编程软件进行程序的写入用基本指令编程的梯形图,采取梯形图的程序写入方法;用步进指令编程的状态转fx plcswopc-fxgp/win-c移图,采取梯形图或指令表的程序写入方法运行并调试程序,记录运行调试过程,分析控制效果
七、思考与练习题在上述内容的基础上,修改系统配置及控制程序,从而实现以下要求、系统启动工作后,自动运行个工作循环,即机械手连续完成了次搬运过程时,才使搬运停止;
155、搬运停止时使系统发出闪光报警信号,该信号为亮、灭各秒,持续秒后熄灭
20.530
八、实验报告要求要求实验预习报告内容填写第一至四项的内容和第五项中的状态转移图,实验原始记录填写指令表,实验报告内容填写第五项中的两种梯形图和第“”“
六、七项的相关内容”“”附图第四篇列车电力传动与控制第次作业列车电力传动与控制(Ⅴ)李俊-5比较两电平电压型逆变器和三电平电压型逆变器的区别解答⑴结构上两电平式逆变器可以把直流中间环节的正极或负极电位接到电动机上,结201203909❶..构简单,需要开关元件少;三电平式逆变器除了把直流中间环节的正极或负极接到电动机上外,还可以把直流中间环节的中点电位送到电动机上去三电平式逆变器结构复杂,需要开关元件多⑵功能上三电平式逆变器相对于两电平式逆变器,电网电流波形更接近与正弦波,谐波分量减小,具有更好的输出性能和可靠性.⑶应用上两电平式逆变器在电力机车应用广泛;而三电平式逆变器应用很少,如.简述变流器中间储能环节的作用及组成crh2解答电压型脉冲四象限变流器中间直流环节由两个部分组成ⅰ相应于倍❷.电网频率的串联谐振电路(也可以取消);ⅱ是滤波电容器
①..2支撑电容器和过电压限制电路在交直交流变流器中,中间直流储能环节.的作用ⅰ是连接四象限脉冲整流器和负载端逆变器之间的纽带;ⅱ起到稳定中
②.——间环节直流电压的作用;ⅲ承担着与前后两级变流器进行无功功率交换和谐波功..率交换的作用分析两电平式电压型逆变器的工作过程及输出特征.解答⑴电压型两电平式六阶波型三相逆变器ⅰ工作过程六阶波型三相逆变❸.器中各相采用纵向换流,每次换流都是在同一相上下个桥臂之间进行,每个开..关元件在一个周期中导通电角度,其他两相也是如此,只不过三相对应元件2相差电角度轮流导通,使各元件每隔电角度轮换导通在每一180°时刻都有个开关元件同时导通,可能是上面一个桥臂,下面个桥臂;也可能120°vt1~vt660°是上面个桥臂下面一个桥臂如下图所示322ⅱ输出特征对于相,当桥臂导通时;当桥臂导通时,,即的波形是幅值为的方波、相的情况与相类似,其波形.a1uan=ud/24uan=-,,相同,只是在相位上依次相差ud/2uan ud/2b ca其线电压和相电压特性见上图所示当逆变器按照六阶波方式输出时,其uan ubnucn相电压波形为六阶波、线电压为矩形波六阶波的变化趋势基本上接近于正弦波120°当逆变器以六阶波电压对牵引电动机供电时其电流波形在负载电感的作用下将趋于平滑,其平滑程度将于六阶波的频率有关当电压频率较高时,将获得接近于正弦波的电流波形,当电压频率较低时电流波形将与电压波形接近;频率越低电流波形也越接近六阶波,但其中的高次谐波成分也越多如下图所示⑵电压型两电平式三相逆变器ⅰ工作过程逆变器电路采用双极性调制方式,、、、三相的控制共用.pwm一个三角形载波调制信号,、、依次相差三分之一周期三相控制.a bc pwm规律相同以相为例进行分析,当时,给上桥臂开关元件以导通uc uraurb urc信号、下桥臂开关元件以关断信号,则相相对于直流电源假想中点的输出a ura urc vt1电压当时,给以导通信号,给以关断信号,则有vt4a n和的驱动信号始终是互补的当给()施加导通信号uan=ud/2uraurcvt4vt1时,可能是()导通,也可能是二极管()续流导通,这要由感性uan=-ud/2vt1vt4vt1vt4负载中电流的方向来决定vt1vt4vd1vd4ⅱ输出特征相对直流电源假想中点的各相电压波形,都只有种电平,即,线电压.n2有ud/2-ud/
2、和共种电平组成±2ud/分析三电平式脉冲整流器的工作过程当开关元件和导通时3±ud/305,当和,线电压可有三种电平,即,,和❹.vt1vt6导通时逆变器输出相电压波形导通时,当开关uab udvt3uab uanubn ud-ud0元件和或vt6uab0pwm vt4uab ud解答在整流(牵引)或逆变(再生)工况下、各对应种导vt1vt3vt通回路4us ud us ud
1、各对应种导通回路而则对应着种导通回路根据脉us ud/冲整流器等效电路,若忽略与高次谐波,只考虑其基波与,则2us ud/22us03,调整的幅值和相位,可使在个象限内随意变化在牵引us inus1in1工况下,un=in1z+us1us1in
14、同相位在逆变工况下in、反相位功率因数接近四象限脉冲变流器的就是按照这一基本原理工1un in作、调节控制的1un1⑴牵引工况调节过程设系统原稳定运行于点,此时与同相位,二者夹角,功率因数为当负载增加时,中间直流环节电压瞬时下降,同时.a in1un的幅值也下降,系统工作点由点移至点运行,电流与电压之间出现相θ=01ud us1位角,导致(假定顺时针方向为正,下同);通过控制电路调整的幅a a’in1un值及相位角使它们逐步增大,电流与电压之间的相位角相应在减小,θ=θ10us1其工作点将由点调整到点恢复到与同相位此时输入电φs in1unθ流也相应地增加系统将在点建立起新的平衡状态适应负载增加若负载a’a’’θ=0in1un oa’’oa减小时,瞬时上升,的幅值也瞬时上升,电流与电压之间出现相位in1a’’角,系统工作点由点移至点运行,导致udus1in1una b’θ=θ2。