SS7D机车微机控制的几个特殊问题

问问题题讨讨论

论SS 7D 机车微机控制的

几个特殊问题

严云升

(株洲电力机车研究所 湖南株洲412OO1D

摘

要:分析了SS 7D 机车微机控制的几个特殊问题及其

对控制的影响 解释了出厂试验中出现的4个问题的原因 并介绍了解决的途径 对减少外部干扰提出了几点建议G

关键词:微机控制G 复励电机G 跟随控制G 重叠角G 辐射干扰G 传导干扰G 自动过分相

中图分类号:U 264.91+1

文献标识码:B

文章编号:1OOO-128X (2OOOD O5-OO43-O3

收稿日期:2OOO-O4-27

SS 7D 为6轴准高速客运电力机车G 它是在原SS 7基础上发展而来的G 主电路由原来两段桥~再生制动改为三段不等分桥~加馈电阻制动G 变压器仍为壳式变压器 只是牵引绕组匝数增加1匝 有2个牵引绕组中间有抽头G 牵引电机仍为复励电机 只是提高了电机额定电压~增加了电机的功率G 控制部分由原来的模拟控制改为微机控制 仍分为2个控制单元 中间转向架的2台牵引电机分属于前转向架和后转向架控制单元G SS 7D 增加了自动过分相的功能 采用独立通风G 这些不同于SS 8~SS 9机车的地方 给微机控制带来了一些新问题 增加了微机控制的难度G SS 7D 机车在出厂试验和干线试验中所遇到的一些问题 有的与布线工艺有关 有的与SS 7D 机车的特殊性有关G 本文将对这些特殊性作些分析 以便找出故障产生的原因 制定合理的对策G SS 7D 机车在出厂试验和干线试验中主要有以下4个非正常现象:

(1D 在某个速度区范围内 电枢电流和励磁电流有明显的振荡现象G

(2D 在1/4桥投入工作时 常出现电机过流~跳主断路器G

(3D 在故障位运行中 在1/4桥投入工作时 2个控制单元的电机电流不平衡可达2OO A 左右G

(4D 外界对微机干扰比较严重 开闭头灯或分合主断路器常引起脉冲控制器CPU 死机G

这些问题严重地干扰了微机的正常工作 影响了机车的整体性能 必须得到妥善解决G

1

复励电机的控制

复励电机具有串励绕组和他励绕组G SS 7D 机车牵引电机的串励绕组4匝 额定电流94O A G 他励绕组32匝 额定励磁电流21O A G 牵引时串励绕组和他励绕组都投入工作 而以他励的安匝数为主G 电制动时切除串励绕组而成为他励电机 他励电机制动力 速度特性较硬 有助于制动时防止滑行和粘着恢复G

SS 7D 复励电机控制具有以下几个特点:

(1D 复励电机必须在他励绕组有一定预励磁电流后才能闭合主接触器 将牵引电机投入启动运行 以防励磁回路有故障时 仅剩串励而励磁不足 造成电机飞速G 主手柄退回零位时 也必须先断主接触器 再切除励磁G

(2D 主接触器闭合后 为了使复励电机能得到类似串励电机的牵引特性 励磁电流须跟随电枢电流 按固定比例K (SS 7D 机车上 他励电流1F =O.22341a 1a 为电枢电流D 调节直至电机达到满电压G

(3D SS 7D 牵引包络线见附图 c 点为启动点 Z 点为电机额定点 6点为增压点 即利用提高电机电压 减小电机电流的方法来扩大恒功区G 从6点到C 点为削磁区 利用削磁来达到恒功 最深削磁系数为5O%G 从C 点到6点维持最小励磁电流48A 恒定 电枢电流

随速度提高而自然减小G

.1O 2OOO

加时通过延迟励磁桥触发来减少励磁电流O

(4)在串励电机控制中9几个P1调节器(如电枢电流调节器\电机电压限制器\励磁电流调节器\最大

励磁限制器\最深削弱限制器)在同一时刻总是只有1个在起作用9其他调节器或不起作用9或为定值控制O 电枢主桥在调节时9励磁调节器不起作用;电枢主桥几段桥中9总是只有一段在移相调节9其余或在过零点触发或是不触发O只有当电枢达到额定电压后9主桥基本上不再移相控制9励磁调节器才进行移相调节O而在复励电机中9牵引时励磁电流要跟随电枢电流成比例调节直至满电压9因而在主桥移相控制中9励磁桥也需移相控制O

对于几段桥同时需要移相调节的情况9在模拟控制中是用不同的电路并联工作实现的O而在微机控制中9各段桥的触发都是由一个CPU分时完成的O CPU 执行一次外部中断9完成一段桥的触发9需要一定的时间O当两段桥触发角接近时9CPU必然会推迟另一段桥触发角O假定励磁桥触发角为O9主桥触发角为B9当

B接近O时9CPU先执行励磁桥触发而使主桥触发推迟一定电角度9实际电枢电流偏小9通过闭环调节9使

B增大而超前O;继而主桥按时触发9而励磁桥被推迟触发9实际电枢电流偏大9而实际励磁电流偏小9再通过闭环调节又使O增大而超前B9从而产生在一定速度范围内电枢电流和励磁电流的振荡O这是SS7D出厂调试中遇到的第一个问题的主要原因O另一个原因是同步电压的畸变9网压积分终值U

F

不稳定9也加剧了

电流的振荡(原因详见第二部分)O

克服电流振荡的主要措施有3点:

a.提高CPU的运算速度9可减少执行一次外部中断所需的时间O原脉冲控制器的CPU为80979晶振为10M~Z\三分频9现改为80196CPU9晶振仍为10 M~Z9但为二分频9亦即运算速度提高50%O

1.当两段桥的触发角接近到一定程度时9认为两路脉冲是同时的9亦即在一次外部中断中完成两段桥的触发O

c.同步变压器原接在主变压器二次侧的牵引绕组上9波形畸变严重;现在将同步变压器接在高压电压互感器二次侧的100V绕组上9从而改善了同步变压器的波形O

采取上述3条措施后9解决了电流振荡的问题O

(5)故障位的对策O SS7D机车正常时两个控制单元为独立控制9以充分利用粘着;而在一个控制单元故障时9通过转换开关改由功能正常的那个控制单元对全车进行集中控制O此时9功能正常的控制单元仍为闭环控制9而另一控制单元为跟随控制9即该控制单元不进行运算9其触发角完全与闭环控制的那个控制单元相同O这方面与SS8\SS9机车相同O

但是9由于SS7D采用复励电机9在故障位运行时9功能正常的控制单元不仅要对本控制单元的3台电机进行控制9还需对跟随控制单元的3台电机进行控制和监视O它必须检测跟随控制单元的他励电流9只有满足预励磁要求后才发出1

F30A

信号9使主接触器闭合9跟随控制单元的电机才投入启动运行O另外9在牵

引控制中必须检测跟随控制单元的1

F/1a max

比值9防止主桥故障不能开放时93台并联电机中的某一台流过负向电流O因为3台电机虽然励磁相同9但反电势不尽相同9当主桥不能开放时9电势高的电机会成为发电机向其他两台电机供电9这样容易烧损电机O正常时9 1F/1a max比值为0.Z Z34O此比值超限到一定程度时9表明主桥有故障9此时应采取断然措施封锁触发脉冲和跳主断9并向司机报警显示O

在故障位上9功能正常的控制单元不仅要对自身控制的整流电路进行保护9而且也要对跟随控制单元的整流电路进行相应的保护:如对电机过流\励磁过

流\超速\电机过压\预励磁\1

F/1a max\

桥过流\小齿轮弛缓等进行保护9因而两个插件箱间有许多信息必须交换O由于SS7D机车为6轴机车9又为复励电机9因而需交换的信息比SS8\SS9来得多9所需的通道数也比较多O这要求合理使用已有的硬件资源9给设计增添了难度O

2主变压器设计对控制的影响

SS7系列机车采用壳式变压器9是从日本引进的6K机车演变而来的O在国产电力机车中只有SS7系列是壳式变压器9其余都为芯式变压器O在芯式变压器中已经做到两控制单元的牵引绕组对称9不仅两控制单元的牵引绕组间解耦9而且同一控制单元的两个牵引绕组之间也能解耦O这样9两个控制单元的工作完全对称独立9同一控制单元的两个牵引绕组间也互不影响9因而给控制提供了方便O SS8机车高压绕组(AX)牵引绕组的阻抗电压为9.Z%9而不管有几段牵引绕组在工作O同步变压器接在二次侧牵引绕组上9可以得到较好的正弦波形O

6K机车虽然为壳式变压器9但它有两个高压绕组;虽然一个控制单元的两个牵引绕组间没有解耦9但两个控制单元的牵引绕组间是独立解耦的9两个控制单元的工作是互相独立的O而SS7D的主变压器没能达到6K的水平9它存在的主要问题是:漏抗大9两个控制单元间不解耦9且不对称9从而给控制带来一些困难O

(1)漏抗大9且漏抗与投入的牵引绕组有关O SS7变压器的阻抗电压如下(AX为高压绕组9其余为牵引绕组):

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机车电传动Z000年

AX a1X116.154% AX a2X215.751% AX a3X315.656% AX a4X416.O43% AX a1X1+a3X39.1O8% AX a2X2+a4X48.955% AX a1X1+a2X2+a3X3+a4X416.6%由于漏抗大使晶闸管换向时重叠角加大在重叠角期间该段桥整流电压近似于零O如果是过零换向由于重叠角增大同步电压的过零点(同步变压器接在牵引绕组上D难于正确分辨如果在其他相位上换向可使同步电压形成缺口严重时甚至接近于零O重叠角还影响网压积分终值即由于各绕组的相互影响网压积分终值也会有波动(即使网压不变D O

(2D由于各段牵引绕组间不解耦一段绕组的工作会对其他绕组产生影响O同步电压的波形不仅受本段牵引绕组工作状态影响而且也受到来自其他绕组换向的影响从而造成同步电压非正弦严重畸变O (3D由于同步电压严重畸变因而它不能作为网压积分和控制触发角的基础O网压积分终值的波动会加剧电流的振荡O如果同步电压缺口跌落接近于零则网压积分会中断从而引起满开放~过流等异常情况造成主断路器跳闸O这一现象在机车出厂调试中在1/ 4桥工作时曾多次发生O为改善同步电压的波形现将同步变压器改接至一次侧电压互感器的二次绕组上O (4D由于两个控制单元牵引绕组不对称阻抗的差别会造成在同样触发角情况下两个控制单元电机电流的不平衡O在正常位上由于两个控制单元都为闭环调节两个控制单元电流的差别不明显O但在故障位上一个控制单元为闭环控制另一个控制单元为跟随控制虽然它们触发角完全相同但两个控制单元的电流有差别O在1/4桥投入工作时两个控制单元的电流差会达到2OO A左右O以前的SS7机车在B组开环控制时按两段桥工作两个控制单元电流差达1OO A O 6K机车没有遇到这样的问题因为6K机车的一个控制单元一旦出现故障就会被切除牵引力和电制动力损失1/2 它不采用开环控制或跟随控制O 对于故障位1/4桥工作时电流的不平衡就控制来说只能在故障位上按两段桥控制而不按三段桥控制不平衡电流控制在1OO A左右类似于以前的SS7机车O当然要这样做需要识别当前处于正常位还是故障位并修改脉冲控制器的汇编程序O如要彻底解决两个控制单元电流不平衡则必须改变变压器设计使两个控制单元的牵引绕组完全对称O 3外部环境对微机的干扰

外部环境对微机的干扰主要有空间电磁场的辐射干扰及通过电源进入的传导干扰O SS7D机车外部环境对微机干扰比较严重O从SS7D机车的布线情况看至少在以下几方面可作改进,

(1D动力线以及对控制干扰比较大的线(如头灯线D应与控制线隔开至少O.5m O

(2D诸如头灯等干扰比较大的线应采用屏蔽线O 头灯起辉时有很高的电压O

(3D电压源的模拟信号线应采用双绞屏蔽线O多芯屏蔽线对空间磁场的抗干扰远不及双绞屏蔽线O而

SS7D机车上几乎没有采用双绞屏蔽线O像同步电压信号线靠近主变压器而主变压器周围有较大的磁场因而更需要用双绞屏蔽线O

(4D减少11O V电源上的毛刺O这种毛刺主要由车内开关电器的开闭产生O对于电感比较大的线圈或是电流较大的线圈必须并联阻容吸收电路以使它们断电时有能量释放回路由此减小11O V回路的过电压毛刺O像主断路器的分合闸线圈~接触器线圈~各种电磁阀的线圈都应并有阻容吸收电路O而SS7D机车上仍有部分线圈出厂时未并阻容吸收电路如主断路器分合闸线圈O

4其他特殊问题

(1D根据郑州机务段的运行经验夏天静止直晒后微机柜附近温度可达65此时微机柜已难于散热O但只要启动牵引风机2O分钟后温度可降到5O 微机柜的工作环境便可得到改善O郑州机务段规定夏季运行中即使在库内也须启动牵引风机O SS7D采用独立通风也需采取一定措施使车内温度降下来以利于微机可靠工作O

(2D SS7D机车采用车上自动过分相方案O司机台上增设一个N过分相预告9按钮司机看到路旁有N断9的指示牌时按此按钮其余任务全由微机担任1]O广深线上的过分相预告可由地面自动给出;而在陇海线和京广线上过分相预告信号需由司机手动给出O

(3D以往的客运机车如SS8~SS9加馈时先开放1/ 4桥再开放1/2桥亦即加馈时只用一段牵引绕组O而SS7D机车为保证低速时的电制动力还需继续开放另一段大桥O电制动加馈需开三段桥在国内也是首例O (4D空转保护O以往的SS7机车虽已采用复励电机但空转保护仍和串励电机一样空转发生时电枢电流和励磁电流都同时减小O由牵引力(下转第51页D

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第5期严云升,SS

7D

机车微机控制的几个特殊问题

(上接第45页)F=CGI a可看出(G为磁通C为常数)牵引力几乎与I

a

成平方关系而减小O这种软特性会引起空转重复产生因牵引力损失太多而导致机车速度下降O复励电机空转时可以设法实现他励电机的硬特性即只降电枢电流而维持励磁电流不变此时励磁电流不再按与电枢电流成固定比例的关系调节O 在微机控制中实现这种控制虽然程序复杂但较模拟控制易于实现O采取这种措施的效果还有待今后使用中观察O

参考文献=

[1]严云升.电力机车自动过分相方案的探讨[J].机车电传动1999

(6).

SS7D机车微机控制的几个特殊问题

作者：严云升， YAN Yun-sheng

作者单位：株洲电力机车研究所,湖南,株洲,412001

刊名：

机车电传动

英文刊名：ELECTRIC DRIVE FOR LOCOMOTIVE

年，卷(期)：2000(5)

参考文献(1条)

1.严云升电力机车自动过分相方案的探讨[期刊论文]-机车电传动 1999(06)

本文链接：https://www.wendangku.net/doc/a67691013.html,/Periodical_jcdcd200005015.aspx