地铁车辆控制回路原理图设计

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1、课题名称地铁车辆控制回路原理图设计学院：专业班级：指导教师：设计时间：12目录1绪论32I/0输入输出模块32.1数字输入模块32.2数字量输出模块42.3AD转换42.4转速传感器接口52.5IGBT驱动设计53调制方式63.1较高定子频率下的分段同步调制63.2圆形磁链轨迹向多边形磁链轨迹间的过渡措施74异步电机直接转矩控制74.1直接转矩控制的原理74.2异步电机圆形磁链轨迹直接转矩控制系统的实现85系统控制器设计85.1主控板数字信号处理器96使用元件介绍97仿真实验与过程介绍98总结109心得体会1110参考文献11121

2、绪论目前国内地铁牵引系统的供电制式主要有2种:一是以北京、天津为代表的北方地区采用DC750V供电制式,允许电压波动范围DC500~900V,第三轨受流;二是以广州、上海为代表的南方地区采用DC1500V供电制式,允许电压波动范围DC1000~1800V,架空接触网受电弓受流。一般牵引电机额定功率为200kW左右。针对DC1500V供电制式,随着3300V等级高压IGBT(HV-IGBT)的成熟应用,由3300VHV-IGBT构成的两电平结构已成为当前地铁车辆牵引变流器的主流模式。图1-2所示为地铁车辆牵引电传动系统的基本组成框图,

3、主要由三部分构成:牵引变流器、牵引电机和牵引传动控制系统(TCU)。从电路拓扑角度讲,地铁动车牵引电传动系统并不复杂;但从系统特性、控制要求、稳定可靠性角度分析,牵引电传动系统控制技术具有其独特的重点和难点,主要原因有三方面:1)牵引变流器功率大、开关频率低、电压利用率高、脉宽调制技术特殊;2)牵引电机运行工况复杂、变频范围宽、电机参数多变、转矩控制难度大;3)牵引电传动系统在复杂、恶劣的线路运行条件下稳定性要求高。2I/0输入输出模块2.1数字输入模块FC2-DI-BF10·8路高速输入FC2-DI-BF21·8路报警输入·上升沿

4、有效FC2-DI-BF30·8路数字量输入DC24VFC2-DI-BF50·8路低电平有效输入122.2数字量输出模块·4或8路固态继电器输出AC230VDC400V2.3AD转换AD7865进行AD转换的模拟量包括:直流母线电压、定子三相电流、定子线电压,由于它们直接参与闭环控制计算,因此精度要求较高,而转速与转矩给定指令、变流器温度则通过F2812的AD进行转换,但所有的模拟信号的前级处理都是一致的,包括信号滤波、跟随、放大以及硬件保护。122.4转速传感器接口电机的转速光电编码器的输出脉冲为0?5V,如果直接通入2812可能造

5、成其10的烧损,同时也为了防止电机壳体可能由于等电位问题将强电引入微机控制系统,光电隔离器件釆用光稱PC817,隔离电压达2500V,经过电平转换后输入到2812QEP的电平,变成了0-3.3V保证了系统的安全。图2-4转速光电编码器的隔离电路2.5IGBT驱动设计IGBT驱动则釆用了日本三菱(Mitsubishi)公司的M57962L,它集成度高,通用性好,广泛运用于各种IGBT功率变换器装置。它的内部集成了退饱和，检测和保护单元，当发生过电流时能快速反应，但慢速关断IGBT,并向外部电路给出故障信号。123调制方式3.1较高定子

6、频率下的分段同步调制目前高压大电流IGBT逆变器,关频率上限为IkHz,而逆变器的实际开关频率是由载波频率或者调制频率决定,我国动力分散型动车组和电力机车异步牵引电机额定的定子频率分别为120Hz和60Hz左右,如果采用载波频率恒定的异步调制,载波比将随着定子频率的升高从无穷大缩减到6-10,载波频率越高载波比的衰减越快,如果采用载波频率随定子比例增加的同步调制,则载波比一直保持恒定,而关频率不断升高,其升高的速度与载波比成正比。图3-1不同载波频率的异步调制与不同载波比的同步调制当定子频率上升到一定程度后(额定的30%),由式(3

7、-1)可知,M缩减到一定程度后,调制波的微小变化产生PWM脉冲的跳动,三相PWM输出的对称性变差,此时异步调制方式造成的正负半周不对称将不能忽略,为了使正负半周的脉冲相等,必须使得载波比固定,显然只有同步调制能够满足这样的要求,但是可知,随着定子基波频率的不断上升,逆变器的开关频率是不断升高的,载波比越大,上升的速率也越大,将很快达到关频率的上限,此时不得不降低载波比,将开关频率拉回到开关频率上限以下,如此反复,但是从工程实现的角度出发,不可能频繁的改变载波比,以时刻保持实际开关频率在上限附近,只能退而求其次采用分段同步调制技术,避

8、免了不同分频段的频繁切换,降低了工程实现难度。12图3-2电力牵引中的异步调制与分段调制3.2圆形磁链轨迹向多边形磁链轨迹间的过渡措施由于存在低、高速度区段,以及低、高速区段的不同控制系统,则产生低、高速区段之间的过渡问题,如果两者衔