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1、第四章 电力牵引交流传动控制,总论：,交流传动的控制技术，从实质上说就是交流电动机的调速技术，是现代列车控制的核心。 现代列车控制是由挂在列车通信网络上的多微机系统来实现的，包括电动车组中和中间车辆上的微机系统。他们通过列车总线相互交换信息和数据。 交流传动控制装置也是用这种方式获得所需要的指令和状态反馈信息，并发送控制信号。,6.1 电力牵引控制系统的分级管理与功能配置,由动车组和中间车辆组成的列车，需要生成、处理大量不同类型的信息，包括列车运动的过程信息和用于服务目的的信息。电子控制系统实现信息的生成与处理，并通过列车通信网络传播。 建立具有明确接口的分级管理和功能模块，有力于增强电子控制
2、系统的适应性和灵活性，使得能够快捷的、经济的满足客户的不同要求。,概述,由交流传动的电动车组的电子控制系统一般可以分为： 列车级控制 动车级控制 传动级控制 形成三级控制格局,一、电力牵引电子控制系统的分级管理模式,电力牵引控制系统分级管理,一、电力牵引电子控制系统的分级管理模式,1、列车级控制 列车级控制涉及与整个列车有关的给定值和控制变量。在多动力车的电动车组中，从司机室发出的控制指令，通过列车控制级处理后传送到其他动车中，实现统一指挥。 列车控制装置的输入来自司机台，包括运行状态指令：牵引或制动、前进或后退及速度或牵引力给定值。在多机重联的情况下，列车级控制保证各动力单元的负载均匀分配。
3、,一、电力牵引电子控制系统的分级管理模式,2、动车级控制 这一级控制涉及车辆正常、有效运行的所有功能。动车控制级的主要任务： 优化粘着控制 分配制动力 对牵引力和制动力进行进一步处理后发送给传动级控制装置,一、电力牵引电子控制系统的分级管理模式,2、动车级控制 还具有以下功能： 限制冲击，提高运行舒适性 监视主要设备的过电流、过电压、欠电压、过热，必要时切断主断路器 限制一次电流，防止接触网不稳定 对所测量的实际值（如电压、电流、速度、制动压力等）进行处理,一、电力牵引电子控制系统的分级管理模式,3、传动级控制 传动级控制实现对每个动力单元的开环和闭环控制，包括电动机的调节和变流器的控制，从而
4、保证提供合适的牵引力和速度。 尽管在电动机调节方面存在各种各样的策略，脉宽调制技术也不相同，但传动级控制总包括一些基本功能。,一、电力牵引电子控制系统的分级管理模式,3、传动级控制 基本功能： 电动机调节（矢量控制、直接转矩控制、转差控制），空转与滑行保护或粘着优化利用 电动机侧逆变器的控制 变流器回路的监视与保护 整个传动单元的故障检测与诊断,二、电力牵引电子控制装置的功能组与模块化设计,在交流传动电动车组的电子控制装置中，按照功能划分模块，即方便制造，也方便本身电路设计和系统集成。 在采用模拟器件的情况下，功能组是放置在一个机箱中的若干个分功能插件板按一定逻辑相连的体系，但随着集成电路和微
5、处理器的应用，每个功能组可以被压缩成一个插件板。,二、电力牵引电子控制系统的分级管理模式,1、牵引/制动控制功能组 该功能组处理来自司机台的指令，并使其成为相应动力单元的基本控制指令，使其成为相应动力单元的基本控制指令。 该功能组包括生成牵引或制动工况的牵引/制动逻辑和运行方向逻辑；此外牵引力给定装置把司机控制器的指令加以处理，变成给定牵引力或给定制动力。,二、电力牵引电子控制系统的分级管理模式,2、输入/输出功能组 该功能组包括模拟量输入/输出口、数字输入/输出口。 该功能组是一种泛指，大多是数字型、模拟型或其他类型的I/O插件板，安装在各级控制装置中。多个功能组可以通过各种总线进行通信。,
6、二、电力牵引电子控制系统的分级管理模式,3、解锁功能组 该功能组主要任务是根据司机指令和反馈的运行状态信息、诊断信息，为开关设备和变流装器的开通发放“许可证”。 在微机处理控制装置的情况下，解锁功能组的任务可能分解，并通过相关的软件逻辑来加以实现。,二、电力牵引电子控制系统的分级管理模式,4、电动机控制给定值处理功能组 该功能组主要负责把上一级控制装置的牵引力或制动力给定值处理成为电机闭环控制用的给定转矩值。 5、电动机与逆变器控制功能组 该功能组主要包括电动机的闭环控制和逆变器的PWM控制两部分。,二、电力牵引电子控制系统的分级管理模式,6、防空转/打滑或粘着控制功能组 该功能组通过轮/轨接
7、触传递的牵引力或制动力的大小，与动车重量、粘着系数以及转矩的特性有关。 在给定牵引力或制动力时，这个功能组的主要任务是能够在没有司机干预的前提下，自行按照最大粘着所决定的牵引力或制动力运行。,一、VCU系统,VCU属于SIBAS32设备系列（SIBAS32:西门子铁路自动化系统，使用32位数技术），广泛应用于铁路车辆。 控制功能分为2组： CCF：中央控制功能（ Central control functions） TCF：牵引控制功能（ Traction control functions）,一、VCU系统,1、CCF连接的子系统有： Sibas KLIP；Sibas Compact I/O
8、 BECU；TCF；HVAC controls Master Door Control Units Auxiliary inverter；PA/PI Sytem Drivers Display；ICU Inver control unit,一、VCU系统(D#!),1、CCF功能 1）驱动制动功能： 通过驱动器启动的驱动模式来定义目标速度和最大加速度； 输入驱动器或ATO系统传来的参考数值，为4个TCF中的每一个构建和分配驱动制动设定值； 将驱动器或ATO系统传来的参考值分配到6个BECU； 定义适用摩擦值；通过闭环控制器来控制加速度； 通过速度控制器控制最大速度； 列车停车时将电制动和电空制
9、动同步；如有必要，监控速度，并执行紧急制动。,一、VCU系统,1、CCF功能 2）空气制动功能 监控并诊断主风缸压力状态. 当泵压处于7bar至9bar之间时，控制两个空气压缩机；对两个空气压缩机实行交替运行； 监控并诊断每台车上风缸压力的适用性； 监控并诊断停车制动； 监控并诊断制动风缸压力状态；,一、VCU系统,1、CCF功能 3）总体列车功能： 监控并诊断受电弓状态；监控并诊断闸刀开关状态； 监控并诊断辅助逆变器状态； 控制并诊断车门系统、车门开关指令的构建； 控制并诊断HVAC系统；控制乘客车厢照明； 如果出现欠压，监控并诊断蓄电池； 控制并诊断司机室/主开关状态； 如果活性主VCU出
10、现故障，控制其主要变化；监控司机室内的旁通开关；支持PA/PI子系统。,一、VCU系统,1、CCF功能 4）控制司机室内的司机显示屏 发送故障和信息； 控制状态和处理数值； 从活性显示器处接收按钮指令。,一、VCU系统,1、CCF功能 5）诊断功能 储存从CCF控制功能传来的所有单个故障； 储存从子系统传来的评估后的故障状态； 储存从子系统传来的单个故障； 诊断MVB总线； 自我诊断自身VCU硬件。,一、VCU系统,2、TCF功能包括： 根据驱动器/ATO的要求执行驱动和电制动控制； 急停限制，以获得平稳的乘车舒适性； 自动车轮防空转/防滑保护 与TCF相关的诊断存储器； 高速断路器的开启和关
11、闭 调试和维护支持,一、VCU系统,3、ICU系统(B302) 控制、监测和保护车体驱动的变流部分，逆变器控制单元为模块化设计。其功能由若干功能模块执行。逆变器控制单元包括下列基本特征： 功能模块的模块化设计； 集成诊断系统，为故障状态下的驱动状况提供调试维护和故障清除以及记录等协助工作； 通过诊断接口读取故障存储器信息，并使用任何IBM手提电脑上的维护应用软件； 使用高密度集成电路，比如高性能微处理器和编程电路。,一、VCU系统,4、DCU系统 车门控制单元（DCU）包括内部电源，微控制器和程序存储器。 微控制器驱动车门电机，并控制电机转矩，电机电流和速度。每个车门均由单独的车门控制单元（D
12、CU）控制。车端起始的头两个车门的两个控制器处，安装了主卡（DCU-M），用以通过多功能车辆总线实现与对应微处理器和其它卡的信息交换。其中一个DCU-M执行与VCU的通讯任务。另一个为主冗余器，在一个DCU-M发生故障时承担主要功能。无主卡（DCU-S）的控制器能通过RS485接口与DCU-M通讯。,车门控制器原理框图,一、VCU系统,5、BECU系统 微处理器制动控制单元控制空气制动。能主动（常用制动）或被动（停车制动）地控制空气制动系统。主动和被动空气制动器各自独立操作，不能同时进行，因此可避免制动过量。 主动空气制动由安装在每台车上的制动电子控制单元进行无极调控。,一、VCU系统,5、BECU系统 负载信号：通过MVB传递。信号的更改只在静止状态下进行评估。如果传感器出现故障，将使用负载信号（比如AW2）的预定缺省值。 防滑保护：使用了两种独立的防滑控制系统，一种用于电制动，一种用于空气制动。一种防滑控制系统安装在VCU的TCF中，控制每台车上的电制动打滑。当制动时出现打滑时，制动力将降低，直至无法检测到打滑。另一个防滑控制系统控制每根轴的电空制动，并包含在BECU中。每根轴上由于轮滑控制而出现的持续制动减少率不应超过5秒。,
