Тяговый электропривод постоянного тока

 

Использование: электромобили, преобразователи средней и большой мощности для тягового электропривода. Сущность изобретения: в состав электропривода входят преобразователь напряжения, тяговый электродвигатель постоянного тока, регулятор возбуждения, накопительный конденсатор, блок управления. Особенность данного электропривода заключается в реализации преобразователя напряжения, который содержит высокочастотный транзисторный ключ, два тиристорных ключа и три диода. Принятая схема преобразователя характеризуется простотой, но обеспечивает режимы работы тягового электродвигателя с независимым возбуждением при одновременном использовании энергии коммутационных потерь для питания обмотки возбуждения. 1 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке преобразователей средней и большой мощности, например для систем тягового электропривода электромобилей.

Известно устройство, заявка Франции N 2630274 кл. H 02 P 3/14, 7/298, B 60 L 7/22, 15/08, 1988, осуществляющее регулирование тягового двигателя постоянного тока в режиме движения и торможения.

Недостатком этого устройства является наличие электромеханических контактов в якорной цепи и наличие отдельного источника для питания обмотки возбуждения.

Наиболее близким техническим решением является устройство, авт.св. N 1799752, B 60 L 15/08, 1993, в котором обмотка возбуждения запитана от конденсатора, аккумулирующего коммутационные потери.

Недостатком этого устройства является наличие двух высокочастотных транзисторов и диодов, что практически почти вдвое завышает стоимость силового преобразователя. Объясняется это тем, что одним из основных требований предъявляемых к потребительским качествам легковых электромобилей является бесшумность работы электропривода, что в свою очередь обуславливает работу силового преобразователя на частотах выше 20 кГц. Учитывая, что величина якорного тока, например для электромобилей ВАЗ, составляет 250 А, то решить поставленную задачу можно только за счет использования транзисторных сборок на маломощных высокочастотных транзисторах, соединенных параллельно, а это означает, что они должны быть подобраны по параметрам, т.е. общее количество транзисторов, используемых для изготовления одного преобразователя, резко возрастает, что и обуславливает их высокую стоимость.

Целью изобретения является упрощение силового преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в известном тяговом электроприводе постоянного тока, содержащем силовой преобразователь, подключенный к источнику напряжения через двухполюсный контактор, тяговой электродвигатель постоянного тока с независимым возбуждением, обмотка возбуждения которого через регулятор возбуждения, содержащий реверсор, подключена параллельно накопительному конденсатору, первый вывод которого через блокирующий диод, включенный согласно с источником напряжения, и первый полюс контактора подключен к положительному выводу источника напряжения, а второй вывод накопительного конденсатора через второй полюс контактора подключен к отрицательному выводу источника напряжения, первый вывод тягового электродвигателя подключен к точке соединения катода первого диода и анода второго диода, а второй вывод тягового электродвигателя подключен к точке соединения катода первого тиристора и анода второго тиристора и анода второго тиристора, при этом катод второго диода через первый полюс контактора подключен к положительному выводу источника напряжения, катод второго тиристора через второй полюс контактора подключен к отрицательному выводу источника напряжения, а аноды первого диода и тиристора подключены к выходу силового преобразователя, причем последний выполнен на базе высокочастотного транзистора, коллектор которого через первый полюс контактора подключен к положительному выводу источника напряжения, и высокочастотного диода, анод которого через второй полюс контактора подключен к отрицательному выводу источника напряжения, а точка соединения эмиттера высокочастотного транзистора с катодом высокочастотного диода является выходом силового преобразователя.

На чертеже приведена схема электропривода.

Тяговый электропривод постоянного тока содержит силовой преобразователь 1, подключенный к источнику 2 напряжения через двухполюсный контактор 3, тяговый электродвигатель 4 постоянного тока с независимым возбуждением, обмотка возбуждения которого через регулятор 5 возбуждения, содержащий реверсор 6, подключена параллельно накопительному конденсатору 7, первый вывод которого через блокирующий диод 8, включенный согласно с источником 2 напряжения, и первый полюс контактора 3 подключен к положительному выводу источника 2 напряжения, а второй вывод накопительного конденсатора 7 через второй полюс контактора 3 подключен к отрицательному выводу источника 2 напряжения, при этом первый вывод тягового электродвигателя 4 подключен к точке соединения катода первого диода 3 и анода второго диода 10, а второй диод тягового электродвигателя 4 подключен к точке соединения катода первого тиристора 11 и анода второго тиристора 12, при этом катод второго диода 10 через первый полюс контактора 3 подключен к положительному выводу источника 2 напряжения, катод второго тиристора 12, через второй полюс контактора 3 подключен к отрицательному выводу источника 2 напряжения, а аноды первого диода 9 и тиристора 11 подключены к выходе силового преобразователя 1, причем последний выполнен на базе высокочастотного транзистора 13, коллектор которого через первый полюс контактора 3 подключен к положительному выводу источника 2 напряжения, и высокочастотного диода 14, анод которого через второй полюс контактора 3 подключен к отрицательному выводу источника 2 напряжения, а точка соединения эмиттера высокочастотного транзистора 13 с катодом высокочастотного диода 14 является входом силового преобразователя.

Работает схема следующим образом. В режиме движения блок 15 систему управления (БСУ) формирует сигналы управления U1, U2, U4, U5 и U6, при этом во время включенного состояния высокочастотного транзистора 13 ток протекает по цепи: положительный вывод источника 2 напряжения первый полюс контактора 3 - высокочастотный транзистор 13 первый диод 9 якорь электродвигателя 4 - второй тиристор 12 второй полюс контактора 3 отрицательный вывод источника 2 напряжения, а во время включенного состояния высокочастотного транзистора 13 ток протекает по цепи: высокочастотный диод 14 первый диод 9 якорь электродвигателя 4 второй тиристор 12.

В режиме торможения БСУ формирует сигнал управления U1, U2, U3, U5 и U6, при этом во время включенного состояния высокочастотного транзистора 13 ток протекает по цепи: высокочастотный транзистор 13 первый тиристор 11 якорь электродвигателя 4 второй диод 10, а во время выключенного состояния высокочастотного транзистора 13 ток протекает по цепи: высокочастотный диод 14 первый тиристор 11 якорь электродвигателя 4 второй диод 10 первый полюс контактора 3 положительный вывод источника 2 напряжения - отрицательный вывод источника 2 напряжения второй полюс контактора 3.

Для защиты силового преобразователя 1 от импульсов перенапряжений к его входным клеммам через блокирующий диод 8 подключен накопительный конденсатор 7, параллельно которому подключен питающий вход регулятора 5 возбуждения тягового электродвигателя 4. В моменты включения и выключения высокочастотного транзистора 13 на выходных клеммах силового преобразователя формируются импульсы перенапряжений, обусловленные наличием паразитной (внутренней) индуктивности источника 2 напряжения и подводящих проводов. Для уменьшения амплитуды этих импульсов служит накопительный конденсатор 7, отделенный от источника 2 напряжения высокочастотным блокирующим диодом 8. Поэтому энергия коммутационных потерь накапливается в конденсаторе 8 и поступает через регулятор 5 в обмотку возбуждения тягового электродвигателя 4, что повышает энергетические показатели электропривода.

Таким образом в данном устройстве, несмотря на наличие всего одного высокочастотного силового транзистора и диода, обеспечиваются все режимы работы тягового электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением при одновременном использовании энергии коммутационных потерь для питания обмотки возбуждения.

Формула изобретения

Тяговый электропривод постоянного тока, содержащий силовой преобразователь напряжения, выполненный с двумя тиристорными ключами и двумя диодами и соединенный с источником питания через двухполюсный контактор, тяговый электродвигатель постоянного тока, обмотка независимого возбуждения которого подключена через выполненный с реверсором регулятор возбуждения к накопительному конденсатору, включенному через блокирующий диод между питающими шинами преобразователя напряжения, блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами контактора, тиристорных ключей преобразователя напряжения, регулирующего органа и реверсора регулятора возбуждения, отличающийся тем, что между питающими шинами преобразователя напряжения включены встречно-последовательно коллектор-эмиттерный переход высокочастотного транзисторного ключа и третий диод, с которыми встречно-параллельно соединены цепи из последовательно включенных соответственно других диодов и тиристорных ключей, при этом якорная обмотка тягового электродвигателя подключена к средним выводам указанных цепей, а дополнительный выход блока управления соединен с управляющим входом транзисторного ключа.

РИСУНКИ

Рисунок 1