Комплектный тяговый электропривод постоянного тока

 

Изобретение относится к системам тягового электропривода постоянного тока аккумуляторных электромобилей. В предложенном тяговом электроприводе силовой преобразователь содержит два последовательно соединенных управляющих ключевых элемента, зашунтированных во встречных направлениях возвратными диодами. К клеммам преобразователя подключены последовательно соединенные накопительные конденсаторы. Использование контактора с тремя замыкающими силовыми контактами и одним размыкающим блок-контактом позволяет использовать силовой преобразователь напряжения для заряда тяговой аккумуляторной батареи, что существенно улучшает массогабаритные показатели комплектного тягового электропривода постоянного тока. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке преобразователей средней и большой мощности, а также высокочастотных зарядных устройств и источников питания с гальванической развязкой выходного напряжения.

Известно устройство (заявка N 96110066 кл. H 02 J 7/10, H 02 M 7/12 приоритет от 21.05.96), осуществляющее заряд аккумуляторной батареи стабилизированным током с последующим переходом в режим стабилизации напряжения.

Недостатком этого устройства является отсутствие возможности управления тяговым электродвигателем после окончания заряда аккумуляторной батареи.

Наиболее близким техническим решением является устройство, а. с. N 1799752, B 60 L 15/08, 1993, обеспечивающее управление тяговым электродвигателем постоянного тока.

Недостатком этого устройства является отсутствие возможности осуществлять заряд аккумуляторной батареи с коэффициентом мощности близким к единице во время стоянки электромобиля.

Целью изобретения является расширение функциональных свойств.

Указанная цель достигается тем, что в комплектном тяговом электроприводе постоянного тока силовой преобразователь напряжения подключен плюсовой и минусовой входными клеммами соответственно через первый и второй силовые нормально разомкнутые контакты контактора к тяговой аккумуляторной батарее, а плюсовой выходной клеммой - к плюсовому выводу якорной обмотки тягового электродвигателя и выполнен на двух последовательно соединенных полностью управляемых ключевых элементах, зашунтированных во встречном направлении возвратными диодами и подключенных согласно с тяговой аккумуляторной батареей, регулятор тока возбуждения тягового электродвигателя минусовой входной клеммой подключен к минусовой входной клемме силового преобразователя напряжения и к первому выводу первого конденсатора, причем плюсовая входная клемма регулятора тока возбуждения подключена к плюсовой входной клемме силового преобразователя напряжения, а второй вывод первого конденсатора подключен к плюсовой входной клемме силового преобразователя напряжения через второй конденсатор, при этом общая точка соединения первого и второго конденсаторов через нормально замкнутый блок-контакт контактора подключена к первому выводу первичной обмотки высокочастотного трансформатора, а ее второй вывод подключен к плюсовой выходной клемме силового преобразователя напряжения, причем минусовой вывод якорной обмотки электродвигателя подключен к минусовой выходной клемме силового преобразователя напряжения через третий силовой нормально разомкнутый контакт контактора, а вторичная обмотка высокочастотного трансформатора через вторичный выпрямитель с выходным фильтром подключена к тяговой аккумуляторной батарее, при этом регулятора тока возбуждения выполнен из последовательно соединенных транзистора и диода, катод которого является плюсовой входной клеммой регулятора тока возбуждения, а эмиттер транзистора его минусовой входной клеммой, подключенной кроме того к минусовой выходной клемме первичного выпрямителя, плюсовая выходная клемма которого подключена через дроссель к точке соединения коллектора транзистора, анода диода и первой входной клеммы релейного реверсора, вторая входная клемма которого подключена к катоду диода, а обе выходные клеммы релейного реверсора (19) подключены к клеммам обмотки возбуждения тягового электродвигателя, при этом первичный выпрямитель с входным фильтром подключен к сетевому шнуру.

На чертеже приведена схема электропривода, поясняющая работу устройства.

Комплектный тяговый электропривод постоянного тока содержит силовой преобразователь (1) напряжения, подключенный плюсовой и минусовой входными клеммами соответственно через первый и второй силовые нормально разомкнутые контакты контактора (2) к тяговой аккумуляторной батарее (3), а плюсовой выходной клеммой - к плюсовому выводу якорной обмотки тягового электродвигателя (4) и выполненный на двух последовательно соединенных полностью управляемых ключевых элементах (5, 6), зашунтированных во встречном направлении возвратными диодами (7, 8) и подключенных согласно с тяговой аккумуляторной батареей (3), регулятор (9) тока возбуждения тягового электродвигателя (4), минусовая входная клемма которого подключена к минусовой входной клемме силового преобразователя (1) напряжения и к первому выводу первого конденсатора (10), причем плюсовая входная клемма регулятора (9) тока возбуждения подключена к плюсовой входной клемме силового преобразователя (1) напряжения, а второй вывод первого конденсатора (10) подключен к плюсовой входной клемме силового преобразователя (1) напряжения через второй конденсатор (11), при этом общая точка соединения первого и второго конденсаторов (10, 11) через нормально замкнутый блок-контакт (12) контактора (2) подключена к первому выводу первичной обмотки высокочастотного трансформатора (13), а ее второй вывод подключен к плюсовой выходной клемме силового преобразователя (1) напряжения, причем минусовой вывод якорной обмотки электродвигателя (4) подключен к минусовой выходной клемме силового преобразователя (1) напряжения через третий силовой нормально разомкнутый контакт контактора (2), а вторичная обмотка высокочастотного трансформатора (13) через вторичный выпрямитель (14) с выходным фильтром подключена к тяговой аккумуляторной батарее (3), при этом регулятор (9) тока возбуждения выполнен из последовательно соединенных транзистора (15) и диода (16), катод которого является плюсовой входной клеммой регулятора (9) тока возбуждения, а эмиттер транзистора (15) его минусовой входной клеммой, подключенной кроме того к минусовой выходной клемме первичного выпрямителя (17), плюсовая выходная клемма которого подключена через дроссель (18) к точке соединения коллектора транзистора (15), анода диода (16) и первой входной клеммы релейного реверсора (19), вторая входная клемма которого подключена к катоду диода (16), а обе выходные клеммы релейного реверсора (19) подключены к клеммам обмотки возбуждения тягового электродвигателя (4), при этом первичный выпрямитель (17) с входным фильтром подключен к сетевому шнуру (20).

Работа схемы происходит следующим образом. Регулирование тока в якорной обмотке тягового электродвигателя (4) во время движения осуществляется за счет включения-выключения управляющих ключевых элементов (5, 6) силового преобразователя (1). На практике роль ключевых элементов (5, 6) выполняют или тиристоры с соответствующей системой коммутации, или силовые транзисторы, или двухоперационные тиристоры, одностороннюю проводимость которых отражают диоды, введенные в состав ключевых элементов (5, 6) и включенные последовательно с управляемыми переключателями. Ключевые элементы (5, 6) находятся в проводящем состоянии при наличии "1" на управляющем входе и в разомкнутом состоянии при наличии "0" на управляющем входе. Нагрузкой силового преобразователя (1) является якорная обмотка тягового электродвигателя (4). Ключевой элемент (5) служит для подключения якорной обмотки тягового электродвигателя (4) к тяговой аккумуляторной батарее (3), обеспечивая тем самым потребление энергии от аккумуляторной батареи (3) (режим движения). Ключевой элемент (6) служит для замыкания якорной обмотки тягового электродвигателя (4) в режиме импульсного торможения. Для защиты силового преобразователя (1) от импульсов перенапряжений к его входным клеммам подключены накопительные конденсаторы (10, 11), параллельно которым подключен питающий вход регулятора (9) тока возбуждения тягового электродвигателя (4).

Во время движения все силовые контакты контактора (2) замкнуты, а блок-контакт (12) разомкнут, т.о. силовой преобразователь (1) оказывается подключенным плюсовой и минусовой входными клеммами к тяговой аккумуляторной батарее (3), а плюсовой и минусовой выходными клеммами - к якорной обмотке тягового электродвигателя (4).

В моменты включения и выключения ключевых элементов (5, 6) на выходных клеммах силового преобразователя (1) формируются импульсы перенапряжений, обусловленные наличием паразитной (внутренней) индуктивности тяговой аккумуляторной батареи (3) и подводящих проводов. Для уменьшения амплитуды этих импульсов и служат накопительные конденсаторы (10, 11). Энергия коммутационных потерь накапливается в конденсаторах (10, 11) и поступает через регулятор (9) в обмотку возбуждения тягового электродвигателя (4), что снижает энергопотребление.

Во время стоянки все силовые контакты контактора (2) разомкнуты, а блок-контакт (12) замкнут, т. о. силовой преобразователь (1) оказывается отключенным от тяговой аккумуляторной батареи (3), а минусовой вывод якорной обмотки электродвигателя (4) - от минусовой выходной клеммы силового преобразователя (1). Если сетевой шнур (20) будет подключен в сеть, то через первичный выпрямитель (17), дроссель (18) и регулятор (9) выпрямленное сетевое напряжение будет поступать на входные клеммы силового преобразователя (1), который вместе с накопительными конденсаторами (10, 11), первичной обмоткой высокочастотного трансформатора (13) и нормально замкнутым блок-контактом (12) контактора (2) образуют полумостовой преобразователь для заряда тяговой аккумуляторной батареи (3). При соответствующем управлении транзистор (15), диод (16) и дроссель (18) образуют так называемый активный фильтр, обеспечивающий потребление электрической энергии с коэффициентом мощности близким к единице.

Таким образом, расширение функциональных свойств за счет использование силового преобразователя напряжения и регулятор тока возбуждения для заряда тяговой аккумуляторной батареи с коэффициентом мощности близким к единице позволяет существенно улучшить массогабаритные показатели комплектного тягового электропривода постоянного тока.

Применение заявляемого устройства в составе электромобилей Волжского автозавода показало его высокую надежность в эксплуатации, а также, в сравнении с базовым объектом, позволило существенно улучшить массогабаритные показатели комплектного тягового электропривода постоянного тока, а также упростить его компоновочное решение. Кроме того, устройство отличается простотой и удобством обслуживания в эксплуатации.

Применение заявляемого устройства не ограничено электромобилем и возможно в самых различных электротехнических установках.

Формула изобретения

Комплектный тяговый электропривод постоянного тока, содержащий силовой преобразователь напряжения, подключенный плюсовой и минусовой входными клеммами соответственно через первый и второй силовые нормально разомкнутые контакты контактора к тяговой аккумуляторной батарее, а плюсовой выходной клеммой - к плюсовому выводу якорной обмотки тягового электродвигателя и выполненный на двух последовательно соединенных полностью управляемых ключевых элементах, зашунтированных во встречном направлении возвратными диодами и подключенных согласно с тяговой аккумуляторной батареей, регулярно тока возбуждения тягового электродвигателя, минусовая входная клемма которого подключена к минусовой входной клемме силового преобразователя напряжения и к первому выводу первого конденсатора, отличающийся тем, что плюсовая входная клемма регулятора тока возбуждения подключена к плюсовой входной клемме силового преобразователя напряжения, а второй вывод первого конденсатора подключен к плюсовому входной клемме силового преобразователя напряжения через второй конденсатор, при этом общая точка соединения первого и второго конденсаторов через нормально замкнутый блок-контакт контактора подключена к перво- му выводу первичной обмотки высокочастотного трансформатора, а ее второй вывод подключен к плюсовой выходной клемме силового преобразователя напряжения, причем минусовой вывод якорной обмотки электродвигателя подключен к минусовой выходной клемме силового преобразователя напряжения через третий силовой нормально разомкнутый контакт контактора, а вторичная обмотка высокочастотного трансформатора через вторичный выпрямитель с выходным фильтром подключена к тяговой аккумуляторной батарее, при этом регулятор тока возбуждения выполнен из последовательно соединенных транзистора и диода, катод которого является плюсовой входной клеммой регулятора тока возбуждения, а эмиттер транзистора - его минусовой входной клеммой, подключенной, кроме того, к минусовой выходной клемме первичного выпрямителя, плюсовая выходная клемма которого подключена через дроссель к точке соединения коллектора транзистора, анода диода и первой входной клеммы релейного реверсора, вторая входная клемма которого подключена к катоду диода, а обе выходные клеммы релейного реверсора подключены к клеммам обмотки возбуждения тягового электродвигателя, при этом первичный выпрямитель с входным фильтром подключен к сетевому шнуру.

РИСУНКИ

Рисунок 1