Комплектный тяговый электропривод постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в высокочастотных зарядных устройствах и источниках питания с гальванической развязкой выходного напряжения для тягового электропривода аккумуляторных автомобилей. Техническим результатом является расширение функциональных свойств. Комплектный тяговый электропривод постоянного тока содержит силовой регулятор напряжения на полностью управляемых ключевых элементах и регулятор тока возбуждения тягового электродвигателя с независимой обмоткой возбуждения. Введение зарядного реле и двухобмоточного дросселя позволяет использовать одни и те же элементы для питания двенадцативольтового электрооборудования и подзарядки автомобильной аккумуляторной батареи во время движения, а также для обеспечения заряда тяговой аккумуляторной батареи с коэффициентом мощности, близким к единице, во время стоянки. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке высокочастотных зарядных устройств и источников питания с гальванической развязкой выходного напряжения для тягового электропривода аккумуляторных электромобилей.

Известно устройство, патент РФ 2101830, кл. H 02 J 7/10, Н 02 М 7/12, 1998 г. , в котором для зарядки тяговой аккумуляторной батареи используется высокочастотный полумостовой транзисторный преобразователь с гальванической развязкой выходного напряжения.

Недостатком этого устройства является отсутствие возможности осуществлять питание двенадцативольтового электрооборудования (фары, стеклоочиститель и т. п. ) и подзарядку автомобильной (12 В) аккумуляторной батареи во время движения электромобиля, т.е. его вынуждены возить просто как "балласт". Кроме того, это устройство не обеспечивает потребление электрической энергии из сети с коэффициентом мощности, близким к единице.

Наиболее близким техническим решением является устройство, патент РФ 2127200, кл. B 60 L 15/08, H 02 J 7/10, 1999 г., (прототип), в котором для зарядки тяговой аккумуляторной батареи электромобиля используется силовой преобразователь электропривода, причем с коэффициентом мощности, близким к единице.

Недостатком этого устройства является значительно завышенная установленная мощность ключевых элементов силового преобразователя. Это обусловлено тем, что в тяговом приводе при относительно небольшом напряжении (120 В) требуется коммутировать относительно большие токи (250 А), в то же время при заряде аккумуляторной батареи при относительно малом токе (не более 16 А) необходимо коммутировать сетевое напряжение (более 300 В), т.е. ключевые элементы должны выбираться на максимальный ток и максимальное напряжение, что существенно удорожает силовой преобразователь.

Еще одним недостатком рассматриваемого устройства является отсутствие блока, осуществляющего питание двенадцативольтового электрооборудования электромобиля (фары, стеклоочиститель и т.п.) и подзарядку автомобильной (12 В) аккумуляторной батареи.

Решение технической задачи направлено на расширение функциональных свойств.

Для решения поставленной технической задачи в комплектном тяговом электроприводе постоянного тока, содержащем тяговый электродвигатель, якорная обмотка которого через регулятор напряжения подключена к тяговой аккумуляторной батарее, а обмотка возбуждения через реверсор подключена к выходу регулятора тока возбуждения, выполненного в виде последовательно соединенных транзистора и диода, катод которого является плюсовой входной и выходной клеммой регулятора тока возбуждения, а эмиттер транзистора - его минусовой входной клеммой, при этом точка соединения коллектора транзистора и анода диода является минусовой выходной клеммой регулятора тока возбуждения, первичный выпрямитель с входным фильтром, подключенным к сетевому шнуру, плюсовая выходная клемма которого подключена к первому выводу первой обмотки дросселя, вторичный выпрямитель с выходным фильтром, дроссель выполнен двухобмоточным со второй обмоткой, подключенной ко входу вторичного выпрямителя, выход которого через первый и второй нормально замкнутые контакты зарядного реле подключен встречно с автомобильной аккумуляторной батареей, а через третий и четвертый нормально разомкнутые контакты подключен встречно с тяговой аккумуляторной батареей, которая, в свою очередь, подключена встречно к входным клеммам регулятора тока возбуждения, а через пятый и шестой нормально замкнутые контакты зарядного реле подключена встречно к плюсовой выходной клемме и минусовой выходной клемме первичного выпрямителя, при этом обмотка зарядного реле подключена ко входу первичного выпрямителя, а выходная минусовая клемма этого выпрямителя подключена, кроме того, к эмиттеру введенного транзистора, коллектор которого подключен ко второму выводу первой обмотки дросселя.

На чертеже схематично показано предлагаемое устройство.

Комплектный тяговый электропривод постоянного тока содержит тяговый электродвигатель 1, якорная обмотка которого через регулятор 2 напряжения подключена к тяговой аккумуляторной батарее 3, а обмотка возбуждения через реверсор 4 подключена к выходу регулятора 5 тока возбуждения, выполненного в виде последовательно соединенных транзистора 6 и диода 7, катод которого является плюсовой входной и выходной клеммой 8 регулятора 5 тока возбуждения, а эмиттер транзистора 6 - его минусовой входной клеммой 9, при этом точка соединения коллектора транзистора 6 и анода диода 7 является минусовой выходной клеммой 10 регулятора 5 тока возбуждения, первичный выпрямитель 11 с входным фильтром, подключенным к сетевому шнуру 12, плюсовая выходная клемма 13 которого подключена к первому выводу первой обмотки дросселя 14, вторичный выпрямитель 15 с выходным фильтром, при этом дроссель 14 выполнен двухобмоточным со второй обмоткой, подключенной ко входу вторичного выпрямителя 15, выход которого через первый 16 и второй 17 нормально замкнутые контакты зарядного реле 18 подключен встречно с автомобильной аккумуляторной батареей 19, а через третий 20 и четвертый 21 нормально разомкнутые контакты подключен встречно с тяговой аккумуляторной батареей 3, которая, в свою очередь, подключена встречно к входным клеммам регулятора 5 тока возбуждения, а через пятый 22 и шестой 23 нормально замкнутые контакты зарядного реле 18 подключена встречно к плюсовой выходной клемме 13 и минусовой выходной клемме 24 первичного выпрямителя 11, при этом обмотка зарядного реле 18 подключена ко входу первичного выпрямителя 11, а выходная минусовая клемма 24 этого выпрямителя подключена, кроме того, к эмиттеру введенного транзистора 25, коллектор которого подключен ко второму выводу первой обмотки дросселя 14.

Комплектный тяговый электропривод постоянного тока работает следующим образом. Регулирование тока в якорной обмотке тягового электродвигателя 1 во время движения осуществляется за счет включения-выключения управляемых ключевых элементов 26, 27 регулятора напряжения 2. На практике роль ключевых элементов 26, 27 выполняют или тиристоры с соответствующей системой коммутации, или силовые транзисторы. Ключевой элемент 26 служит для подключения якорной обмотки тягового электродвигателя 1 к тяговой аккумуляторной батарее 3, обеспечивая тем самым потребление энергии от тяговой аккумуляторной батареи 3 (режим движения), ключевой элемент 27 служит для периодического замыкания якорной обмотки тягового электродвигателя 1 в режиме импульсного торможения. Так как во время движения сетевой шнур 12 не подключен, то обмотка зарядного реле 18 обесточена и однотактный ключевой преобразователь 28, образованный транзистором 6, двухобмоточным дросселем 14 и вторичным выпрямителем 15, оказывается подключенным к тяговой аккумуляторной батарее 3. Периодическое высокочастотное включение-выключение введенного транзистора 25 обеспечивает подачу в первую обмотку двухобмоточного дросселя 14 импульсного тока, который во время выключенного состояния транзистора 25 индуцируется во второй обмотке, выпрямляется и фильтруется выходным фильтром вторичного выпрямителя 15, обеспечивая питание двенадцативольтового электрооборудования электромобиля (фары, стеклоочиститель и т.п.) и подзарядку автомобильной аккумуляторной батареи 19.

Во время стоянки, когда необходимо произвести заряд тяговой аккумуляторной батареи 3, включают сетевой шнур 12 в розетку, в результате чего на вход первичного выпрямителя 11 поступает сетевое напряжение (220 В), запитывая обмотку зарядного реле 18 и размыкая тем самым нормально замкнутые контакты 16, 17, 22, 23 и замыкая нормально разомкнутые контакты 20 и 21. При этом выпрямленное сетевое напряжение будет поступать на вход однотактного ключевого преобразователя 28 и амплитуда импульсного тока в первой, а следовательно, и во второй обмотке двухобмоточного дросселя 14 будет зависеть от мгновенного значения сетевого напряжения, обеспечивая тем самым потребление электрической энергии из сети с коэффициентом мощности, близким к единице, за счет фильтрации сетевого тока во входном фильтре первичного выпрямителя 11.

Таким образом, расширение функциональных свойств за счет введенных зарядного реле 18 и второй обмотки дросселя 14 позволило использовать одни и те же элементы для питания двенадцативольтового электрооборудования и подзарядки автомобильной аккумуляторной батареи во время движения, а также для обеспечения заряда тяговой аккумуляторной батареи с коэффициентом мощности, близким к единице, во время стоянки.

Применение заявляемого устройства в составе электромобилей АО "АВТОВАЗ" показало его высокую надежность и простоту в эксплуатации, а также, в сравнении с базовым объектом, позволило существенно улучшить стоимостные и массогабаритные показатели комплектного электропривода, а также упростить его компоновочное решение.

Применение заявляемого устройства не ограничено электромобилями с тяговыми аккумуляторными батареями и может быть использовано в автомобилях с гибридными энергоустановками и в различных электротехнических устройствах.

Формула изобретения

Комплектный тяговый электропривод постоянного тока, содержащий тяговый электродвигатель, якорная обмотка которого через регулятор напряжения подключена к тяговой аккумуляторной батарее, а обмотка возбуждения через реверсор подключена к выходу регулятора тока возбуждения, выполненного в виде последовательно соединенных транзистора и диода, катод которого является плюсовой входной и выходной клеммой регулятора тока возбуждения, а эмиттер транзистора - его минусовой входной клеммой, при этом точка соединения коллектора транзистора и анода диода является минусовой выходной клеммой регулятора тока возбуждения, первичный выпрямитель с входным фильтром, подключенным к сетевому шнуру, плюсовая выходная клемма которого подключена к первому выводу первой обмотки дросселя, вторичный выпрямитель с выходным фильтром, отличающийся тем, что дроссель выполнен двухобмоточным со второй обмоткой, подключенной ко входу вторичного выпрямителя, выход которого через первый и второй нормально замкнутые контакты зарядного реле подключен встречно с автомобильной аккумуляторной батареей, а через третий и четвертый нормально разомкнутые контакты подключен встречно с тяговой аккумуляторной батареей, которая подключена встречно к входным клеммам регулятора тока возбуждения, а через пятый и шестой нормально замкнутые контакты зарядного реле подключена встречно к плюсовой выходной клемме и минусовой выходной клемме первичного выпрямителя, при этом обмотка зарядного реле подключена ко входу первичного выпрямителя, а выходная минусовая клемма этого выпрямителя подключена к эмиттеру вновь введенного транзистора, коллектор которого подключен ко второму выводу первой обмотки дросселя.

РИСУНКИ

Рисунок 1