Многоосевой преобразователь электропривода
Владельцы патента RU 2667482:
Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "ИНКАР-М" (RU)
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в многодвигательном электротранспортном средстве, например в кресло-коляске, трецикле, электромобиле. Техническим результатом является улучшение массогабаритных и энергетических показателей. Многоосевой преобразователь электропривода электротранспортного средства для двух и более числа трехфазных синхронных двигателей с возбуждением от постоянных магнитов, в том числе и обращенной конструкции (мотор-колесо) содержит усилители мощности, например транзисторные по числу осей (два или более), предварительные усилители (драйверы) по числу осей. ШИМ-управление указанными каналами производится одним микропроцессором, общим для всех осей; фазы несущего сигнала ШИМ-управления каналами смещены на интервал, определяемый периодом управления, деленным на число осей. 5 ил.
Предлагаемое изобретение многоосевой преобразователь электропривода относится к электротехнике, в частности к области автоматизированного электропривода и преобразовательной техники и может быть использовано в многодвигательном электротранспортном средстве для управления двумя и более тяговыми электродвигателями, питаемыми от одного, обычно автономного источника питания. Предлагаемое изобретение также может быть применено в кресле-коляске для людей с ограниченными возможностями в части передвижения; трицикле; электромобиле с раздельными электроприводами ведущих колес; при питании электроприводов различных осей от одного общего источника питания.
Известен многоосевой преобразователь электропривода раскрытый в патенте РФ №2413635, опубл. 10.03.2011 и содержит автономный источник питания, два или четыре реверсивных преобразователя для регулирования скорости (момента) приводных электродвигателей; датчик поворота руля и систему управления верхнего уровня (СУВУ), причем упомянутые органы задания моментов движения и торможения и переключатель выбора режима подключены к входам СУВУ, а выходы СУВУ подключены к управляющим входам реверсивных преобразователей, которые выполнены обратимыми, с раздельным заданием уровня ограничения тока в двигательном и тормозном режимах, т.е. с раздельным заданием двигательного и тормозного моментов; кроме того, ко входам СУВУ подключены также выходы реверсивных преобразователей, несущие информацию о токе и скорости приводных электродвигателей, и СУВУ осуществляет формирование задания скорости (момента) приводных электродвигателей с учетом положения руля и педалей газа и тормоза. См. фиг. 1 описания прототипа к патенту RU №2513360, опубл. 20.04.2014. Недостатком этого решения является возможность неравномерной загрузки ведущих колес и невозможность обеспечить требуемое распределение нагрузки в контуре скорости.
Известен, принятый за прототип, многоосевой преобразователь электропривода содержащий силовой источник питания, как минимум два приводных электродвигателя, связанных с колесами электротранспортного средства, и как минимум два реверсивных преобразователя (ПР) для регулирования скорости и момента указанных двигателей Преобразователи потребляют от силовых источников питания (СИП) или отдают при торможении (рекуперация) импульсный ток (что связано с импульсным характером преобразования энергии в ПР) с частотой, кратной несущей частоте преобразования в ПР. При этом, даже при полной идентичности ПР, сдвиг передних фронтов импульсных токов ПР может составлять от нуля до половины периода и является величиной совершенно случайной (имеет случайный характер). Указанное обстоятельство является недостатком известного решения. С точки зрения оптимальной загрузки СИП нулевой сдвиг обуславливает наихудший режим, т.к. при этом амплитуда потребляемого импульсного тока практически удваивается, а частота импульсного потребляемого тока СИП равна частоте тока потребления ПР. Наилучший режим имеет место при сдвиге, обеспечивающем равномерное распределение фронтов импульсных токов ПР в пределах одного периода преобразования. См. описание к патенту RU №2513360, опубл. 20.04.2014. Для двухдвигательного электротранспортного средства сдвиг составит половину периода, для четырехдвигательного - четверть периода. При наличии равномерного сдвига токов потребления ПР амплитуда потребляемого тока СИП при малых и средних нагрузках изменяется слабо, а частота тока СИП становится выше частоты тока потребления ПР. Недостатком является наличие повышенной амплитуды пульсаций и пониженной частоты тока СИП. Это обстоятельство обуславливает необходимость увеличивать емкость (соответственно габариты и стоимость) конденсаторов силового фильтра СИП.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности регулирования электропривода электротранспортного средства, для двух и более числа трехфазных синхронных двигателей, с возбуждением от постоянных магнитов.
Технический результат изобретения заключается в улучшение эксплуатационных характеристик преобразователя многодвигательного электротранспортного средства, таких как массогабаритные показатели ПР (снижение потерь).
Данная цель достигается тем, что многоосевой преобразователь электропривода для двух и более числа трехфазных синхронных двигателей, в том числе и с возбуждением от постоянных магнитов, в том числе и обращенной конструкции (мотор-колес), содержащий усилители мощности, например транзисторные по числу осей (два или более), предварительные усилители (драйвера), по числу осей, имеет ШИМ-управление указанными каналами производится одним микропроцессором, общим для всех осей.
При этом многоосевой преобразователь электропривода для улучшения массогабаритных и энергетических показателей фазы несущего сигнала ШИМ-управления каналами смещают на интервал, определяемый периодом управления, деленным на число осей.
На фиг. 1 представлена структурная схема многоосевого преобразователя электропривода в составе многодвигательного электротранспортного средства (на примере двух осей).
На фиг. 2 представлены графики токов потребления УМ и СИП при скважности менее 0,5 в исходном устройстве.
На фиг. 3 представлены графики токов потребления УМ и СИП при скважности более 0,5 в исходном устройстве.
На фиг. 4 представлены графики токов потребления УМ и СИП при скважности менее 0,5 в предлагаемом устройстве.
На фиг. 5 представлены графики токов потребления УМ и СИП при скважности более 0,5 в предлагаемом устройстве.
Многоосевой преобразователь электропривода (ПР) 1 содержит два транзисторных усилителя мощности (УМ1) 2 и (УМ2) 3, выходы которых подключены к электродвигателям (ЭД1) 4 и (ЭД2) 5, связанным с ведущими колесами электротранспортного средства. Управляющие входы (УМ1) 2 и (УМ2) 3 подключены к выходам промежуточных усилителей (ПУ1) 6 и (ПУ1) 7. Микропроцессорный блок (МП) 8 один общий для обоих усилителей мощности 2 и 3, запитанных от общего силового источника (СИП) 9. На входы МП 8 поступают сигналы от датчиков тока (ДТ1) 10 и (ДТ2) 11, датчиков положения ротора (ДПР1) 12 и (ДПР2) 13, задатчиков скорости и моментов (ЭД1) 4 и (ЭД2) 5, датчиков температуры (на схеме не показаны) и т.п.
Рассмотрим взаимодействие УМ и СИП в исходном устройстве, при нулевом сдвиге фаз передних фронтов управляющих импульсов УМ. Для простоты изложения рассмотрим управление мостовым каскадом УМ с двигателем постоянного тока. При скважности менее 0,5 и более 0,5 ток IСИП (Рис. 2.а и б) по амплитуде практически удваивается при той же частоте. В предлагаемом устройстве при скважности 0,5 (Рис. 3,а) амплитуда тока IСИП не меняется и соответствует амплитуде токов каналов I1 и I2, а частота в два раза выше. При скважности более 0,5 в токе СИП появляется постоянная составляющая (Рис. 3,б), а амплитуда импульсной составляющей соответствует амплитуде токов каналов (I1 или I2) при удвоенной частоте. Таким образом, применение общего микропроцессора удешевляет устройство и формирование фазы несущего сигнала ШИМ-управления каналами, смещенными на интервал, определяемый периодом управления, деленным на число осей, обеспечивает снижение динамической (импульсной составляющей) нагрузки СИП, уменьшение дополнительных потерь, обусловленных пульсациям тока СИП.
Многоосевой преобразователь электропривода для двух и более числа трехфазных синхронных двигателей, в том числе и с возбуждением от постоянных магнитов, в том числе и обращенной конструкции (мотор-колес), содержащий усилители мощности, например транзисторные по числу осей (два или более), предварительные усилители (драйвера), по числу осей, микропроцессор, общий для всех осей, отличающийся тем, что фазы несущего сигнала ШИМ - управления каналами смещают на интервал, определяемый периодом управления, деленным на число осей.
