Электропривод для электромобиля

 

И.Б. Доржинкевич, А.А. Иаксимчук, А.С. Ро ТЖпт-„Ф (72) Автори мзобретеняя.6. Степе и И.Г. Иахнович!

У !

I (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к автономному электроприводу транспортных средств и может быть использовано в электромобилях.

Известен электропривод для электромобиля, содержащий электродвигатель постоянного тока с последовательным возбуждением, импульсный преобразователь, включенный в цепь между электродвигателем и аккумуляторной батареей, и шунтирующий контактор, обеспечивающий прямое подключение электродвигателя к аккумуляторной батарее. Включение контактора осущест15 вляется по команде логического устройства в случае, если одновременно выполняются следующие условия: а) педаль акселератора нажата до определенного положения; .б) скважность импульсного преобра зователя превышает заданное максимальное значение;

2 в) действительное значение тока якоря электродвигателя не соответст< вует сигналу задания тока якоря (11.

Недостаток устройства состоит в том, что после включения шунтирующего контактора исключается возможность регулирования скорости электромобиля.

Это существенно ухудшает эксплуатационные и энергетические показатели электромобиля.

Наиболее близким по технической сущности является электропривод электромобиля, содержащий электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения, подключенный через датчики тока и импульсные преобразователи в цепях якоря и возбуждения к автономному источнику питания, системы управления импульсными преобразователями, каждая из которых содержит последовательно соединенные блок сравнения, усилитель и выходной блок, соединяющййся со входом соответствующего преобразователя, механически связан892632 ный с педалью акселератора задатчик тока якоря, выходы которого через первый и второй управляемые ключи соединены со вторыми входами блоков сравнения, первый вход которых соединен с выходом датчика тока якоря, а третий и четвертый входы блока сравнения системы управления импульсным йреобразователем в цепи возбуждения электродвигателя через третий и четвертый управляемые ключи соединены соответственно с задатчиком и датчиком тока возбуждения, пороговые элементы контроля скважности и тока, входы которых .соединены соответственно с выходом усилителя системы управления импульсным преобразователем в цепи якоря электродвигателя и с выходом датчика тока возбуждения, и блок управления контактором, шунтирую20 щим импульсный преобразователь в цепи якоря электродвигателя (23.

Недостатком электропривода явля: ется снижение его КПД при нагреве обмотки возбуждения двигателя из-за возрастания тока якоря.

Цель изобретения — повышение КПД электропривода.

Поставленная цель достигается тем, что е электропривод для электромобиля введены дополнительно три логических элемента И-НЕ и три инвертора, причем входы первого элемента И-НЕ соединены с выходами пороговых элемен35 тов контроля скважности и тока, последний из которых соединен также с дополнительным входом выходного блока системы управления импульсным преобразователем в цепи возбуждения элект.

40 родвигателя, выход первого элемента

И"НЕ соединен через первый инвертор о вторым входом порогового элемента контроля скважности и через второй элемент И-НŠ— со входом блока управления контактором, блокирующий контакт которого через последовательНо соединенные второй инвертор, третий элемент И-НЕ и третий инвертор соединен с управляющим входом ключа, соединяющегося со вторым входом блока сравнения системы управления импульсным преобразователем в цепи возбуждения электродвигателя, а управляющие входы остальных ключей соединены с выходом третьего элемента

И-НЕ.

На чертеже показана структурная схема предлагаемого электропривода.

Электропривод для электромобиля содержит электродвигатель 1 постоянного тока, подключенный через импульсный преобразователь 2 к автономному источнику 3 питания. Параллельно преобразователю подключены силовые контакты 4 шунтирующего контактора 5. Управление работой импульсного преобразователя 2 осуществляет система 6 управления, состоящая из блока 7 сравнения, усилителя

8 и выходного блока 9. На второй вход блока 7 сравнения через управляемый ключ 10 подается сигнал задания от задатчика 11 тока якоря, механически связанного с педалью 12 акселератора. Первый вход блока 7 сравнения связан обратной связью с датчиком 13 тока якоря. Независимая обмотка 14 возбуждения электродвигателя 1 питается от автономного источника питания 3 через регулятор 15 тока возбуждения. Управление работой регулятора 15 тока возбуждения осуществляет . система 16 управления, содержащая блок 17 сравнения, усилитель

18 и выходной блок 19. На входы блока

17 сравнения поступают сигналы обратной связи от датчика 13 тока якоря (первый вход) через управляемый ключ

20 от задатчика 11 тока якоря (второй вход) через управляемый ключ 21 от задатчика 22 тока возбуждения (третий вход) и через управляемый ключ 23 от датчика 24 тока возбуждения. Выход усилителя 8 системы 6 управления соединен со входом порого" ваго элемента 25 контроля скважности преобразователя, а выход датчика 24 тока возбуждения — с входом порого-. вого элемента 26 контроля величины тока возбуждения. Выходы пороговых элементов 25 и 26 соединены со входами первого логического элемента

И-НЕ 27 и, кроме того, выход порогового элемента 26 подключен к дополнительному входу выходного блока 19 системы 16 управления. Выход первого логического элемента 27 соединен через первый инвертор 28 со вторым входом порогового элемента 25 и одновременно с одним из входов второго логического элемента И-НЕ 29, подключенного своим выходом к входу блока 30 управления шунтирующим контактором 5. Блокирующие контакты 31 контактора 5 через второй инвертор 32 соединены с одним из входов третьего логического элемента И-НЕ 33, выход

5 892632 б которого подключен через третий ин- величина тока якоря стабилизируется вертор 34 к управляющему входу клю- на заданном уровне, определяемом поча 20, соединяющего вход системы 16 ложением педали акселератора 12. Сигуправления регулятора тока возбужде- нал от датчика 13 тока якоря постуния с задатчиком 11 тока якоря. Вы- S пает также на вход блока 17 сравнеход третьего логического элемента ния, обеспечивая параметрическое увеИ-НЕ 33 соединен также с управляю- личение уставки тока возбуждения, щими входами остальных ключей 10, 21 пропорциональное величине тока якои 23. ря. При этом, из-за компенсации реакЭлектропривод работает следующим IO ции якоря. достигается во всех режиобразом. мах максимальный момент на валу

После подачи питания ко всем эле- электродвигателя при минимально возментам схемы электропривода в исход- . можном значении тока якоря. По мере ном состоянии на выходе порогового разгона электромобиля сигнал на выэлемента 25 контроля скважности пре- S ходе усилителя- 8 и, соответственно, образователя имеется логический нуль, величина скважности работы импульсноа на выходе порогового элемента 26 го преобразователя 2 возрастают. Как контроля величины тока возбуждения — только величина скважности достига-. логическая единица. Тогда, на выходе ет предельного значения происходит первого логического элемента И-НЕ 27 2® срабатывание порогового элемента 25 устанавливается логическая единица и, контроля скважности преобразователя, соответственно, на выходах инверто- в результате чего на его выходе устара 28 и второго логического элемен- навливается логическая единица. В та И-НЕ 29 — логический нуль. При случае сохранения логической единицы этом контактор 5 сохраняется в выклю- 2s на выходе порогового элемента 26, ченном состоянии и его контакты 31 сигнализирующей о том, что величина на входе второго инвертора 32 разомк- тока возбуждения является ниже пре" нуты. В этом режиме на выходах инвер- дельно допустимого значения, на выторов 32 и 34 устанавливается логи- ходе первого логического элемента ческий нуль, а на выходе третьего ло- зр И-НЕ 27 устанавливается логический гического элемента И-НЕ 33 — логичес- "0". Зто приводит к формированию локая единица. Зти сигналы обеспечивают гической единицы на выходах инвертовключение управляемых ключей 10, 21 ра 28 и второго логического элемени 23 а также сохранение в отключенном та И-НЕ 29. При этом сигнал с выхода

l сдстоянии управляемого ключа 20. Сиг- инвертора 28 обеспечивает блокировнал задания от задатчика 22 тока воз- ку порогового элемента 25 и сохранебуждения через ключ 21 и систему 16 ние на его выходе логической единиц@, управления воздействует на регуля- а выходной сигнал второго логическотор 15 тока возбуждения и обеспечи- го элемента И-HE 29 осуществляет с вает нарастание тока в обмотке 14 щ помощью блока управления 30 включевозбуждения электродвигателя 1. На ния шунтируощего контактора 5. Провходе блока 17 сравнения сигнал зада- исходит замыкание его силовых контакния сравнивается с сигналом отрица- тов 4 и прямое подключение якоря ,тельной обратной связи, поступающим электродвигателя 1 постоянного тока от датчика 24 тока возбуждения через к зажимам автономного источника 3 ключ 23, вследствие чего достигается питания. Из-за неизменности тока воз,стабилизация тока возбуждения на за- буждения до момента включения конданном уровне.. При нажатии педали ак- тактора 5 бросок тока якоря зависит селератора 12 сигнал задания от за- только от изменения величины напряжедатчика 11 тока якорл через ключ 10 ния, приложенного к якорю электродвии систему 6 управления воздействует гателя и имеет относительно небольйа импульсный преобразователь 2 и шую величину. В результате включения обеспечивает протекание тока в цепи .контактора 5 замыкаются его блокируюякоря электродвигателя 1. Начинается щие контакты 31, из-за чего на выхопроцесс разгона электромобиля. При дах инверторов 32 и 34 устанавливает

5S этом на входе блока 7 сравнения c r ся логическая единица, а на выходе нал задания сравнивается с сигналом третьега логического элемента отрицательной обратной связи от дат" И-НЕ 33 — логический нуль. Это обесчика 13 тока якоря, вследствие чего печивает включение ключа 20 и отклю7 8926 чение ключей 10, 21 и 23. В этом режиме импульсный преобразователь 2 исключен из схемы, а регулирование скорости движения электромобиля осуществляетсн изменением тока в 06МоТке 14 возбуждения. Величина тока якоря при этом устанавливается также задатчиком 11 тока, связанным с педалью акселератора 12. На входе блока 17 сравнения сигнал задания сравнивается с сигналом обратной связи от датчика 13 тока якоря, вследствие чего устанавливается такой ток возбуждения, при котором величина тока якоря соответствует заданному значению. 15

Если из-за ухудшения дорожных условий значительно возрастает момент сопротивления на валу электродвигателя или педалью акселератора 12 существенно уменьшается уставка тока яко" © ря, ток возбуждения может превысить допустимую величину. Тогда пороговый элемент 2б контроля величины тока возбуждения переключается и на его выходе устанавливается логический нуль. Это приводит к появлению на выходе первого логического элемента

И-НЕ 27 логической единицы, а на выходах инвертора 28 и второго логического элемента И-HE 29 — логического

"0", что обеспечивает отключение шунтирующего контактора 5 и размыкание его силовых контактов 4 и контактов

31. Последние осуществляют установку на выходе третьего логического эле" мента И-НЕ 33 логической единицы, а на выходе инвертора 34 — логического нуля. Это, в свою очередь, приводит к включению ключей 10, 21 и 23 и отключение ключа 20. Импульсный преобразователь 2 снова. вступает в работу. Ток якоря электродвигателя поддерживается на заданном уровне в соответствии с положением педали ак- селератора опять с помощью импульсного преобразователя 2, а ток возбуждения устанавливается соответствующим уставке тока возбуждения. В дальнейшем, если величина скважности импульсного преобразователя 2 превышает предельное значение, процесс повторяется. Параметры обмотки 14 возбуждения электродвигателя 1 выбираются такими, чтобы она по температурному режиму допускала протекание тока необходимой величины в течение заданного времени в соответствии с расчетным графиком движения электромобиля. При этом в любых эксплуатационных установившихся

32 8 режимах работы электромобиля ток возбуждения меньше предельного значения.

3 случае, если при переходных процессах ток возбуждения стремится превы" сить предельное значение, сигнал с выхода порогового элемента 26 контроля величины тока возбуждения блокирует на выходе выходного блока 19 вы" ходной сигнал усилителя 18, из-за чего исключается возможность дальнейшего увеличения тока возбуждения.

Для обеспечения режима заряда автономного источника 3 к свободным входам логических элементов И-НЕ 27, 29 и 33 подаются сигналы, обеспечивающие управление контактором 5 и ключами 10, 20, 21 и 23 в требуемой логической последовательности.

Таким образом, повышение КПД использования энергии автономного источника питания электромобиля достигнуто из-за того что во всем диапазоне регулирования тока якоря обеспечена полная компенсация реакции якоря, т.е. для любого заданного режима движения электромобиля ток якоря всегда имеет минимально необходимую величину и, соответственно, минимальными являются потери энергии в элементах привода.

Формула изобретения

Электропривод для электромобиля, содержащий электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения, подключенный через датчики тока и импульсные преобразователи в цепях якоря и возбуждения к автономному источнику питания, системы управления импульсными преобразователями, каждая из которых составлена из последовательно соединенных блока сравнения, усилителя и выходного блока, подключенного ко входу соответствующего импульсного преобразователя,- механически связанный с педалью акселератора задатчик тока якоря, выходы которого через первый и второй управляемые ключи соединены со вторыми входами блоков сравнения, первые входы которых соединены с выходом датчика тока якоря, а третий и четвертый входы блока сравнения системы управления импульсным преобразователем в цепи возбуждения электродвигателя через третий и четвертый управляемые ключи соединены соответственно с за892632

ВНИИПИ Заказ 11276/81 Тираж 733 Подписное

Фиг;иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 датчиком и датчиком тока возбуждения пороговые элементы контроля скважности и тока, входы которь<х соединены соответственно с выходом усилителя системы управления импульсным преобразователем. в цепи якоря электродвигателя и с выходом датчика тока возбуждения, и блок управления контактором, шунтирующим импульсный преобразователь в цепи якоря электродвигателя, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД электропривода, в него дополнительно введены три логических элемента И-НЕ и три Инвертора, причем входы первого элемента И-НЕ соединены с выходами пороговых элементов контроля скважности и тока, последний из которых соединен с дополнительным входом выходного блока системы управления импульсным преобразователем в цепи возбуждения электродвигателя, выход первого элемента И-HE соединен через первыи инвертор со вторым входОм порогового элемента контроля скважности и через второй элемент И-НŠ— со входом блока управления контактором, блокирующий контакт которого через последовательно соеДиненные второй инвертор, третий элемент И-HE и третий инвертор соединен с управляющим входом ключа, соединенного со вторым щ входом блока сравнения системы управления импульсным преобразователем в цепи возбуждения электродвигателя, а управляющие входы остальных ключей соединены с выходом третьего элемента И-НЕ.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США и 3808481, уе кл. 318-139, 1972.

2. IEEE Transactions on Industry арр1ications ч. 1А-14, И 6,1978, р.565-572.