КОМПЛЕКТНЫЙ ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 1998 года по МПК B60L15/08 

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

Известен тяговый электропривод постоянного тока, содержащий диодно-тиристорный преобразователь напряжения, выполненный с высокочастотным транзисторным ключом на управляющем входе и подключенный через двухполюсный контактор к источнику напряжения, тяговый электродвигатель, якорная обмотка которого соединена с выходом преобразователя напряжения, а обмотка независимого возбуждения подключена через регулятор возбуждения к накопительному конденсатору, включенному через блокирующий диод между питающими шинами преобразователя напряжения (RU, заявка N 94042300, B 60 L 15/08, публ. 20.10.96).

Недостаток известного устройства связан с ограниченными функциональными возможностями, не позволяющими использовать его для заряда источника напряжения в случае выполнения последнего в виде аккумуляторной батареи.

Наиболее близким к описываемому является комплектный тяговый электропривод постоянного тока, содержащий силовой преобразователь напряжения, включенный между источником напряжения и якорной обмоткой электродвигателя и выполненный на двух управляющих ключевых элементах, соединенных последовательно и зашунтированных во встречных направлениях возвратными диодами, накопительный конденсатор, подключенный через блокирующий диод ко входу преобразователя напряжения, регулятор возбуждения электродвигателя, питающий вход которого подключен к накопительному конденсатору (SU, авт. св. N 17997752, B 60 L, 1983).

Недостаток известного устройства заключается также в отсутствии возможности осуществления заряда аккумуляторной батареи во время стоянки электромобиля.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей тягового привода.

Цель достигается тем, что в комплектном тяговом электроприводе постоянного тока, содержащем 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 выходу 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, регулятор тока возбуждения тягового электродвигателя, минусовая входная клемма которого подключена к минусовой входной клемме силового преобразователя напряжения и к первому выводу первого конденсатора, 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, при этом вторичная обмотка высокочастотного трансформатора через вторичный выпрямитель с выходным фильтром подключена к тяговой аккумуляторной батарее, а входные клеммы силового преобразователя напряжения через первичный выпрямитель с входным фильтром подключены к сетевому шнуру.

На чертеже приведена электрическая схема описываемого устройства.

Комплектный тяговый электропривод постоянного тока содержит силовой преобразователь напряжения 1, 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 выходу якорной обмотки тягового электродвигателя 4. В состав электропривода входит также 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. Имеются регулятор тока возбуждения 9 тягового электродвигателя 4, подключенный к входным клеммам силового преобразователя напряжения 1, первый конденсатор 10, первый вывод которого подключен к минусовой входной клемме силового преобразователя напряжения 1, а второй вывод через второй конденсатор 11 к плюсовой входной клемме преобразователя напряжения 1. Общий вывод первого и второго конденсаторов через нормально- замкнутый блок-контакт 12 контактора 2 подключен к первому выводу первичной обмотки высокочастотного трансформатора 13, а ее второй вывод подключен к плюсовой выходной клемме силового преобразователя напряжения 1. Минусовой вывод якорной обмотки электродвигателя 4 подключен к минусовой выходной клемме силового преобразователя напряжения 1 через третий силовой нормально-разомкнутый контакт контактора 2. Вторичная обмотка высокочастотного трансформатора 13 через вторичный выпрямитель 14 с выходным фильтром подключена к тяговой аккумуляторной батарее 3. Входные клеммы силового преобразователя напряжения 1 через первичный выпрямитель 15 с входным фильтром подключены к сетевому шнуру 16.

Работает тяговый привод следующим образом.

Регулирование тока в якорной обмотке тягового электродвигателя 4 во время движения осуществляется за счет включения-выключения управляемых ключевых элементов 5, 6 силового преобразователя напряжения 1. На практике роль ключевых элементов 5, 6 выполняют 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 напряжения 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 зашиты силового преобразователя напряжения 1 от импульсов перенапряжений к его входным клеммам подключены накопительные конденсаторы 10, 11, параллельно которым подключен питающий вход регулятора тока возбуждения 9 тягового электродвигателя 4.

Во время движения все силовые контакты контактора 2 замкнуты, а блок-контакт 12 разомкнут. Таким образом, силовой преобразователь напряжения 1 оказывается подключенным плюсовой и минусовой 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 напряжения 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. Таким образом, силовой преобразователь напряжения 1 оказывается отключенным от тяговой аккумуляторной батареи 3, а минусовой вывод якорной обмотки электродвигателя 4 от минусовой выходной клеммы силового преобразователя напряжения 1. Если шнур 16 будет подключен в сеть, то через первичный выпрямитель 15 выпрямленное сетевое напряжение будет поступать на входные клеммы силового преобразователя напряжения 1, который вместе с накопительными конденсаторами 10, 11, первичной обмоткой высокочастотного трансформатора 13 и нормально-замкнутым блок-контактом 12 контактора 2 образует полумостовой преобразователь напряжения для заряда тяговой аккумуляторной батареи 3.

Таким образом, расширение функциональных возможностей за счет использования силового преобразователя напряжения для заряда тяговой аккумуляторной батареи позволяет существенно улучшить массо-габаритные показатели комплектного тягового электропривода постоянного тока.

Использование: системы тягового электропривода постоянного тока аккумуляторных электромобилей. Сущность: в тяговом электроприводе силовой преобразователь напряжения содержит два последовательно соединенных управляемых ключевых элемента, зашунтированных во встречных направлениях возвратными диодами. К клеммам преобразователя подключены последовательно соединенные накопительные конденсаторы. Применение контактора с тремя нормально-разомкнутыми силовыми контактами и одним нормально-замкнутым блок-контактом позволяет использовать силовой преобразователь напряжения для заряда тяговой аккумуляторной батареи, что существенно улучшает массо-габаритные показатели тягового электропривода. 1 ил.

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 выходу 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, регулятор 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 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, при этом вторичная обмотка высокочастотного трансформатора через вторичный выпрямитель с выходным фильтром подключена к тяговой аккумуляторной батарее, а входные клеммы силового преобразователя напряжения через первичный выпрямитель с входным фильтром подключены к сетевому шнуру.