ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ ТЯГОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ Российский патент 2015 года по МПК B60L11/08 B63H23/24 

Описание патента на изобретение RU2572023C2

Изобретение относится к тяговому электрическому приводу автономного транспортного средства, построенному по системе генератор-двигатель на переменном токе и может быть использовано в качестве устройства регулирования тяги, упора, мощности и скорости транспортного средства без применения промежуточных преобразователей и устройств переключения в силовом канале передачи мощности между тяговыми генератором и электродвигателем.

Известно устройство электрической передачи мощности переменного тока (МПК B60L 11/08, патент RU 2225301 С2, заявка: 2002108683/11, 08.04.2002, Луков Н.М., Космодамианский А.С., Николаев Е.В. Электрическая передача мощности переменного тока тягового транспортного средства), содержащее тепловой первичный двигатель, асинхронный генератор с фазным ротором, тяговый асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, преобразователь частоты и синхронный возбудитель с регулятором напряжения. Технический результат такой конструкции обеспечивает работу электрической передачи тягового транспортного средства по системе генератор-двигатель на переменном токе. Недостатками известного устройства являются сложная система возбуждения асинхронного генератора переменного тока и использование непосредственного преобразователя частоты, имеющего большое число силовых модулей, а также невозможность осуществить реверс тягового электродвигателя без реверсирования первичного теплового двигателя. При создании такой системы возникают проблемы конструктивного характера, вызванные необходимостью использования первичного двигателя с двумя выходными валами, а так же размещением дополнительного синхронного возбудителя.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство электрической передачи мощности переменного тока (МПК B60L 11/08, В63Н 23/24, патент RU 2509002 С2, заявка: 2012112610/11, 30.03.2012, Лазаревский Н.А., Хомяк В.А., Самосейко В.Ф., Гельвер Ф.А., Гагаринов И.В. Электрическая передача мощности тягового транспортного средства на переменном токе), содержащее тепловой первичный двигатель, асинхронный генератор с фазным ротором, тяговый асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, обратимый статический преобразователь частоты. Известная система электрической передачи мощности тягового транспортного средства на переменном токе позволяет повысить энергетическую эффективность, надежность устройства и улучшить массогабаритные характеристики всей энергоустановки. Недостатком известного устройства являются невозможность осуществить реверс тягового электродвигателя без реверсирования первичного теплового двигателя или перемены двух фаз питающего напряжения тягового электродвигателя.

Предлагаемая система электрической передачи мощности тягового транспортного средства на переменном токе помимо выполнения требований эксплуатационного характера позволяет реализовать реверс тягового электропривода. К достоинствам предлагаемой энергосистемы также можно отнести повышение живучести и, как следствие, надежности электрической передачи мощности тягового транспортного средства на переменном токе.

Описанные преимущества достигаются тем, что в схему электрической передачи мощности тягового транспортного средства на переменном токе добавлен управляемый выпрямитель напряжения и два автоматических выключателя с новыми связями, позволяющие реализовать различные режимы питания тягового электропривода.

Электрическая передача мощности тягового транспортного средства на переменном токе, принципиальная схема которой представлена на чертеже, состоит из первичного теплового двигателя 1, механически соединенного с валом асинхронного генератора 2 переменного тока с фазным ротором, тягового асинхронного электродвигателя 3 с короткозамкнутым ротором, вал которого соединен с движителем транспортного средства 4. Статорная обмотка тягового асинхронного электродвигателя 3 подключена к первому входу обратимого статического преобразователя частоты 5, второй вход которого соединен с роторной обмоткой асинхронного генератора 2 переменного тока с фазным ротором. Электрическая передача мощности тягового транспортного средства содержит управляемый выпрямитель напряжения 6 и два автоматических выключателя 7, 8, причем статорная обмотка асинхронного генератора 2 переменного тока через первый автоматический выключатель 7 соединена со статорной обмоткой тягового асинхронного электродвигателя 3. Вход выпрямителя напряжения 6 подключен к роторной обмотке асинхронного генератора 2 переменного тока с фазным ротором, а выход выпрямителя напряжения 6 через двухполюсный автоматический выключатель 8 соединен с двумя фазами статорной обмотки асинхронного генератора 2 переменного тока с фазным ротором.

Предлагаемая электрическая передача может работать в двух режимах работы: режиме полного хода и режиме работы с обеспечением частых реверсов (например, швартовном) или режиме хода с небольшой скоростью. Более подробно рассмотрим каждый из режимов.

Режим полного хода характеризуется питанием тягового асинхронного электродвигателя 3 от асинхронного генератора 2 по системе генератор - двигатель. В данном режиме работы автоматический выключатель 7 замкнут, а автоматический выключатель 8 разомкнут. Асинхронный генератор с фазным ротором 2 работает в синхронном режиме и возбуждается со стороны ротора посредством обратимого статического преобразователя частоты 5 переменным напряжением изменяемой частоты. При изменений действующего значения и частоты напряжения, подводимого к ротору, будет происходить изменение действующего значения и частоты напряжения на статорной обмотке асинхронного генератора 2, что приведет к изменению частоты и уровня питающего напряжения статорной обмотки тягового электродвигателя 3 и, как следствие, к регулированию частоты вращения тягового электродвигателя 3 и приводимого им во вращение движителя 4 (например, винта). Обратимый статический преобразователь частоты 5 согласует напряжения роторной и статорной цепи асинхронного генератора 2. Связь частот вращения магнитных полей, создаваемых обмотками ротора и статора, и частоты вращения ротора асинхронного генератора 2 может быть записана согласно

,

где ωc - частота вращения поля (частота напряжения) обмотки статора,

ωв - механическая частота вращения ротора,

p - число пар полюсов электрической машины,

ωp - частота вращения поля (частота напряжения) обмотки ротора.

Исходя из данного соотношения видно, что для регулирования частоты напряжения статора генератора 2 можно изменять частоту вращения ротора асинхронного генератора посредством теплового первичного двигателя 1 или регулировать частоту и направление вращения поля обмотки ротора относительно направления вращения вала генератора 2. Для обеспечения оптимального режима работы первичного теплового двигателя 1 можно регулировать его частоту вращения в необходимом диапазоне вне зависимости от требуемой частоты выходного напряжения асинхронного генератора 2.

Для пуска всей энергетической установки и первоначального возбуждения генераторной системы 1, 2, 5 обратимый статический преобразователь частоты 5 должен содержать, как и в прототипе предлагаемого устройства, химический источник постоянного тока. В режиме полного хода мощность, передаваемая через обратимый статический преобразователь частоты 5, зависит от глубины регулирования частоты напряжения обмотки статора относительно и характера нагрузки тягового электропривода.

Режим работы с обеспечением частых реверсов (например, швартовый) или режим хода с небольшой скоростью характеризуется питанием тягового асинхронного электродвигателя 3 от роторной обмотки асинхронного генератора 2, через обратимый статический преобразователь частоты 5. При этом асинхронный генератор 2 работает в синхронном режиме и возбуждается со стороны статора посредством выпрямителя напряжения 6 постоянным напряжением. При этом управляемый выпрямитель напряжения 6 получает питание с роторной обмотки асинхронного генератора 2. В данном режиме работы автоматический выключатель 7 разомкнут, а автоматический выключатель 8 замкнут.Асинхронный генератор 2 работает как синхронная машина в генераторном режиме с обмоткой возбуждения (индуктором), расположенной на статоре. Индуктор состоит из двух последовательно соединенных статорных обмоток фаз. Обмотка якоря расположена на роторе и с нее снимается силовое переменное напряжение, частота которого определяется согласно , а уровень напряжения определяется уровнем напряжения обмотки возбуждения. Регулирование частоты вращения и реверс тягового асинхронного электродвигателя 3 осуществляется посредством обратимого статического преобразователя частоты 5. Мощность на валу тягового асинхронного электродвигателя 3 в данном режиме ограничена мощностью обратимого статического преобразователя частоты 5 и мощностью роторной обмотки асинхронного генератора 2. Данный режим работы может быть использован для обеспечения частых реверсов либо для движения транспортного средства с небольшой скоростью.

Преимуществом данной энергетической установки является повышение энергетической эффективности, увеличение живучести, а следовательно, и повышение надежности всей электроэнергетической системы.

Следует отметить, что управляемый выпрямитель напряжения имеет установленную мощность, не превышающую 10% от мощности роторной обмотки асинхронного генератора, а следовательно, коммутационная способность двухполюсного автоматического выключателя также должна быть рассчитана на эту мощность. К достоинствам предлагаемой электроэнергетической системы можно отнести возможность осуществления реверса тягового электродвигателя, а также простоту организации системы возбуждения.

Таким образом, предлагаемая электрическая передача мощности позволяет существенно упростить конструкцию, расширить функциональные возможности электрической передачи мощности, улучшить массогабаритные характеристики, повысить эффективность и надежность работы электрической передачи мощности транспортного средства.

Похожие патенты RU2572023C2

название год авторы номер документа
ЕДИНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ ТЯГОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ 2014
  • Гельвер Фёдор Андреевич
  • Гельвер Андрей Андреевич
  • Лазаревский Николай Алексеевич
  • Хомяк Валентин Алексеевич
RU2571846C1
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ ТЯГОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ 2016
  • Гельвер Федор Андреевич
RU2640378C2
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ ТЯГОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ 2012
  • Лазаревский Николай Алексеевич
  • Самосейко Вениамин Францевич
  • Хомяк Валентин Алексеевич
  • Гельвер Фёдор Андреевич
  • Гагаринов Иван Владимирович
RU2509002C2
СИСТЕМА ЭЛЕКТРОДВИЖЕНИЯ АВТОНОМНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ 2019
  • Васильев Богдан Юрьевич
  • Григорьев Павел Сергеевич
RU2724214C1
СИСТЕМА ЭЛЕКТРОДВИЖЕНИЯ АВТОНОМНЫХ ШАХТНЫХ ГОРНО-ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ 2023
  • Васильев Богдан Юрьевич
  • Нгуен Тхе Хиен
RU2808304C1
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА СУДНА 2014
  • Гельвер Федор Андреевич
  • Хомяк Валентин Алексеевич
RU2575366C1
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ ТЯГОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА 2003
  • Луков Н.М.
  • Ромашкова О.Н.
  • Космодамианский А.С.
  • Алейников И.А.
RU2247039C2
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ ТЯГОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА 2005
  • Луков Николай Михайлович
  • Ромашкова Оксана Николаевна
  • Космодамианский Андрей Сергеевич
  • Алейников Игорь Аркадьевич
RU2297090C1
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ТЯГОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА 2003
  • Луков Н.М.
  • Ромашкова О.Н.
  • Космодамианский А.С.
  • Алейников И.А.
RU2252150C2
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ ТЯГОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА 2002
  • Луков Н.М.
  • Космодамианский А.С.
  • Аксаков А.Р.
RU2207701C1

Реферат патента 2015 года ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ ТЯГОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств с питанием от собственных источников энергоснабжения. Электрическая передача содержит первичный тепловой двигатель, механически соединенный с валом асинхронного генератора переменного тока с фазным ротором. Вал тягового асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором соединен с движителем транспортного средства. Статорная обмотка тягового электродвигателя подключена к первому входу обратимого статического преобразователя частоты. Роторная обмотка асинхронного генератора подключена ко второму входу преобразователя. Статорная обмотка асинхронного генератора через первый автоматический выключатель соединена со статорной обмоткой тягового электродвигателя. Вход выпрямителя напряжения подключен к роторной обмотке асинхронного генератора. Выход выпрямителя соединен с двумя фазами статорной обмотки асинхронного генератора через двухполюсный автоматический выключатель. Технический результат заключается в повышении эффективности и надежности электрической передачи. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 572 023 C2

Электрическая передача мощности тягового транспортного средства на переменном токе, содержащая первичный тепловой двигатель, механически соединенный с валом асинхронного генератора переменного тока с фазным ротором, тяговый асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, вал которого соединен с движителем транспортного средства, статорная обмотка тягового асинхронного электродвигателя подключена к первому входу обратимого статического преобразователя частоты, второй вход которого соединен с роторной обмоткой асинхронного генератора переменного тока с фазным ротором, отличающаяся тем, что электрическая передача мощности тягового транспортного средства содержит управляемый выпрямитель напряжения и два автоматических выключателя, причем статорная обмотка асинхронного генератора переменного тока через первый автоматический выключатель соединена со статорной обмоткой тягового асинхронного электродвигателя, вход выпрямителя напряжения подключен к роторной обмотке асинхронного генератора переменного тока с фазным ротором, а выход выпрямителя напряжения через двухполюсный автоматический выключатель соединен с двумя фазами статорной обмотки асинхронного генератора переменного тока с фазным ротором.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2015 года RU2572023C2

RU 2012112610 A, 10.10.2013
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ТЯГОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА 2002
  • Луков Н.М.
  • Космодамианский А.С.
  • Николаев Е.В.
RU2225301C2
RU 2003111085 A, 20.10.2004
EP 0122445 B1, 28.06.1989
WO 2001026962 A1, 19.04.2001.

RU 2 572 023 C2

Авторы

Гельвер Фёдор Андреевич

Гельвер Андрей Андреевич

Лазаревский Николай Алексеевич

Хомяк Валентин Алексеевич

Даты

2015-12-27Публикация

2014-05-23Подача