Многоосевой преобразователь электропривода Российский патент 2018 года по МПК H02P5/74 B60K6/20 B60L9/12 B60L15/20 B60W10/08 

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 I_СИП (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 I_СИП 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.

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.

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.