Электропривод для электромобиля Советский патент 1981 года по МПК H02P5/06 

(5) ЭЛЕКТРОПРИВОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ

I

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 последователь ным возбуждением, импульсный преобразователь , включенный в цепь между электродвигателем и аккумуляторной батареей, и шунтирующий контактор, обеспечивающий прямое подключение электродвигателя к аккумуляторной батарее. Включение контактора осуществляется по команде логического устройства в случае, если одновременно выполняются следующие условия:

а) педаль акселератора нажата до определенного положения;

.6) скважность импульсного преобра зователя превышает заданное максимальное значение;

в) действительное значение тока якоря электродвигателя не соответст вует сигналу задания тока якоря 1.

Недостаток устройства состоит в том, что после включения шунтирующего контактора исключается возможность регулирования скорости электромобиля. Это существенно ухудшает эксплуатационные и энергетические показатели электромобиля.

10

Наиболее близким по технической сущности является электропривод электромобиля, содержащий электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения, подключенный через дат15чики тока и импульсные преобразователи в цепях якоря и возбуждения к автономному источнику питания, системы управления импульсными преобразователями, каждая из которых содержит по20следовательно соединенные блок сравнения, усилитель и выходной блок, соединяющийся со входом соответствующего преобразователя, механически связан3ный с педалью акселератора задатчик тока якоря, выходы которого через пе вый и второй управляемые ключи соеди нены со вторыми входами блоков сравнения, первый вход которых соединен с выходом датчика тока якоря, а третий и четвертый входы блока сравнения системы управления импульсным пр образователем 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 управ ления импульсным преобразователем в цепи якоря электродвигателя и с выходом датчика тока возбуждения, и блок управления контактором, шунтиру щим импульсный преобразователь в цепи якоря электродвигателя 2j, Недостатком электропривода явля: ется снижение его КПД при нагреве об мотки возбуждения двигателя из-за . возрастания тока якоря. Цель изобретения - повышение КПД электропривода. Поставленная цель достигается тем что в электропривод для электромобил введены дополнительно 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 также с дополнительным входом выходного блок системы управления импульсным преобразователем в цепи возбуждения элект родвигателя, выход первого элемента И-НЕ соединен через первый инвертор о вторым входом порогового элемента контроля скважности и через второй элемент И-НЕ - со входом блока управления контактором, блокирующий контакт которого через последователь но 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 воз буждения электродвигателя, а управляющие входы остальных ключей соединены с выходом третьего элемента И-НЕ. На чертеже показана структурная схема предлагаемого электропривода. 2 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 И 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 вого элемента 25 контроля скважности преобразователя, а выход датчика 24 , тока возбуждения - с входом порогового элемента 2б 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

которого подключен через третий инвертор З к управляющему входу ключа 20, соединяющего вход системы 16 управления регулятора тока возбуждения с задатчиком 11 тока якоря. Выход третьего логического элемента И-НЕ 33 соединен также с управляющими входами остальных ключей 10, 21 и 23.

Электропривод работает следующим образом.

После подачи питания ко всем элементам схемы электропривода в исходном состоянии на выходе порогового элемента 25 контроля скважности преобразователя имеется логический нуль, а на выходе порогового элемента 26 контроля величины тока возбуждения - логическая единица. Тогда, на выходе первого логического элемента И-НЕ 27 устанавливается логическая единица и, соответственно, «а выходах инвертора 28 и второго логического элемента И-НЕ 29 - логический нуль. При этом контактор 5 сохраняется в выключенном состоянии и его контакты 31 на входе второго инвертора 32 разомкнуты. В этом режиме на выходах инверторов 32 и З устанавливается логиv4ecKi4ft нуль, а на выходе третьего логического элемента И-НЕ 33 - логическая единица. Эти сигналы обеспечивают включение управляемых ключей 10, 21 и 23. а также сохранение в отключенном сдстоянии управляемого ключа 20. Сигнал задания от задатчика 22 тока возбуждения через ключ 21 и систему 16 управления воздействует на регулятор 15 тока возбуждения и обеспечивает нарастание тока в обмотке 14 возбуждения электродвигателя 1. На входе блока 17 сравнения сигнал задания сравнивается с сигналом отрицательной обратной связи, поступающим от датчика тока возбуждения через ключ 23, вследствие чего достигается .стабилизация тока возбуждения на заданном уровне.. При нажатии педали акселератора 12 сигнал задания от задатчика 11 тока якоря через ключ 10 и систему 6 управления воздействует ,на импульсный преобразователь 2 и обеспечивает протекание тока в цепи якоря электродвигателя 1. Начинается процесс разгона электромобиля. При этом на входе блока 7 сравнения сигнал задания сравнивается с сигналом отрицательной обратной связи от датчика 13 тока якоря, вследствие чего

величина тока якоря стабилизируется на заданном уровне, определяемом положением ледали акселератора 12. Сигнал от датчика 13 тока якоря поступает та.кже на вход блока 17 сравнения, обеспечивая параметрическое увеличение уставки тока возбуждения, пропорциональное величине токи якоря. При этом, из-за компенсации реакции якоря - достигается во всех режимах максимальный момент на валу электродвигателя при минимально возможном значении тока якоря. По мере разгона электромобиля сигнал на выходе усилителя 8 и, соответственно, величина скважности работы импульсного преобразователя 2 возрастают. Как только величина скважности достигает предельного значения происходит

срабатывание порогового элемента 25 контроля скважности преобразователя, в результате чего на его выходе устанавливается логическая единица. 6 случае сохранения логической единицы

на выходе порогового элемента 26, сигнализирующей о том, что величина тока возбуждения является ниже предельно допустимого значения, на выходе первого логического элемента

И-НЕ 27 устанавливается логический . Это приводит к формированию логической единицы на выходах инвертора 28 и второго логического элемента И-НЕ 29. При этом сигнал с выхода

л

инвертора 28 обеспечивает блокировку порогового элемента 25 и сохранение на его выходе логической единиц 1, а выходной сигнал второго логического элемента И-НЕ 29 осуществляет с

помощью блока управления 30 включения шунтирующего контактора 5- Происходит замыкание его силовых контактов k и прямое подключение якоря электродвигателя 1 постоянного тока

к зажимам автономного источника 3 питания. Из-за неизменности тока возбуждения до момента включения контактора 5 бросок тока якоря зависит только от изменения величины напряжения, приложенного к якорю электродвигателя и имеет относительно небольшую величину. В результате включения контактора 5 замыкаются его блокирующие контакты 31, из-за чего на выходах инверторов 32 и 3 устанавливает ся логическая единица, а на выходе третьего логического элемента И-НЕ 33 - логический нуль. Это обеспечивает включение ключа 20 и отключение ключей 10, 21 и 23- В этом режиме импульсный преобразователь 2 исключен из схемы, а регулирование скорости движения электромобиля осуществляется изменением тока в обмотке 1t возбуждения. Величина тока яко ря при этом устанавливается также з.а датчиком 11 тока, связанным с педаль 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. Если из-за ухудшения дорожных условий значительно возрастает момент сопротивления на валу электродвигате ля или педалью акселератора 12 сущес венно 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 вы ходе первого логического элемента И-НЕ 27 логической единицы, а на выходах инвертора 28 и второго логичес кого элемента И-НЕ 29 - логического О, что обеспечивает отключение шун тирующего контактора 5 и размыкание его силовых контактов k и контактов 31. Последние осуществляют установку на выходе третьего логического элемента И-НЕ 33 логической единицы, а на выходе инвертора 3 - 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 г;оддерживается на заданном уровне в соответствии с положением педали акселератора опять с помощью импульсно го преобразователя 2, а ток возбуждения устанавливается соответствующи уставке тока возбуждения. В дальнейшем, если величина скважности импуль ного преобразователя 2 превышает пре дельное 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 режимах работы электромобиля ток возбуждения меньше предельного значения, 3 случае, если при переходных процессах ток возбуждения стремится превысить предельное значение, сигнал с выхода порогового эоемента 2б контроля величины тока возбуждения блокирует на выходе выходного блока 19 выходной 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 необходимук 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 управяемые ключи соединены со вторыми входами блоков сравнения, первые вхоы которых соединены с выходом датчика тока якоря, а третий и четверый входы блока сравнения системы управления импульсным преобразователем 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, шунтирующим импульсный преобразователь в цепи якоря электродйигателя, 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-НЕ соединен через

первый инверт ; р со вторым входом порогового элемента контроля скважности и через второй элемент И-НЕ - 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, соединенного 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.

с

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

P.565-572.