Тяговый электропривод постоянного тока

 

Изобретение относится к системам тягового электропривода постоянного тока аккумуляторных электромобилей. Электропривод содержит силовой преобразователь, выполненный с использованием высокочастотного силового транзистора и диода, двухполюсный контактор, электродвигатель постоянного тока с независимым возбуждением. Обмотка возбуждения электродвигателя через регулятор возбуждения с реверсором подключена параллельно накопительному конденсатору, который связан через блокирующий диод с входными клеммами преобразователя и обеспечивает защиту последнего от перенапряжений. В цепь связи электродвигателя с преобразователем выключен силовой тиристор. Имеется блок системы управления, выполненный с возможностью формирования сигналов управления преобразователем, а также на включение контактора в режимах движения и рекуперативного торможения и на его выключение в режиме импульсного торможения. В данном устройстве, несмотря на выполнение преобразователя всего с одним транзистором и диодом, реализуются все режимы работы электродвигателя при одновременном использовании энергии коммутационных потерь для питания обмотки возбуждения. Упрощенная конструкция преобразователя предопределяет низкую стоимость электропривода в целом. 1 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке преобразователей средней и большой мощности, например для систем тягового электропривода электромобилей.

Известно устройство, заявка Франции N 2630274, кл. H 02 P 3/14, 7/298, В 60 L 7/22, 15/08, 1988 осуществляющее регулирование тягового двигателя постоянного тока в режиме движения и торможения.

Недостатком этого устройства является осуществление реверса по якорной цепи и наличие отдельного источника для питания обмотки возбуждения.

Наиболее близким техническим решением является устройство, а. с. N 1799752, В 60 L 15/08, 1993, в котором обмотка возбуждения запитана от конденсатора аккумулирующего коммутационные потери.

Недостатком этого устройства является наличие двух высокочастотных транзисторов и диодов, что практически почти вдвое завышает стоимость силового преобразователя. Объясняется это тем, что одним из основных требований предъявляемых к потребительским качествам легковых электромобилей является бесшумность работы электропривода, что в свою очередь обуславливает работу силового преобразователя на частотах выше 20 кГц. Учитывая, что величина якорного тока, например, для электромобилей ВАЗ составляет 250 A, то решить поставленную задачу можно только за счет использования транзисторных сборок на маломощных высокочастотных транзисторах соединенных параллельно, а это означает что они должны быть подобраны по параметрам, т.е. Общее количество транзисторов используемых для изготовления одного преобразователя резко возрастает, что и обуславливает их высокую стоимость.

Целью изобретения является упрощение силового преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в известном тяговом электроприводе постоянного тока, содержащем силовой преобразователь, положительная и отрицательная входные клеммы которого подключены соответственно к положительному и отрицательному выводам источника напряжения, двухполюсный контактор, тяговый электродвигатель постоянного тока с независимым возбуждением, обмотка возбуждения которого через регулятор возбуждения с ресивером подключена параллельно накопительному конденсатору, первый вывод которого через блокирующий диод, включенный согласно с источником напряжения, подключен к положительной входной клемме силового преобразователя, а второй вывод накопительного конденсатора подключен к отрицательной входной клемме силового преобразователя, блок системы управления, выполненный с возможностью формирования сигналов управления силовым преобразователем, а также на включение контактора в режимах движения и рекуперативного торможения и на его выключение в режиме импульсного торможения, первый вывод тягового электродвигателя подключен к положительной выходной клемме силового преобразователя через первый полюс контактора, а второй вывод тягового электродвигателя подключен к отрицательной выходной клемме силового преобразователя через второй полюс контактора, при этом первый вывод тягового электродвигателя, кроме того, подключен к аноду силового диода, катод которого подключен к положительной входной клемме силового преобразователя, а второй вывод тягового электродвигателя, кроме того, подключен к катоду силового тиристора, анод которого подключен к положительной выходной клемме силового преобразователя, причем последний выполнен на базе высокочастотного транзистора, коллектор которого является положительной входной клеммой силового преобразователя и высокочастотного диода, анод которого является одновременно отрицательными входной и выходной клеммами силового преобразователя, а точка соединения эмиттера высокочастотного транзистора с катодом высокочастотного диода является положительной выходной клеммой силового преобразователя, блок системы управления выполнен с возможностью формирования сигналов на выключение силового тиристора в режимах движения и рекуперативного торможения и на его включение в режиме импульсного торможения.

На чертеже приведена схема электропривода.

Тяговый электропривод постоянного тока, содержит силовой преобразователь 1, источник напряжения 2, двухполюсный контактор 3, тяговый электродвигатель 4 постоянного тока с независимым возбуждением, обмотка возбуждения которого через регулятор возбуждения 5, содержащий реверсор 6, подключена параллельно накопительному конденсатору 7, первый вывод которого через блокирующий диод 8, включенный согласно с источником напряжения 2, подключен к положительной входной клемме силового преобразователя 1, а второй вывод накопительного конденсатора 7 подключен к отрицательной входной клемме силового преобразователя 1, первый вывод тягового электродвигателя 4 подключен к положительной выходной клемме силового преобразователя 1 через первый полюс 9 контактора 3, а второй вывод тягового электродвигателя 4 подключен к отрицательной выходной клемме силового преобразователя 1 через второй полюс 10 контактора 3, при этом первый вывод тягового электродвигателя 4, кроме того, подключен к аноду силового диода 11, катод которого подключен к положительной входной клемме силового преобразователя 1, а второй вывод тягового электродвигателя 4, кроме того, подключен к катоду силового тиристора 12, анод которого подключен к положительной выходной клемме силового преобразователя 1, причем последний выполнен на базе высокочастотного транзистора 13, коллектор которого является положительной входной клеммой силового преобразователя 1, подключенной к положительному выводу источника напряжения 2, и высокочастотного диода 14, анод которого является одновременно отрицательной входной и выходной клеммой силового преобразователя 1, подключенной к отрицательному выводу источника напряжения 2, а точка соединения эмиттера высокочастотного транзистора 13 с катодом высокочастотного диода 14 является положительной выходной клеммой силового преобразователя 1.

Работает схема следующим образом. В режиме движения и рекуперативного торможения блок 15 системы управления (БСУ) формирует сигналы управления U1, U2, U4 и U5, поэтому контактор 3 находится во включенном состоянии, а силовой тиристор 12 в выключенном состоянии. В режиме движения во время включенного состояния высокочастотного транзистора 13 ток протекает по цепи: положительный вывод источника напряжения 2 высокочастотный транзистор 13 - первый полюс 9 контактора 3 - якорь электродвигателя 4 - второй полюс 10 контактора 3 -отрицательный вывод источника напряжения 2, а во время выключенного состояния высокочастотного транзистора 13 ток протекает по цепи: высокочастотный диод 14 - первый полюс 9 контактора 3 - якорь электродвигателя 4 - второй полюс 10 контактора 3. В режиме рекуперативного торможения ток протекает по цепи: отрицательный вывод источника напряжения 2 - второй полюс 10 контактора 3 - якорь электродвигателя 4 - силовой диод 11 - положительный вывод источника напряжения 2.

В режиме импульсного торможения БСУ формирует сигналы управления U2, U3, U4 и U5, поэтому контактор 3 находится в выключенном состоянии, а силовой тиристор 12 во включенном состоянии, при этом во время включенного состояния высокочастотного транзистора 13 ток протекает по цепи: высокочастотный транзистор 13 - силовой тиристор 12 - якорь электродвигателя 4 - силовой диод 11, а во время выключенного состояния высокочастотного транзистора 13 ток протекает по цепи: высокочастотный диод 14 - силовой тиристор 12 - якорь электродвигателя 4 -силовой диод 11 - положительный вывод источника 2 напряжения - отрицательный вывод источника напряжения 2.

Для защиты силового преобразователя 1 от импульсов перенапряжений к его входным клеммам через блокирующий диод 8 подключен накопительный конденсатор 7, параллельно которому подключен питающий вход регулятора 5 возбуждения тягового электродвигателя 4. В моменты включения и выключения высокочастотного транзистора 13 на выходных клеммах силового преобразователя формируются импульсы перенапряжений, обусловленные наличием паразитной (внутренней) индуктивности источника напряжения 2 и подводящих проводов. Для уменьшения амплитуды этих импульсов служит накопительный конденсатор 7, отделенный от источника напряжения 2 высокочастотным блокирующим диодом 8. Поэтому энергия коммутационных потерь накапливается в конденсаторе 8 и поступает через регулятор 5 в обмотку возбуждения тягового электродвигателя 4, что повышает энергетические показатели электропривода.

Таким образом, в данном устройстве, несмотря на наличие всего одного высокочастотного силового транзистора и диода, обеспечиваются все режимы работы тягового электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением при одновременном использовании энергии коммутационных потерь для питания обмотки возбуждения.

Формула изобретения

Тяговый электропривод постоянного тока, содержащий силовой преобразователь, положительная и отрицательная входные клеммы которого подключены соответственно к положительному и отрицательному выводам источника напряжения, двухполюсный контактор, тяговый электродвигатель постоянного тока с независимым возбуждением, обмотка возбуждения которого через регулятор возбуждения с реверсором подключена параллельно накопительному конденсатору, первый вывод которого через блокирующий диод, включенный согласно с источником напряжения, подключен к положительной входной клемме силового преобразователя, а второй вывод накопительного конденсатора подключен к отрицательной входной клемме силового преобразователя, блок системы управления, выполненный с возможностью формирования сигналов управления силовым преобразователем, а также на включение контактора в режимах движения и рекуперативного торможения и на его выключение в режиме импульсного торможения, отличающийся тем, что первый вывод тягового электродвигателя подключен к положительной выходной клемме силового преобразователя через первый полюс контактора, а второй вывод тягового электродвигателя подключен к отрицательной выходной клемме силового преобразователя через второй полюс контактора, при этом первый вывод тягового электродвигателя, кроме того, подключен к аноду силового диода, катод которого подключен к положительной входной клемме силового преобразователя, а второй вывод тягового электродвигателя, кроме того, подключен к катоду силового тиристора, анод которого подключен к положительной выходной клемме силового преобразователя, причем последний выполнен на базе высокочастотного транзистора, коллектор которого является положительной входной клеммой силового преобразователя, и высокочастотного диода, анод которого является одновременно отрицательными входной и выходной клеммами силового преобразователя, а точка соединения эмиттера высокочастотного транзистора с катодом высокочастотного диода является положительной выходной клеммой силового преобразователя, блок системы управления выполнен с возможностью формирования сигналов на выключение силового тиристора в режимах движения и рекуперативного торможения и на его включение в режиме импульсного торможения.

РИСУНКИ

Рисунок 1