Электрическая передача мощности тягового транспортного средства на переменном токе



Электрическая передача мощности тягового транспортного средства на переменном токе
Электрическая передача мощности тягового транспортного средства на переменном токе
Электрическая передача мощности тягового транспортного средства на переменном токе
Электрическая передача мощности тягового транспортного средства на переменном токе

 


Владельцы патента RU 2509002:

Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Судовые электротехнические системы" (ООО "НПЦ "СЭС") (RU)

Изобретение относится к электрической передаче мощности тягового транспортного средства. Электрическая передача содержит первичный тепловой двигатель, асинхронный генератор переменного тока с фазным ротором, тяговый асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, обратимый статический преобразователь частоты. Первичный тепловой двигатель механически соединен с валом асинхронного генератора. Статорная обмотка асинхронного генератора подключена непосредственно к статорной обмотке тягового асинхронного электродвигателя. Роторная обмотка асинхронного генератора подключена к одному из входов обратимого статического преобразователя частоты. Другой вход обратимого статического преобразователя частоты подключен непосредственно к соединенным между собой статорным обмоткам асинхронного генератора и тягового асинхронного электродвигателя. Технический результат заключается в повышении энергетической эффективности и надежности электрической передачи мощности тягового транспортного средства на переменном токе. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

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.

Известна конструкция гребной электрической установки, построенной по системе генератор-двигатель на базе машин постоянного тока (Михайлов В.А. Электродвижение судов и электропривод судовых механизмов / В.А.Михайлов, С.Б. Рукавишников, И.Р. Фрейдзон. - Л.: Судостроение, 1969. - С.126-130), содержащая одновальную гребную установку с генератором постоянного тока и гребным электрическим двигателем постоянного тока, якорные обмотки которых соединены между собой последовательно.

Недостатком известной электрической передачи является наличие сложного устройства коллекторно-щеточного аппарата электрических машин постоянного тока, ограничивающего широкое использование системы генератор-двигатель на постоянном токе.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство электрической передачи мощности переменного тока (патент RU 2225301 С2, МПК В60L 11/08, заявка: 2002108683/11, 08.04.2002, Луков Н.М.; Космодамианский А.С., Николаев Е.В. Электрическая передача мощности переменного тока тягового транспортного средства), содержащее первичный тепловой 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 на переменном токе. Недостатком известного устройства является сложная система возбуждения асинхронного генератора переменного тока и использование непосредственного преобразователя частоты, имеющего большое число силовых модулей. При создании такой системы возникают проблемы конструктивного характера, вызванные необходимостью использования первичного двигателя с двумя выходными валами, а также размещением дополнительного синхронного возбудителя, создания сложной системы управления, содержащей регуляторы частоты, напряжения, содержащей свои датчики и контроллер управления.

Предлагаемая система электрической передачи мощности тягового транспортного средства на переменном токе помимо выполнения требований эксплуатационного характера позволяет упростить конструкцию передачи на переменном токе, повысить энергетическую эффективность и улучшить массогабаритные характеристики, а также обеспечить надежность устройства.

Описанные преимущества достигаются тем, что возбуждение асинхронного генератора осуществляется с использованием обратимого двухзвенного статического преобразователя частоты, подключенного одним входом к статорной обмотке асинхронного генератора, другим входом к роторной обмотке того же асинхронного генератора. Изменяя параметры напряжения на одном из входов обратимого преобразователя частоты, подключенного к роторной обмотке асинхронного генератора, можно осуществлять регулирование параметров выходного напряжения статора синхронного генератора силового канала системы генератор-двигатель на переменном токе.

Электрическая передача мощности тягового транспортного средства на переменном токе, конструкция которой представлена на фиг.1, состоит из первичного теплового двигателя 1, механически соединенного с валом асинхронного генератора переменного тока с фазным ротором 2. Статорная обмотка асинхронного генератора переменного тока подключена непосредственно к статорной обмотке тягового асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором 3, вал которого соединен с валом гребного винта 4 (движителем транспортного средства). Роторная обмотка асинхронного генератора переменного тока подключена к одному из входов 5 обратимого статического преобразователя частоты 6. Другой вход 7 обратимого статического преобразователя частоты подключен непосредственно к статорным обмоткам асинхронного генератора 2 и тягового асинхронного электродвигателя 3.

Обратимый преобразователь частоты 6, электрическая схема которого представлена на фиг.2, содержит два входа 5 и 7, подключенных по цепи переменного напряжения к двум инверторам напряжения 8 и 9. Инверторы напряжения 8 и 9 соединены между собой по цепи постоянного напряжения встречно, образуя звено постоянного тока 10, в цепь которого включены накопительный конденсатор 11 и источник постоянного тока 12. Положительный вывод источника постоянного тока 12 подключен к положительной шине звена постоянного тока 13, имеющей внешний вывод 14. Отрицательный вывод источника постоянного тока 12 подключен к коллектору зарядного транзистора 15 и катоду антипараллельного диода 16. Эмиттер транзистора 15 подключен к аноду антипараллельного диода 16 и отрицательной шине 17 звена постоянного тока преобразователя частоты, также имеющей внешний вывод 18.

Предлагаемая электрическая передача работает следующим образом. Асинхронный генератор 2 представляет собой классическую асинхронную машину с фазным ротором, работающую в синхронном режиме. Особенностью такой энергетической установки на переменном токе является возбуждение генератора 2 со стороны ротора. При возбуждении роторной обмотки переменным током изменяемой частоты при постоянной (либо переменной, либо изменяющейся) частоте вращения первичного теплового двигателя 1 будет происходить изменение частоты напряжения на статорной обмотке асинхронного генератора 2. Изменение частоты и уровня напряжения на статорной обмотке асинхронного генератора 2 будет приводить к изменению частоты и уровня напряжения статорной обмотки. Как следствие, будет осуществляться регулирование частоты вращения тягового гребного электродвигателя 3 и приводимого им во вращение винта 4. Связь частот вращения магнитных полей, создаваемых обмотками ротора и статора, и частоты вращения ротора асинхронного генератора 2 может быть записана согласно

ω c = ω в p ± ω p ,

где ωс - частота вращения поля (частота напряжения) обмотки статора, ωв - механическая частота вращения ротора, р - число пар полюсов электрической машины, ωр - 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. Регулирование выходной частоты напряжения асинхронного генератора 2 осуществляется регулированием частоты напряжения обмотки ротора в зависимости от текущей частоты вращения первичного теплового двигателя 1.

Таким образом, обмотка статора асинхронного генератора 2 является для него выходной и работает в генераторном режиме. Обмотка ротора асинхронного генератора 2 является для него входной и может работать как в генераторном режиме, так и в режиме потребителя в зависимости от направления вращения поля (порядка следования фаз питающего напряжения) обмотки ротора. Однако для перехода обмотки ротора в режим потребителя требуется дополнительный внешний источник электрической энергии, который может быть подключен к шинам постоянного тока 14, 18 обратимого преобразователя частоты 6.

Соотношение частот вращения и энергетические характеристики асинхронного генератора 2 при его работе в синхронном режиме работы при прямом и обратном порядке следования фаз питающего напряжения обмотки ротора (при работе обмотки ротора в режимах генератора и потребителя) относительно направления вращения вала генератора 2 представлены на фиг.3. Энергетические зависимости представлены без учета потерь в элементах системы. Согласно приведенным зависимостям видно, что при обратном порядке следования фаз питающего напряжения обмотки ротора относительно направления вращения вала генератора 2 будет происходить регулирование частоты напряжения статора вниз от максимально возможной, определяемой как ω p p , а при прямом порядке следования фаз будет происходить регулирование частоты напряжения статора вверх от ω p p .

Для пуска всей энергетической установки и первоначального возбуждения генераторной системы 1, 2, 6 электрический преобразователь 6 содержит в своем составе химический источник постоянного тока 12 при отсутствии посторонних источников электроэнергии либо имеет внешние выводы 14, 18 звена постоянного тока обратимого двухзвенного электрического преобразователя 6 при наличии посторонних источников электрической энергии. Для осуществления подзарядки химического источника постоянного тока 12 предусмотрена зарядная цепочка, состоящая из транзистора 15, работающего в ключевом режиме, ограничивающем ток заряда при работе энергетической установки в штатном режиме.

Мощность, пропускаемая через обратимый электрический преобразователь 6, зависит от глубины регулирования частоты напряжения обмотки статора относительно ω p p и характера нагрузки генераторного агрегата системы 1, 2, 6. В данном случае для гребной электрической установки и для гребного асинхронного электродвигателя 3 справедливо соотношение между мощностью на валу винта 4 и его частотой вращения

Р=k·ω3,

где k - коэффициент пропорциональности.

Частота вращения вала гребного винта 4 практически определяется частотой питающего напряжения гребного асинхронного электродвигателя 3. Тогда согласно приведенным зависимостям можно определить зависимость мощности, пропускаемой через обратимый электрический преобразователь 6 в функции, от частоты напряжения статорной обмотки

P p = ω c 2 ( ω в ω c ) ,

график которой приведен на фиг.4.

Преимуществом данной энергетической установки для приведения в движение вала гребного винта является повышение энергетической эффективности и улучшение массогабаритных характеристик, повышение надежности всей системы, незначительная мощность не более 15%, коммутируемая через обратимый электрический преобразователь, а также простота организации системы возбуждения.

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

1. Электрическая передача мощности тягового транспортного средства на переменном токе, содержащая первичный тепловой двигатель, механически соединенный с валом асинхронного генератора переменного тока с фазным ротором, статорная обмотка которого подключена непосредственно к статорной обмотке тягового асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, вал которого соединен с движителем транспортного средства, а роторная обмотка асинхронного генератора переменного тока подключена к одному из входов обратимого статического преобразователя частоты, отличающаяся тем, что другой вход обратимого статического преобразователя частоты подключен непосредственно к соединенным между собой статорным обмоткам асинхронного генератора и тягового асинхронного электродвигателя.

2. Электрическая передача мощности тягового транспортного средства по п. 1, отличающаяся тем, что в цепь постоянного тока двухзвенного обратимого преобразователя частоты включен источник постоянного тока, плюс которого подключен к положительной шине звена постоянного тока, имеющей внешний вывод, а минус - к коллектору зарядного транзистора и катоду антипараллельного диода, эмиттер транзистора подключен к аноду антипараллельного диода и отрицательной шине звена постоянного тока преобразователя частоты, также имеющей внешний вывод.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к судостроению. Судовая валогенераторная установка, подключаемая к винту (4) гребному, имеет в своем составе двигатель (1) приводного вала, разъединительные муфты (2), (5), редуктор (3) и валогенератор (6) (электрическую машину с возбуждением от постоянных магнитов).

Изобретение относится к области судовых энергетических установок. .

Изобретение относится к водному транспорту, а именно к способу управления судовой комбинированной энергетической установкой. .

Изобретение относится к судостроению, в частности к судовым электроэнергетическим установкам с преобразователями частоты и гребными электродвигателями. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электростанции. .

Изобретение относится к судовым двигательно-движительным установкам. .

Изобретение относится к судовым двигательно-движительным установкам. .

Изобретение относится к корабельным электроэнергетическим системам, в частности, дизель-электрических подводных лодок и подводных аппаратов с аккумуляторными батареями (АБ), являющимися единственными источниками электроэнергии в подводном положении, а также надводных кораблей с электродвижением, имеющим в качестве резервного (аварийного) источника электропитания АБ.

Изобретение относится к гидро- и аэродинамике объектов, находящихся и движущихся в пространстве, и может быть использовано в судостроении и ракетостроении. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для электропитания, по меньшей мере, одной асинхронной машины на борту летательного аппарата.

Изобретение относится к электроснабжению транспортных средств, в частности к силовым полупроводниковым преобразователям для пассажирских и грузовых тепловозов, преобразующим энергию переменного тока на входе в энергию переменного тока на выходе.

Изобретение относится к гибридной двигательной и трансмиссионной системе для мотоциклов. .

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, точнее к комбинированным силовым установкам, предназначенным, преимущественно, для гибридных транспортных средств.

Изобретение относится к электроприводу переменного тока автономных объектов. .

Изобретение относится к области транспорта и направлено на усовершенствование силовых установок с дизель-электрической приводной системой. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в дизель-электрической системе привода с возбуждаемым постоянными магнитами синхронным генератором.

Изобретение относится к гибридной силовой передаче бесступенчатой трансмиссии сельскохозяйственного транспортного средства. .

Изобретение относится к транспортным средствам, содержащим устройство приведения в движение нагрузки. .

Изобретение относится к электрооборудованию тягового транспортного электроподвижного состава. .

Изобретение относится к области электрических тяговых систем с машинами переменного тока. Электромеханическая трансмиссия содержит тепловой двигатель, тяговое устройство, две реактивные индукторные машины, электронный коммутатор, силовые электрические шины, накопитель электрической энергии, блок управления. Каждая индукторная машина содержит ротор, на валу которого закреплен зубчатый магнитопровод, статор с полюсами и фазными обмотками. Накопитель энергии содержит пленочный конденсатор. Трансмиссия дополнительно снабжена вторым накопителем энергии, подключенным к первому накопителю энергии и второй силовой шине. Первые выводы фазных обмоток второй индукторной машины соединены с электронным коммутатором, а вторые выводы обмоток первой и второй индукторных машин подключены к точке соединения первого и второго накопителей энергии. Электронный коммутатор содержит цепи, в каждой из которых управляемый ключ соединен с фазной обмоткой первой индукторной машиной и катодом диода и с первой силовой шиной. Достигается улучшение характеристик трансмиссии. 2 ил.
Наверх