Устройство рекуперации энергии транспорта с электрическим приводом



Устройство рекуперации энергии транспорта с электрическим приводом
Устройство рекуперации энергии транспорта с электрическим приводом
Устройство рекуперации энергии транспорта с электрическим приводом

 


Владельцы патента RU 2537206:

Леонов Игорь Владимирович (RU)

Устройство рекуперации энергии транспорта с электрическим приводом содержит дополнительно установленное на неподвижном основании управляющее устройство, связанное с одной стороны с электромаховичным устройством рекуперации энергии торможения, а с другой стороны с внешней цепью электропитания и блоком электропитания постоянным током. Тем самым установка рекуператора энергии торможения на неподвижном основании не приводит к увеличению подвижной массы транспорта с электрическим приводом и повышает КПД рекуперации энергии торможения. Применение его позволяет производить рекуперацию энергии торможения в широком диапазоне скоростей и нагрузок. Технический результат заключается в снижении потерь энергии и повышении экономичности процесса рекуперации энергии транспорта с электрическим приводом на любых неустановившихся режимах работы 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области рекуперации энергии торможения грузоподъемных и транспортных машин с электрическим приводом постоянного тока, а также к устройствам для осуществления указанной технологии.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известно устройство рекуперации энергии торможения транспорта с электрическим приводом [1] (Гулиа Н.В. "Инерция" - М.: Наука, 1982. - 152 с.). Профессор Н.В. Гулиа в своей книге [1] пишет, что «самый большой расточитель энергии - это метропоезд. Каждый его вагон при торможении теряет энергию 20-и автобусов. … Американские специалисты подсчитали, что потери электроэнергии в метро достигают в сутки 300 триллионов Джоулей, что сопоставимо с суточными потребностями всего штата. … Американские инженеры создали и испытали систему рекуперации энергии метровагона с маховиками, приводящимися от обратимой электрической машины постоянного тока. Экспериментальный метровагон метро снабжался двумя устройствами рекуперации энергии торможения массой более 2 тонн каждое и длиной около 3 м, причем масса самих маховиков составляла около 1/10 общей массы, а более значительная часть приходилась на долю управляющих обратимых электромашин».

На фиг.1 представлена принципиальная схема известного транспортного средства [1], оснащенного электроприводом постоянного тока и устройством рекуперации энергии торможения, состоящего из следующих частей: 1 - вал; 2 - маховик; 3 - обратимая электромашина постоянного тока. Транспортное устройство 10 с электрическим приводом приводится в движение от тягового электродвигателя 5 постоянного тока, соединенного с движущими колесами. Внутренняя цепь электропитания 9 тягового электродвигателя 5 транспортного средства 10 соединена токосъемником 6 с внешней цепью электропитания 7 и с блоком электропитания постоянным током 8, находящимся на неподвижном основании 11. Тяговый электродвигатель 5 постоянного тока, включенный во внутреннюю цепь электропитания 9, управляется с помощью управляющего устройства 4, которое осуществляет питание его как от внешней цепи электропитания 7 через токосъемник 6, так и от обратимой электромашины 3, осуществляющей в режиме электрогенератора преобразование кинетической энергии маховика 2 в электроэнергию. При торможении управляющее устройства 4 может отключать внешнюю цепь электропитания 7 и переключать тяговый электродвигатель 5 в режим электрогенератора, а обратимую электромашину 3 - в режим электродвигателя, что приводит к увеличению скорости вращения маховика 2 и накоплению кинетической энергии. Таким образом управляющее устройство 4, на которое воздействует сигнал ψ4 водителя, переводит машину в режим торможения с рекуперацией кинетической энергии торможения в маховик или в режим движения с постоянной скоростью или разгона с использованием ранее запасенной энергии маховика, преобразуемой в электроэнергию обратимой электромашиной 3. Экономия электроэнергии устройства рекуперации энергии транспорта с электрическим приводом в эксплуатации достигала около 30%.

Однако известное устройство рекуперации энергии транспорта с электрическим приводом имеет следующие недостатки:

а) значительное увеличение стоимости, габаритных размеров и массы транспортного устройства;

б) снижение полезной нагрузки транспортного устройства и КПД рекуперации, так как возникает необходимость рекуперировать энергию торможения дополнительной значительной массы устройства рекуперации.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков устройств рекуперации энергии транспорта с электрическим приводом и увеличение КПД рекуперации энергии за счет снижения подвижной массы электрического транспорта. Поставленная цель достигается тем, что рекуператор энергии торможения ставится не на транспортном средстве, а на неподвижном основании и связывается через дополнительное управляющее устройство с внешней цепью электропитания и блоком электропитания постоянным током. Тем самым установка рекуператора энергии торможения не приводит к увеличению подвижной массы транспорта с электрическим приводом.

Известно устройство рекуперации энергии транспорта с электрическим приводом, включающее неподвижное основание с установленными на нем внешней цепью электропитания и блоком электропитания постоянным током, соединенными между собой, а также транспортное средство с установленными в нем управляющим устройством, соединенным внутренней цепью электропитания с тяговым электродвигателем постоянного тока и устройством рекуперации энергии торможения, состоящим из обратимой электромашины постоянного тока, соединенной валом с маховиком; причем управляющее устройство соединено токосъемником с внешней цепью электропитания.

Предлагается устройство рекуперации энергии транспорта с электрическим приводом, отличающееся тем, что в нем дополнительно установлено на неподвижном основании управляющее устройство, связанное с одной стороны с устройством рекуперации энергии торможения, а с другой стороны с внешней цепью электропитания и с блоком электропитания постоянным током.

Новые полезные свойства предлагаемого устройства рекуперации энергии транспорта с электрическим приводом появляются в результате того, что электропитание рекуператора энергии торможения переносится из внутренней цепи электропитания транспортного средства во внешнюю цепь электропитания.

Существенные признаки предлагаемого устройства, которые совпадают с признаками аналога, заключаются в том, что предлагаемое устройство включает неподвижное основание, вал, маховик, тяговый двигатель и обратимую электромашину постоянного тока, внутреннюю и внешнюю цепи электропитания транспортного средства, связанные токосъемником и управляющим устройством.

Существенное отличие предлагаемого устройства от аналога заключаются в том, что включает дополнительное управляющее устройство, которое установлено на неподвижном основании и соединено с внешней цепью электропитания транспортного средства. Это является важным отличием предлагаемого устройства от аналога, так как позволяет установить дополнительное управляющее устройство на неподвижном основании.

Дополнительное отличие предлагаемого устройства состоит в том, что дополнительно управляющее устройство имеет независимый вход для коррекции и настройки характеристики.

Существенные признаки предлагаемого устройства, которые не совпадают с признаками аналога, заключаются в том, что включает дополнительное управляющее устройство, которое соединено с внешней цепью электропитания транспортного средства и рекуператором энергии торможения.

Основная совокупность существенных признаков заявляемого устройства, позволяющая реализовать достижение заявленного технического результата, заключается в том, что в нем дополнительно установлено на неподвижном основании второе управляющее устройство, связанное с одной стороны с устройством рекуперации энергии торможения, а с другой стороны с внешней цепью электропитания и блоком электропитания постоянным током.

Известно устройство рекуперации энергии транспорта с электрическим приводом, включающее неподвижное основание с установленными на нем внешней цепью электропитания и блоком электропитания постоянным током, соединенными между собой, а также транспортное средство с установленными в нем управляющим устройством, соединенным внутренней цепью электропитания с тяговым электродвигателем постоянного тока и устройством рекуперации энергии торможения, состоящим из обратимой электромашины постоянного тока, соединенной валом с маховиком; причем управляющее устройство соединено токосъемником с внешней цепью электропитания, отличающееся тем, что в нем дополнительно установлено на неподвижном основании второе управляющее устройство, связанное с одной стороны с устройством рекуперации энергии торможения, а с другой стороны с внешней цепью электропитания и блоком электропитания постоянным током.

Дополнительное отличие предлагаемого устройства состоит в том, что известное общее управляющее устройство тягового электродвигателя 5 и обратимой электромашины 3 рекуператора разделяется на два отдельных, стоящих во внутренней и внешней сетях электропитания, а дополнительно управляющее устройство имеет независимый вход для коррекции и настройки его характеристики в зависимости от числа работающих на линии транспортных средств. Управляющим импульсом управляющего устройства 12, служащего для организации процессом рекуперации энергии торможения, является сигнал управления в зависимости от величины и направления потока энергии в сети постоянного тока (внешней и внутренней), формирующийся путем сравнения напряжений электрической цепи переменного и постоянного тока. Этот сигнал связан с напряжениями во внешней и внутренней цепи электропитания, характеристикой блока электропитания 8 и с нагрузкой транспортной машины, пропорциональной току тягового двигателя.

Лучший вариант устройства заключается в том, что дополнительное управляющее устройство имеет независимый вход для оперативного вмешательства в работу его при превышении скорости вращения маховика допустимой скорости и других аварийных обстоятельствах.

Сравнение свойств заявляемого и известного решений показывает, что у заявляемого решения появляются новые свойства, не совпадающие со свойствами известных решений, и что заявляемое решение обладает существенными отличиями.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.2 изображена схема предлагаемого устройства рекуперации энергии транспорта с электрическим приводом, которое включает неподвижное основание 11 с установленными на нем дополнительным управляющим устройством рекуперации энергии торможения 12, которое связано с внешней цепью электропитания 7, блоком электропитания 8 постоянным током и электромеханическим аккумулятором энергии, состоящим из соединенных между собой валом 1 обратимой электромашины 3 постоянного ток и маховика 2. Причем, дополнительное управляющее устройство 12 имеет независимый вход управления ψ12 для оперативного вмешательства в работу его при превышении скорости вращения маховика допустимой скорости и других аварийных обстоятельствах.

Транспортное устройство 10 с электрическим приводом приводится в движение от тягового электродвигателя 5 постоянного тока, соединенного с движущими колесами. Тяговый электродвигатель 5 постоянного тока, который включен во внутреннюю цепь электропитания 9 и управляется с помощью управляющего устройства 4, осуществляющее его питание его от внешней цепи электропитания 7 через токосъемник 6. Управление транспортным средством 10 осуществляется водителем при помощи управляющего устройства 4, воздействующим на вход ψ4 его. Причем, управляющее устройство 4 соединено с внешней цепью электропитания 7 токосъемником 6.

Управляющее устройство 12, соединенное с одной стороны с внешней цепью электропитания 7, а с другой стороны с блоком питания постоянным током и устройством рекуперации энергии торможения, служит для организации процесса рекуперации энергии торможения.

Лучший вариант устройства заключается в том, что дополнительное управляющее устройство 12 имеет независимый вход для оперативного вмешательства в работу его при превышении скорости вращения маховика 2 допустимой скорости и других аварийных обстоятельствах.

Работа устройства

Движение транспортного средства 10 управляется водителем воздействием на вход ψ4 управляющего устройства 4, которое, в свою очередь, воздействует на тяговый электродвигатель 5 (фиг.2). Скорость транспортного устройства 10 определяется развиваемой мощностью тягового электродвигателя 5 и мощностью сил сопротивления движению. При равенстве их происходит установившееся движение с постоянной скоростью. Таким образом при установившемся движении транспортного устройства наблюдается баланс сил движущих и сопротивления.

Остановка движения транспортного устройства вызывается воздействием водителя на вход ψ4 управляющего устройства 4 на снижение мощности тягового двигателя 8, т.е. нарушением баланса сил движущих и сопротивления, которое сопровождается увеличением напряжения во внешней цепи электропитания 7. Рекуперативное торможение, вызываемое переключением тягового электродвигателя 5 в режим электрогенератора, сопровождается еще большим ростом напряжения во внешней цепи электропитания 7, так как вызывается изменением направления потока энергии от транспортного средства 10 во внешнюю цепь электропитания 7.

Диаграмма изменения напряжения U во внешней цепи электропитания 7, служащее управляющим импульсом для организации процессом рекуперации энергии торможения, представлена на фиг.3. Статистическая характеристика напряжения U во внешней цепи электропитания 7 связана характеристикой блока электропитания 8 с нагрузкой W (ток или мощность) во внутренней цепи электропитания 9. Эту характеристику условно можно разделить на три зоны: 1 - зона рекуперативного торможения при переводе водителем транспортного средства тягового электродвигателя в генераторный режим; 2 - зона равномерного установившегося движения транспортного средства с постоянной скоростью; 3 - зона разгона транспортного средства с повышенной водителем мощностью тягового электродвигателя.

При снижении мощности W и тока тягового двигателя 5 напряжение U во внешней цепи электропитания 7, определяемое характеристикой блока электропитания 8, растет. При росте мощности W и тока тягового двигателя 5 напряжение U во внешней цепи электропитания 7, определяемое характеристикой блока электропитания 8, падает. Эту характеристику можно рассчитать или определить экспериментальным образом. Она должна учитывать статистическую характеристику режимов движения электрического транспорта. Естественно, она будет иметь отличия от динамической характеристики и должна учитывать параметры электромаховичного рекуператора энергии торможения, поэтому в управляющее устройство 12 необходимо вводить ограничение по скорости вращения вала 1, чтобы избежать разрыва маховика 2. Для этого система управления 10 должна иметь дополнительный вход управления ψ12 для коррекции характеристик, и с этой задачей лучше всего справится ЭВМ.

Работа предлагаемой системы рекуперации происходит следующим образом. При торможении с рекуперацией энергии напряжение во внешней сети 7 (зона 1 на фиг.3) в виду изменения направления потока энергии резко возрастает и система управления 12 переключает обратимую электромашину 3 в режим двигателя, что приводит к увеличению скорости вращения и запаса кинетической энергии маховика 2. При остановке транспортного средства 10 и в зоне движения 2 с постоянной скоростью напряжение U внешней сети 7 снижается до Uхолостого хода и управляющее устройство 12 отключает обратимую электромашину 3 от внешней сети электропитания 7. При разгоне воздействием водителя ψ4 на управляющее устройство 4 для увеличения скорости движения транспортного средства (зона 3 фиг.3) возрастает мощность W, потребляемая тяговым электродвигателем 5 от внешней сети 7, и напряжение падает U ниже значения его на холостом ходу и стоянке, поэтому система управления 12 переключает обратимую электромашину 3 в режим электрогенератора, который отдает электрическую энергию во внешнюю сеть 7, снижая скорость вращения маховика 2. Таким образом при разгоне дисбаланс сил движущих и сопротивления нарушается и дополнительная энергия передается от маховика 2 транспортному средству 10.

При торможении машины дисбаланс сил движущих и сопротивления нарушается в обратную сторону, что вызывает изменение направления движения энергии от тягового электродвигателя 5, работающего в режиме электрогенератора, к обратимой электромашине 3, работающей в режим электродвигателя и раскручивающей маховик 2.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Заявляемое устройство рекуперации энергии транспорта с электрическим приводом позволяет повысить эффективность расхода электроэнергии по сравнению с известными устройствами. Применение его позволяет снизить потери энергии и повысить экономичность на любых неустановившихся режимах работы путем рекуперации энергии торможения.

1. Устройство рекуперации энергии транспорта с электрическим приводом, включающее неподвижное основание с установленными на нем внешней цепью электропитания и блоком электропитания постоянным током, соединенными между собой, а также транспортное средство с установленными в нем управляющим устройством, соединенным внутренней цепью электропитания с тяговым электродвигателем постоянного тока и устройством рекуперации энергии торможения, состоящим из обратимой электромашины постоянного тока, соединенной валом с маховиком; причем управляющее устройство соединено токосъемником с внешней цепью электропитания, отличающееся тем, что в нем дополнительно установлено на неподвижном основании управляющее устройство, связанное с одной стороны с устройством рекуперации энергии торможения, а с другой стороны с внешней цепью электропитания и блоком электропитания постоянным током.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительное управляющее устройство имеет независимый вход для коррекции и настройки его характеристики.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к приводу экскаватора с рядом отдельных приводов, таких как привод поворотного механизма, подъемный привод, привод ковша и привод рукояти, причем для привода поворотного механизма предусмотрены два реверсивных регулируемых устройства, связанных, по меньшей мере, с одним аккумулятором энергии.

Изобретение относится к области инерционных трансформаторов и может найти широкое применение в автомобилестроении. Инерционный трансформатор содержит систему из соосно расположенных ведущего (1) и ведомого (2) валов и по меньшей мере одной пары рычагов.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к импульсно-инерционным движителям, и может быть использовано в любых видах транспортных средств. .

Изобретение относится к рекуперации энергии торможения транспортных машин, такие как гибридные силовые установки с ДВС и электромобили. .

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в конструкциях грузоподъемных машин. .

Изобретение относится к транспортному машиностроению. .

Изобретение относится к инерционным системам накопления и преобразования энергии и может быть использовано для привода различных машин, транспортных средств и др.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано на транспортных средствах. .

Изобретение относится к области машиностроения, предназначено для приводных, преобразовательных и исполнительных устройств и может быть использовано в гражданском, промышленном, энергетическом и дорожном строительстве.

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для передачи вращающего момента, в частности, для автомобиля с гидравлической муфтой, например с гидродинамической муфтой Феттингера, или преобразователем вращающего момента.

Изобретение относится к управлению гибридным транспортным средством. Система управления гибридным транспортным средством содержит модуль определения напряжения аккумулятора; модуль управления напряжением в рамках диапазона заданного предельного напряжения; модуль управления мощностью, который вычисляет второе значение мощности, доступное стабильно от текущего времени в течение предварительно определенного времени, на основе состояний аккумулятора и в соответствии с результатами вычисления управляет выводом аккумулятора.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к области первичных двигателей транспортного средства, характеризующихся несколькими маховиками с гироскопическим эффектом, а также к способу управления частотой вращения электрических машин указанного устройства.

Изобретение относится к приводной системе гибридного транспортного средства. Приводная система гибридного транспортного средства содержит аккумулятор, который подает электроэнергию в электромотор; первый и второй механизм переключения передач и первую и вторую часть зацепления и расцепления.

Изобретение относится к области индикации мгновенного расхода топлива в транспортном средстве. Система отображения информации для транспортного средства содержит устройства: управления, предназначенное для определения текущего мгновенного значения эффективности на основании текущих условий работы транспортного средства; приема информации, относящейся к тормозной системе; вычисления откорректированного мгновенного значения эффективности.

Изобретение относится к гибридной системе привода транспортного средства. Блок привода задних колес включает в себя моторы (2A, 2B) для привода транспортного средства, гидравлические тормоза (60A, 60B), установленные в линиях трансмиссии между моторами (2A, 2B) и задними колесами, электронный блок управления (45) и одностороннюю муфту (50), установленную параллельно гидравлическим тормозам (60A, 60B) между мотором и колесами.

Изобретение относится к приводным механизмам для передачи крутящего момента. Приводной механизм для передачи крутящего момента на первый и второй ведомый элемент содержит привод и переключающий элемент, связанный с приводом.

Изобретение относится к гидравлическому регулятору для системы привода транспортного средства. Гидравлический регулятор включает в себя устройство подачи текучей среды, осуществляющее подачу текучей среды в гидравлическое соединительно-разъединительное устройство, снабжаемый текучей средой блок и распределительный клапан, установленный в канале подачи текучей среды, соединяющем устройство подачи текучей среды со снабжаемым текучей средой блоком, или расположенный таким образом, чтобы отделять гидравлический канал, соединяющий устройство подачи текучей среды с гидравлическим соединительно-разъединительным устройством, от канала подачи текучей среды.

Изобретение относится к системе привода гибридного транспортного средства. Система привода гибридного транспортного средства содержит двигатель внутреннего сгорания, электромотор, блок аккумуляторных батарей и механизм трансмиссии.

Изобретение относится к управлению транспортным средством с гибридным приводом. Устройство управления для транспортного средства с гибридным приводом содержит блок определения потребности ускорения; блок управления передвижением; блок оценки нагрузки, действующей на транспортное средство; блок определения пусковой скорости и блок запуска двигателя внутреннего сгорания.

Изобретение относится к электромеханической силовой передаче трактора, предпочтительно, с гусеничными движителями. Электромеханическая трансмиссия содержит двигатель внутреннего сгорания, мотор-генератор, электрически связанный с оппозитно расположенными относительно продольной оси трактора тяговыми электродвигателями (4).

Изобретение относится к транспортному машиностроению. Трехосный автомобиль с комбинированной энергетической установкой содержит тепловой двигатель, связанный с колесами среднего моста, обратимые электрические машины, трансмиссию и бортовую управляющую систему. Автомобиль выполнен с приводом задних колес от электрических машин, установленных в ступицах колес, ось которых оснащена механизмом подъема. Комбинированный привод среднего моста осуществляется от теплового двигателя и обратимой электрической машины, расположенной в блоке с коробкой передач. Электрические машины привода передних колес расположены на несущей системе автомобиля. Достигается упрощение конструкции и улучшение эксплуатационных характеристик. 1 ил.
Наверх