Электрическая передача мощности тягового транспортного средства на переменном токе

Авторы патента:

Гельвер Фёдор Андреевич (RU)

Гельвер Андрей Андреевич (RU)

Хомяк Валентин Алексеевич (RU)

Лазаревский Николай Алексеевич (RU)

B63H23/24 - электрическим

B60L11/08 - с генераторами и двигателями переменного тока

Владельцы патента RU 2572023:

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

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств с питанием от собственных источников энергоснабжения. Электрическая передача содержит первичный тепловой двигатель, механически соединенный с валом асинхронного генератора переменного тока с фазным ротором. Вал тягового асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором соединен с движителем транспортного средства. Статорная обмотка тягового электродвигателя подключена к первому входу обратимого статического преобразователя частоты. Роторная обмотка асинхронного генератора подключена ко второму входу преобразователя. Статорная обмотка асинхронного генератора через первый автоматический выключатель соединена со статорной обмоткой тягового электродвигателя. Вход выпрямителя напряжения подключен к роторной обмотке асинхронного генератора. Выход выпрямителя соединен с двумя фазами статорной обмотки асинхронного генератора через двухполюсный автоматический выключатель. Технический результат заключается в повышении эффективности и надежности электрической передачи. 1 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.

Известно устройство электрической передачи мощности переменного тока (МПК B60L 11/08, патент RU 2225301 С2, заявка: 2002108683/11, 08.04.2002, Луков Н.М., Космодамианский А.С., Николаев Е.В. Электрическая передача мощности переменного тока тягового транспортного средства), содержащее тепловой первичный 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 по системе генератор-двигатель на переменном токе. Недостатками известного устройства являются сложная система возбуждения асинхронного генератора переменного тока и использование непосредственного преобразователя частоты, имеющего большое число силовых модулей, а также невозможность осуществить реверс тягового электродвигателя без реверсирования первичного теплового двигателя. При создании такой системы возникают проблемы конструктивного характера, вызванные необходимостью использования первичного двигателя с двумя выходными валами, а так же размещением дополнительного синхронного возбудителя.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство электрической передачи мощности переменного тока (МПК B60L 11/08, В63Н 23/24, патент RU 2509002 С2, заявка: 2012112610/11, 30.03.2012, Лазаревский Н.А., Хомяк В.А., Самосейко В.Ф., Гельвер Ф.А., Гагаринов И.В. Электрическая передача мощности тягового транспортного средства на переменном токе), содержащее тепловой первичный двигатель, асинхронный генератор с фазным ротором, тяговый асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, обратимый статический преобразователь частоты. Известная система электрической передачи мощности тягового транспортного средства на переменном токе позволяет повысить энергетическую эффективность, надежность устройства и улучшить массогабаритные характеристики всей энергоустановки. Недостатком известного устройства являются невозможность осуществить реверс тягового электродвигателя без реверсирования первичного теплового двигателя или перемены двух фаз питающего напряжения тягового электродвигателя.

Предлагаемая система электрической передачи мощности тягового транспортного средства на переменном токе помимо выполнения требований эксплуатационного характера позволяет реализовать реверс тягового электропривода. К достоинствам предлагаемой энергосистемы также можно отнести повышение живучести и, как следствие, надежности электрической передачи мощности тягового транспортного средства на переменном токе.

Описанные преимущества достигаются тем, что в схему электрической передачи мощности тягового транспортного средства на переменном токе добавлен управляемый выпрямитель напряжения и два автоматических выключателя с новыми связями, позволяющие реализовать различные режимы питания тягового электропривода.

Электрическая передача мощности тягового транспортного средства на переменном токе, принципиальная схема которой представлена на чертеже, состоит из первичного теплового двигателя 1, механически соединенного с валом асинхронного генератора 2 переменного тока с фазным ротором, тягового асинхронного электродвигателя 3 с короткозамкнутым ротором, вал которого соединен с движителем транспортного средства 4. Статорная обмотка тягового асинхронного электродвигателя 3 подключена к первому входу обратимого статического преобразователя частоты 5, второй вход которого соединен с роторной обмоткой асинхронного генератора 2 переменного тока с фазным ротором. Электрическая передача мощности тягового транспортного средства содержит управляемый выпрямитель напряжения 6 и два автоматических выключателя 7, 8, причем статорная обмотка асинхронного генератора 2 переменного тока через первый автоматический выключатель 7 соединена со статорной обмоткой тягового асинхронного электродвигателя 3. Вход выпрямителя напряжения 6 подключен к роторной обмотке асинхронного генератора 2 переменного тока с фазным ротором, а выход выпрямителя напряжения 6 через двухполюсный автоматический выключатель 8 соединен с двумя фазами статорной обмотки асинхронного генератора 2 переменного тока с фазным ротором.

Предлагаемая электрическая передача может работать в двух режимах работы: режиме полного хода и режиме работы с обеспечением частых реверсов (например, швартовном) или режиме хода с небольшой скоростью. Более подробно рассмотрим каждый из режимов.

Режим полного хода характеризуется питанием тягового асинхронного электродвигателя 3 от асинхронного генератора 2 по системе генератор - двигатель. В данном режиме работы автоматический выключатель 7 замкнут, а автоматический выключатель 8 разомкнут. Асинхронный генератор с фазным ротором 2 работает в синхронном режиме и возбуждается со стороны ротора посредством обратимого статического преобразователя частоты 5 переменным напряжением изменяемой частоты. При изменений действующего значения и частоты напряжения, подводимого к ротору, будет происходить изменение действующего значения и частоты напряжения на статорной обмотке асинхронного генератора 2, что приведет к изменению частоты и уровня питающего напряжения статорной обмотки тягового электродвигателя 3 и, как следствие, к регулированию частоты вращения тягового электродвигателя 3 и приводимого им во вращение движителя 4 (например, винта). Обратимый статический преобразователь частоты 5 согласует напряжения роторной и статорной цепи асинхронного генератора 2. Связь частот вращения магнитных полей, создаваемых обмотками ротора и статора, и частоты вращения ротора асинхронного генератора 2 может быть записана согласно

где ω_c - частота вращения поля (частота напряжения) обмотки статора,

ω_в - механическая частота вращения ротора,

p - число пар полюсов электрической машины,

ω_p - 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 2.

Для пуска всей энергетической установки и первоначального возбуждения генераторной системы 1, 2, 5 обратимый статический преобразователь частоты 5 должен содержать, как и в прототипе предлагаемого устройства, химический источник постоянного тока. В режиме полного хода мощность, передаваемая через обратимый статический преобразователь частоты 5, зависит от глубины регулирования частоты напряжения обмотки статора относительно и характера нагрузки тягового электропривода.

Режим работы с обеспечением частых реверсов (например, швартовый) или режим хода с небольшой скоростью характеризуется питанием тягового асинхронного электродвигателя 3 от роторной обмотки асинхронного генератора 2, через обратимый статический преобразователь частоты 5. При этом асинхронный генератор 2 работает в синхронном режиме и возбуждается со стороны статора посредством выпрямителя напряжения 6 постоянным напряжением. При этом управляемый выпрямитель напряжения 6 получает питание с роторной обмотки асинхронного генератора 2. В данном режиме работы автоматический выключатель 7 разомкнут, а автоматический выключатель 8 замкнут.Асинхронный генератор 2 работает как синхронная машина в генераторном режиме с обмоткой возбуждения (индуктором), расположенной на статоре. Индуктор состоит из двух последовательно соединенных статорных обмоток фаз. Обмотка якоря расположена на роторе и с нее снимается силовое переменное напряжение, частота которого определяется согласно , а уровень напряжения определяется уровнем напряжения обмотки возбуждения. Регулирование частоты вращения и реверс тягового асинхронного электродвигателя 3 осуществляется посредством обратимого статического преобразователя частоты 5. Мощность на валу тягового асинхронного электродвигателя 3 в данном режиме ограничена мощностью обратимого статического преобразователя частоты 5 и мощностью роторной обмотки асинхронного генератора 2. Данный режим работы может быть использован для обеспечения частых реверсов либо для движения транспортного средства с небольшой скоростью.

Преимуществом данной энергетической установки является повышение энергетической эффективности, увеличение живучести, а следовательно, и повышение надежности всей электроэнергетической системы.

Следует отметить, что управляемый выпрямитель напряжения имеет установленную мощность, не превышающую 10% от мощности роторной обмотки асинхронного генератора, а следовательно, коммутационная способность двухполюсного автоматического выключателя также должна быть рассчитана на эту мощность. К достоинствам предлагаемой электроэнергетической системы можно отнести возможность осуществления реверса тягового электродвигателя, а также простоту организации системы возбуждения.

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

Электрическая передача мощности тягового транспортного средства на переменном токе, содержащая первичный тепловой двигатель, механически соединенный с валом асинхронного генератора переменного тока с фазным ротором, тяговый асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, вал которого соединен с движителем транспортного средства, статорная обмотка тягового асинхронного электродвигателя подключена к первому входу обратимого статического преобразователя частоты, второй вход которого соединен с роторной обмоткой асинхронного генератора переменного тока с фазным ротором, отличающаяся тем, что электрическая передача мощности тягового транспортного средства содержит управляемый выпрямитель напряжения и два автоматических выключателя, причем статорная обмотка асинхронного генератора переменного тока через первый автоматический выключатель соединена со статорной обмоткой тягового асинхронного электродвигателя, вход выпрямителя напряжения подключен к роторной обмотке асинхронного генератора переменного тока с фазным ротором, а выход выпрямителя напряжения через двухполюсный автоматический выключатель соединен с двумя фазами статорной обмотки асинхронного генератора переменного тока с фазным ротором.

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств с питанием от собственных источников энергоснабжения. Единая электрическая передача содержит первичный тепловой двигатель механически соединенный с валом асинхронного генератора переменного тока с фазным ротором.

Движительный агрегат корабля // 2565630

Изобретение относится к судостроению, а именно к движительному агрегату корабля, такому как азимутальный движительный агрегат корабля. Движительный агрегат содержит конструкцию оболочки, электрический двигатель, гребной винт, цилиндрическую секцию, поддерживающую секцию, поддерживающий металлический лист.

Движительный агрегат корабля // 2565441

Изобретение относится к судостроению, а именно к движительному агрегату корабля. Движительный агрегат корабля содержит конструкцию (1) оболочки, электрический двигатель (3), замкнутую жидкостную систему (9) охлаждения, которая имеет внутреннее пространство (10).

Электроэнергетическая установка судна // 2560198

Изобретение относится к судостроению, в частности к электроэнергетическим установкам судов. Электроэнергетическая установка судна содержит главный первичный тепловой двигатель, редуктор, разобщительную муфту, гребную электрическую машину, гребной винт, электрический преобразователь, главный распределительный щит, коммутационные элементы, вспомогательный дизель-генератор, статический источник постоянного тока и потребители собственных нужд.

Движительная система // 2553530

Изобретение относится к компоновке для подачи электрической энергии к движительной системе морского судна. Компоновка для подачи электрической энергии к движительной системе морского судна содержит двигатель гребного винта, генератор переменного тока и преобразователь частоты.

Силовая установка // 2551050

Изобретение относится к судостроению, а именно к силовым установкам. Силовая установка включает в себя кожух, вал, гребной винт, кольцевой корпус и электродвигатель обращенного типа.

Движительная система // 2544268

Изобретение относится к устройству для подачи движительной энергии к движительной системе с противоположно вращающимися гребными винтами в морском судне. Устройство содержит первый гребной винт, приводимый вращающимся силовым агрегатом, и второй гребной винт, приводимый двигателем переменного тока.

Судовая пропульсивная валогенераторная установка // 2543110

Изобретение относится к судостроению, в частности к судовым электроэнергетическим системам с комбинированными пропульсивными установками. Судовая пропульсивная валогенераторная установка содержит двигатель приводного вала, редуктор, валогенератор, шины, преобразователь частоты, трехфазные статорные обмотки, диоды, цепи управления, выпрямительные мосты.

Судовая валогенераторная установка // 2535768

Изобретение относится к судовым электроэнергетическим установкам с валогенераторами и полупроводниковыми преобразователями частоты. Судовая валогенераторная установка содержит главный двигатель, разъединительную муфту, валопровод, гребной винт, валогенератор, электрическую цепь, первый и второй датчики тока, входной дроссель, преобразователь частоты, выходной дроссель, LC-фильтр, первый и второй автоматические выключатели, шины судовых электропотребителей, дополнительный генератор, механически связанный с дополнительным двигателем, конденсаторный накопитель звена постоянного тока с датчиком напряжения.

Судовая электроэнергетическая установка // 2533869

Изобретение относится к судостроению, в частности к судовым электроэнергетическим установкам с комбинированным пропульсивным комплексом. Судовая электроэнергетическая установка имеет в своем составе главный тепловой двигатель, разъединительную муфту, дополнительный тепловой двигатель, соединенный с дополнительным генератором, главные шины, шины питания судовых электропотребителей, систему управления установки, автоматические выключатели, датчики тока и датчики напряжения, первый управляемый и обратимый преобразователь частоты, который имеет управляемые выпрямитель и инвертор, конденсаторный накопитель звена постоянного тока, локальный блок управления, также дополнительный гребной электродвигатель, подсоединенный к гребному винту и второй гребной электродвигатель кольцевой конструкции с встроенным вторым гребным винтом, второй преобразователь частоты, преобразователь напряжения и четыре силовые электрические цепи.

Единая электрическая передача мощности тягового транспортного средства на переменном токе // 2571846

Способ согласованного управления электромеханической трансмиссией гибридных транспортных средств // 2557686

Изобретение относится к гибридным транспортным средствам с электромеханической трансмиссией. Способ согласованного управления электромеханической трансмиссией гибридного транспортного средства заключается в том, что в каждый момент времени реализуют режим максимальной экономичности или максимальной динамичности работы трансмиссии.

Электрическая передача мощности переменного тока тягового транспортного средства с микропроцессорной системой управления // 2554911

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Электрическая передача переменного тока транспортного средства с микропроцессорной системой управления содержит тепловой двигатель, вал которого соединен с валом трехфазного синхронного генератора.

Способ согласованного управления электромеханической трансмиссией транспортных средств // 2543434

Изобретение относится к способу согласованного управления электромеханической трансмиссией транспортного средства. В способе предварительно задают минимальные и максимальные параметры каждого тягового электродвигателя, мотор-генератора, теплового двигателя, тяговых электродвигателей.

Электромеханическая трансмиссия // 2529306

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.

Электрическая передача мощности тягового транспортного средства на переменном токе // 2509002

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.

Устройство и способ электрического питания, по меньшей мере, одной асинхронной машины на борту летательного аппарата // 2474950

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

Преобразовательный комплекс энергоснабжения тепловоза // 2470436

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.

Гибридная двигательная и трансмиссионная система для мотоциклов // 2461471

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

Модуль преобразования электроэнергии для комбинированной энергетической установки транспортного средства // 2459719

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

Способ и система контроля системы энергосбережения транспортного средства для планирования поездок // 2578909

Изобретение относится к контролю системы энергосбережения транспортного средства. Система планирования поездок включает в себя компьютеры, расположенные удаленно от электромобиля и выполненные с возможностью получать данные об общей денежной сумме, которую пользователь планирует потратить на зарядку электромобиля для совершения поездки, и получать данные о состоянии заряда одного или нескольких аккумуляторных блоков, имеющихся в электромобиле. Также отображается расчетное расстояние, которое пользователь может проехать, на основании состояния заряда и расчетного заряда, полученного в результате зарядки электромобиля в соответствии с указанной общей денежной суммой. Решение направлено на оптимизацию планирования поездок. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.