RU2721864C1 - Электродвижительная установка транспортного средства - Google Patents

Электродвижительная установка транспортного средства Download PDF

Info

Publication number
RU2721864C1
RU2721864C1 RU2019100662A RU2019100662A RU2721864C1 RU 2721864 C1 RU2721864 C1 RU 2721864C1 RU 2019100662 A RU2019100662 A RU 2019100662A RU 2019100662 A RU2019100662 A RU 2019100662A RU 2721864 C1 RU2721864 C1 RU 2721864C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage source
output
electric
transistor
matching
Prior art date
Application number
RU2019100662A
Other languages
English (en)
Inventor
Федор Андреевич Гельвер
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр"
Priority to RU2019100662A priority Critical patent/RU2721864C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2721864C1 publication Critical patent/RU2721864C1/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L1/00—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L7/00—Electrodynamic brake systems for vehicles in general
    • B60L7/10—Dynamic electric regenerative braking
    • B60L7/14—Dynamic electric regenerative braking for vehicles propelled by ac motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L9/00—Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • B60L9/16—Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors
    • B60L9/18—Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors fed from dc supply lines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/505—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/515—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M7/521—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Электродвижительная установка транспортного средства содержит систему управления, источник постоянного напряжения, трехфазный инвертор напряжения, собранный на транзисторных полумостах и конденсаторах, тяговый электродвигатель переменного тока, параллельный накопитель электрической энергии и согласующий электрический преобразователь. Источник постоянного напряжения состоит из двух одинаковых секций, соединенных последовательно, и содержит вывод средней – нулевой точки. Конденсаторы трехфазного инвертора напряжения подключены параллельно каждой секции источника постоянного напряжения, причем общая точка соединения конденсаторов и секций источника постоянного напряжения образуют первую выходную фазу трехфазного инвертора напряжения, а выходы двух транзисторных полумостов образуют вторую и третью выходные фазы. Согласующий электрический преобразователь параллельного накопителя электрической энергии состоит из дросселя и двух дополнительных транзисторов с антипараллельно подключенными диодами. Технический результат заключается в повышении надежности и улучшении энергетических характеристик электропривода движительного комплекса. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Предложение относится к тяговому электрическому приводу автономного транспортного средства, содержащему источник постоянного напряжения и тяговый электродвигатель, выполненный на переменном токе и может быть использовано в качестве устройства регулирования тяги, упора, мощности и скорости транспортного средства.
Известно устройство электродвижительной установки транспортного средства [МПК B60L 9/18, RU 2013108861 (А), 21.04.2011, Хатанака Кеита (JP), Устройство управления двигательной установкой электрического транспортного средства и система железнодорожного транспортного средства], содержащее тяговый электродвигатель, фильтр электродвигателя, трехфазный инвертор напряжения, выполненный на шести транзисторах, накопительный конденсатор, тормозной транзистор и резистор, устройство накопления мощности и устройство подключения к электрической сети постоянного тока. Недостатком известного устройства является сложная структура тягового электропривода, одновременное наличие и тормозной цепи и накопителя энергии, наличие фильтра электродвигателя. Еще одним недостатком известного устройства является то, что в случае невозможности накопителем электрической энергии поглотить энергию торможения эта энергия будет выделяться в виде тепла на тормозном резисторе.
Известно устройство электродвижительной установки транспортного средства [МПК B60L 11/18, RU 2505428, номер заявки RU 20110107310, дата 10.09.2102, ДЮПЮИ Филипп (FR), Электрическая тяговая цепь для автотранспортного средства, (ELECTRIC PULLING CHAIN FOR MOTOR VEHICLE)] содержащее тяговый электродвигатель, трехфазный инвертор напряжения, выполненный на шести транзисторах, накопительный конденсатор, источник электрической энергии постоянного напряжения и электрический коммутатор способный осуществлять коммутацию выводов переменного тока с обмоток тягового электродвигателя на выводы зарядного устройства. Достоинством предложения является простая структура электродвижительной установки транспортного средства, а также возможность осуществления заряда источника электрической энергии постоянного напряжения со стороны выводов переменного тока инвертора напряжения. К недостаткам электродвижительной установки транспортного средства можно отнести отсутствие накопителя электрической энергии при осуществлении торможения транспортного средства, а так же то, что при заряде сеть должна иметь устройство, которое должно регулировать ток заряда источника электрической энергии постоянного напряжения. Еще одним недостатком известной установки является то, что она содержит коммутатор цепей обмотки статора тягового электродвигателя и зарядной цепи рассчитанный на полный номинальный ток тягового электродвигателя.
Известно устройство электродвижительной установки транспортного средства [МПК B60L 11/00; B60L 11/18; В61С 3/00, CN 107804326 (А), дата 16.03.2018, МАО YEJUN; LONG YUAN; LI YUMEI; ZHANG WEIXIAN; ZHANG TINGTING; CHEN SHENGCAI; FU PENG; KE JIANMING, номер заявки CN 201711085512, 2017.11.07, Traction motor power supply system and electric locomotive power supply device] содержащее тяговый электродвигатель, четыре автоматических выключателя, трехфазный инвертор напряжения, выполненный на шести транзисторах, накопитель электрической энергии в виде конденсатора, источник электрической энергии постоянного напряжения и зарядную цепь. Достоинством предложения является наличие накопителя электрической энергии и отдельной зарядной электрической цепи рассчитанной только на ток заряда. Недостатком электродвижительной установки транспортного средства является то, что накопитель выполнен параллельно источнику электрической энергии постоянного напряжения и без электрического коммутатора способного регулировать поток энергии и разряжать накопитель энергии до нуля, что не позволяет полезно использовать емкость накопителя в полном объеме. Еще одним недостатком известного устройства является наличие четырех автоматических выключателей, которые организуют различные режимы работы электродвижительной установки, причем три из четырех автоматических выключателя установлены в силовом канале электрического преобразователя и должны быть рассчитаны на коммутацию силового тока электродвижительной установки.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранная в качестве прототипа электродвижительная установка транспортного средства [МПК B60L 11/12; B60L15/20; B60L 3/00, CN 108340784 (А), 31.07.2018, номер заявки CN 2018127046 20180111, 16.01.2017, HIRASAWA TAKAHIKO (JP); CAO JUNMIN (JP), MOTOR VEHICLE] содержащая источник постоянного напряжения, повышающий обратимый электрический преобразователь постоянного напряжения, инверторы напряжения собранные на шести транзисторах, и тяговые электродвигатели. Достоинством известной электродвижительной установки является наличие повышающего обратимого электрического преобразователя постоянного напряжения согласующего напряжение источника постоянного напряжения и тягового электродвигателя, а так же возможность управляемой рекуперации энергии от тягового электродвигателя на заряд источника постоянного напряжения. Наличие повышающего обратимого электрического преобразователя постоянного напряжения позволяет использовать всю емкость источника постоянного напряжения. Недостатком электродвижительной установки транспортного средства является то, что повышающий обратимый электрический преобразователь постоянного напряжения работает во всех режимах работы электродвижительной установки и установлен последовательно между источником постоянного напряжения и тяговым электродвигателем. Следовательно, повышающий обратимый электрический преобразователь постоянного напряжения должен быть рассчитан на полный номинальный ток электродвижительной установки и будет ухудшать ее энергетические характеристики, так как между источником электрической энергии и потребителем будут работать два электрических преобразователя: повышающий обратимый электрический преобразователь постоянного напряжения и трехфазный инвертор напряжения собранный на шести транзисторах.
Основными требованиями предъявляемыми к электродвижительной установке автономного транспортного средства должны являться: высокий показатель энергетической эффективности который тесно связан с автономностью движения транспортного средства; и высокий показатель надежности который характеризует безотказную эксплуатацию в течении продолжительного срока эксплуатации. Надежность электродвижительной установки автономного транспортного определяется качеством и количеством компонентов силовой структуры и системы управления, а также схемотехникой построения самой структуры.
Задачей предлагаемого технического решения является получение простой, но функциональной структуры тягового электропривода транспортного средства.
Предлагаемая электродвижительная установка транспортного средства позволяет упростить структуру силовой части и систему управления трехфазного инвертора напряжения. Инвертор напряжения предложенной электродвижительной установки реализован с использованием всего четырех полностью управляемых ключей. К достоинствам предложенной структуры также следует отнести высокую надежность, высокую энергетическую эффективность, возможность автоматизированного подзаряда источника постоянного напряжения, а так же наличие дополнительного параллельного накопителя электрической энергии с согласующим обратимым преобразователем постоянного напряжения в постоянное. При этом емкость накопителя электрической энергии используется во всем диапазоне напряжении и может быть разряжена в рабочем режиме практически до нуля. Еще одним достоинством предложения является и то, что согласующий обратимый преобразователь постоянного напряжения в постоянное, может быть рассчитан только на то количество электрической энергии (значение тока) которое будет проходить через него в рабочем режиме.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в схеме электродвижительной установки транспортного средства, содержащей систему управления, источник постоянного напряжения, трехфазный инвертор напряжения, собранный на транзисторных полумостах и конденсаторах, и тяговый электродвигатель переменного тока, причем источник постоянного напряжения своим плюсовым и минусовым выводами подключен к одноименным выводам трехфазного инвертора напряжения, на выход которого подключен тяговый электродвигатель, каждый из транзисторных полумостов содержит два транзистора с антипараллельно подключенными диодами, первый транзистор каждого из полумостов инвертора напряжения своим эмиттером соединен с коллектором второго транзистора и образует выход полумоста и организует выходную фазу инвертора напряжения при этом коллектор первого транзистора соединен с плюсовым выводом трехфазного инвертора напряжения и плюсовым выводом источника постоянного напряжения, эмиттер второго транзистора соединен с минусовым выводом трехфазного инвертора напряжения и минусовым выводом источника постоянного напряжения предусмотрены следующие отличия: она дополнительно содержит параллельный накопитель электрической энергии и согласующий электрический преобразователь, а источник постоянного напряжения состоит из двух одинаковых секций соединенных последовательно и содержит вывод средней - нулевой точки, конденсаторы трехфазного инвертора напряжения подключены параллельно каждой секции источника постоянного напряжения, причем общая точка соединения конденсаторов трехфазного инвертора напряжения и секции источника постоянного напряжения образуют первую выходную фазу трехфазного инвертора напряжения, а сам трехфазный инвертор напряжения состоит из двух транзисторных полумостов выходы, которых образуют вторую и третью выходные фазы инвертора напряжения, согласующий электрический преобразователь параллельного накопителя электрической энергии состоит из дросселя и двух дополнительных транзисторов с антипараллельно подключенными диодами, причем коллектор первого дополнительного транзистора согласующего электрического преобразователя подключен к плюсовому выводу источника постоянного напряжения, а эмиттер первого дополнительного транзистора согласующего электрического преобразователя подключен к коллектору второго дополнительного транзистора согласующего электрического преобразователя и к первому выводу дросселя, второй вывод которого подключен к плюсовому выводу параллельного накопителя электрической энергии, минусовой вывод которого подключен к минусовому выводу источника постоянного напряжения и эмиттеру второго дополнительного транзистора согласующего электрического преобразователя, при этом выводы секции источника постоянного напряжения и выводы параллельного накопителя электрической энергии заведены в систему управления.
Кроме того, электродвижительная установка транспортного средства может быть выполнен, так что дополнительно содержит потребители собственных нужд, дополнительный согласующий электрический преобразователь потребителей собственных нужд, аккумулятор, зарядный резистор и дополнительный диод, причем дополнительный согласующий электрический преобразователь потребителей собственных нужд своим входом подключен к секциям источника постоянного напряжения, а своими выходными плюсовым и минусовым контактами подключен к одноименным выводам потребителей собственных нужд, первый вывод зарядного резистора подключен к катоду дополнительного диода и к плюсовому выводу выхода дополнительного согласующего электрического преобразователя потребителей собственных нужд, второй вывод зарядного резистора соединен с анодом дополнительного диода и подключен к плюсовому выводу аккумулятора, минусовой вывод которого подключен к минусовому выводу выхода дополнительного согласующего электрического преобразователя потребителей собственных нужд.
Кроме того, электродвижительная установка транспортного средства может быть выполнен, так что она дополнительно содержит зарядное устройство с возможностью подзарядки источника постоянного напряжения от розетки промышленной сети при этом источник постоянного напряжения выполнен перезаряжаемым, а секции источника постоянного напряжения подключены к выходу зарядного устройства.
Кроме того, электродвижительная установка транспортного средства может быть выполнен, так что источник постоянного напряжения выполнен с использованием топливных элементов.
Сущность изобретения поясняется чертежами - на Фиг. 1 представлена схема электродвижительная установка транспортного средства с параллельным накопителем энергии и согласующим электрическим преобразователем, на Фиг. 2 - представлена электродвижительная установка транспортного средства с возможностью питания потребителей собственных нужд от того же источника постоянного напряжения от которого получает питание тяговый электродвигатель, на Фиг. 3 - представлена электродвижительная установка транспортного средства источник постоянного напряжения которой выполнен перезаряжаемым а сама электродвижительная установка дополнительно содержит зарядное устройство с возможностью подзарядки источника постоянного напряжения от розетки промышленной сети, на Фиг. 4 - представлена энергетическая диаграмма электродвижительной установки транспортного средства с возможными потоками энергии между элементами электродвижительной установки.
Электродвижительная установка транспортного средства схема которой представлена на Фиг. 1 содержит систему управления 1, источник постоянного напряжения 2, трехфазный инвертор напряжения 3, собранный на транзисторных полумостах 4-1, 4-2 и конденсаторах 5, 6, и тяговый электродвигатель 7 переменного тока. Источник постоянного напряжения 2 своим плюсовым и минусовым выводами подключен к одноименным выводам трехфазного инвертора напряжения 3, на выход которого подключен тяговый электродвигатель 7. Каждый из транзисторных полумостов 4-1, 4-2 содержит два транзистора 8, 9 с антипараллельно подключенными диодами 10, 11, первый транзистор 8 каждого из полумостов 4-1, 4-2 инвертора напряжения 3 своим эмиттером соединен с коллектором второго транзистора 9 и образует выход полумоста 4-1 (4-2) и организует выходную фазу инвертора напряжения 3. Коллектор первого транзистора 8 соединен с плюсовым выводом трехфазного инвертора напряжения 3 и плюсовым выводом источника постоянного напряжения 2, эмиттер второго транзистора 9 соединен с минусовым выводом трехфазного инвертора напряжения 3 и минусовым выводом источника постоянного напряжения 2. Электродвижительная установка транспортного средства дополнительно содержит параллельный накопитель электрической энергии 12 и согласующий электрический преобразователь 13. Источник постоянного напряжения 2 состоит из двух одинаковых секции 14, 15 соединенных последовательно и содержит вывод средней - нулевой точки. Конденсаторы 5, 6 трехфазного инвертора напряжения 3 подключены параллельно каждой секции 14, 15 источника постоянного напряжения 2, причем общая точка соединения конденсаторов 5, 6 трехфазного инвертора напряжения 3 и секции 14, 15 источника постоянного напряжения 2 образуют первую выходную фазу трехфазного инвертора напряжения 3. Трехфазный инвертор напряжения 3 состоит из двух транзисторных полумостов 4-1, 4-2 выходы, которых образуют вторую и третью выходные фазы инвертора напряжения 3. Согласующий электрический преобразователь 13 параллельного накопителя электрической энергии 12 состоит из дросселя 16 и двух дополнительных транзисторов 17, 18 с антипараллельно подключенными диодами 19, 20. Коллектор первого дополнительного транзистора 17 согласующего электрического преобразователя 13 подключен к плюсовому выводу источника постоянного напряжения 2. Эмиттер первого дополнительного транзистора 17 согласующего электрического преобразователя 13 подключен к коллектору второго дополнительного транзистора 18 согласующего электрического преобразователя 13 и к первому выводу дросселя 16, второй вывод которого подключен к плюсовому выводу параллельного накопителя электрической энергии 12, минусовой вывод которого подключен к минусовому выводу источника постоянного напряжения 2 и эмиттеру второго дополнительного транзистора 18 согласующего электрического преобразователя 13.
Электродвижительная установка транспортного средства схема, которой представлена на Фиг. 2 может дополнительно содержать потребители собственных нужд 21, дополнительный согласующий электрический преобразователь 22 потребителей собственных нужд 21, аккумулятор 23, зарядный резистор 24 и дополнительный диод 25. Дополнительный согласующий электрический преобразователь 22 потребителей собственных нужд 21 своим входом подключен к секциям 14, 15 источника постоянного напряжения 2, а своими выходными плюсовым и минусовым контактами подключен к одноименным выводам потребителей собственных нужд 21. Первый вывод зарядного резистора 24 подключен к катоду дополнительного диода 25 и к плюсовому выводу выхода дополнительного согласующего электрического преобразователя 22 потребителей собственных нужд 21. Второй вывод зарядного резистора 24 соединен с анодом дополнительного диода 25 и подключен к плюсовому выводу аккумулятора 23. Минусовой вывод аккумулятора 23 подключен к минусовому выводу выхода дополнительного согласующего электрического преобразователя 22 потребителей собственных нужд 21.
Электродвижительная установка транспортного средства схема, которой представлена на Фиг. 3 может дополнительно содержать зарядное устройство 26 с возможностью подзарядки источника постоянного напряжения 2 от розетки промышленной сети 27. Источник постоянного напряжения 2 выполнен перезаряжаемым, а секции 14, 15 источника постоянного напряжения 2 подключены к выходу зарядного устройства 26.
Электродвижительная установка транспортного средства может быть реализована так что источник постоянного напряжения 2 выполнен с использованием топливных элементов.
Работа электродвижительной установки транспортного средства (Фиг. 1) происходит следующим образом. Тяговый электродвигатель 7 переменного тока в режиме равномерного движения электродвижительной установки транспортного средства получает питание от источника постоянного напряжения 2 через инвертор напряжения 3. В динамических режимах (режимах разгона и торможения) электродвижительной установки транспортного средства при необходимости может быть использован параллельный накопитель электрической энергии 12. Параллельный накопитель электрической энергии 12 способен поглощать при торможении транспортного средства энергию рекуперации тягового электродвигателя 7. Параллельный накопитель электрической энергии 12 так же способен отдавать ранее накопленную энергию тяговому электродвигателю 7 при пуске и разгоне электродвижительной установки транспортного средства. Таким образом, основным назначением параллельного накопителя электрической энергии 12 является обеспечение требуемых динамических свойств электродвижительной установки транспортного средства, а так же повышение энергетической эффективности, запаса хода и автономности транспортного средства. Следует отметить еще одну особенность предложенной схемы включения параллельного накопителя электрической энергии 12 через согласующий электрический преобразователь 13. Согласующий электрический преобразователь 13 выполняет роль понижающего электрического преобразователя, когда необходимо отдать энергию в параллельный накопитель электрической энергии 12. Согласующий электрический преобразователь 13 выполняет роль повышающего электрического преобразователя, когда необходимо забрать энергию от параллельного накопителя электрической энергии 12. При этом параллельный накопитель электрической энергии 12 может быть разряжен практически до нуля и заряжен до напряжения источника постоянного напряжения 2. Таким образом, используется емкость накопителя электрической энергии во всем диапазоне напряжении. Еще одной немаловажной особенностью предложенной электродвижительной установки транспортного средства является то что трехфазный инвертор напряжения 3 выполнен с использованием всего лишь четырех транзисторов 8, 9 каждого из двух транзисторных полумостов 4-1, 4-2. Работа такой несимметричной схемы инвертора напряжения 3 стала возможной благодаря организации двухполярного источника постоянного напряжения 2 собранного с использованием двух секции 14, 15 источника постоянного напряжения 2. Такой делитель напряжения источника постоянного напряжения 2 позволяет реализовать первую выходную фазу инвертора напряжения 3 на общей точке соединения конденсаторов 5, 6 и секции 14, 15 источника постоянного напряжения 2. Две остальные выходные фазы инвертора напряжения 3 реализуются на транзисторных полумостах 4-1, 4-2. Управляя транзисторами 8, 9 транзисторных полумостов 4-1, 4-2 можно получать напряжения на второй и третьей фазе инвертора напряжения 3 относительно первой фазы инвертора напряжения 3 как положительные (включенное состояние транзистора 8) так и отрицательные (включенное состояние транзистора 9) уровень которых равен уровню напряжения на секции 14 (15) источника постоянного напряжения 2. Используя несложный алгоритм управления транзисторами 8, 9 транзисторных полумостов 4-1, 4-2 можно синтезировать переменное трехфазное выходное напряжение на выходе инвертора напряжения 3 для питания и управления тяговым электродвигателем 7 переменного тока. При этом в силовом канале электродвижительной установки транспортного средства от источника постоянного напряжения 2 до тягового электродвигателя 7 переменного тока используется минимум силовых транзисторов 8, 9 транзисторных полумостов 4-1, 4-2. Параллельный накопитель электрической энергии 12 способен поглощать энергию, рекуперируемую тяговым электродвигателем 7 при его торможении, а также отдавать запасенную энергию при пуске в ход тягового электродвигателя 7. Для управления потоками энергии при торможении и разгоне электродвижительная установка транспортного средства содержит согласующий электрический преобразователь 13.
Более подробно рассмотрим работу элементов электродвижительной установки транспортного средства при пуске, разгоне, равномерном движении и торможении транспортного средства.
При разгоне транспортного средства и тягового электродвигателя 7 энергия на его разгон будет потребляться от источника постоянного напряжения 2 и параллельного накопителя электрической энергии 12 через инвертор напряжения 3 и согласующий электрический преобразователь 13 соответственно. При этом параллельный накопитель электрической энергии 12 будет отдавать свою энергию тяговому двигателю 7 через согласующий электрический преобразователь 13 и инвертор напряжения 3, а также источнику постоянного напряжения 2 через согласующий электрический преобразователь 13. При этом согласующий электрический преобразователь 13 работает в режиме повышающего преобразователя постоянного напряжения. Согласующий электрический преобразователь 13 способен регулировать поток энергии от параллельного накопителя электрической энергии 12 по средствам регулирования скважности работы транзистора 18. При включении транзистора 18 идет накопление энергии в дросселе 16. После выключения транзистора 18 напряжение на дросселе будет складываться с напряжением параллельного накопителя электрической энергии 12 после чего будет открываться диод 19. При этом энергия от параллельного накопителя электрической энергии 12 и от дросселя 16 будет идти для подзаряда источника постоянного напряжения 2 (в случае если это возможно) и для питания тягового электродвигателя 7 через инвертор напряжения 3.
При равномерном движении транспортного средства происходит потребление электрической энергии от источника постоянного напряжения 2 тяговым электродвигателем 7 через инвертор напряжения 3.
При торможении транспортного средства и тягового электродвигателя 7 энергия, рекуперируемая от последнего через антипараллельно подключенные диоды 10, 11 транзисторных полумостов 4-1, 4-2 идет на заряд конденсаторов 5 и 6 а также на заряд двух секции 14, 15 источника постоянного напряжения 2 (если он способен принять эту энергию). В случае невозможности конденсаторами 5 и 6, а также источником постоянного напряжения 2 принять энергию, рекуперируемую от тягового электродвигателя 7 эта энергия пойдет на подзаряд параллельного накопителя электрической энергии 12 через согласующий электрический преобразователь 13. Согласующий электрический преобразователь 13 способен регулировать поток энергии либо ток заряда параллельного накопителя электрической энергии 12 по средствам регулирования скважности работы транзистора 17. Диод 20 образует цепь для замыкания тока заряда параллельного накопителя электрической энергии 12 и защищает его от возможных коммутационных перенапряжении вызванных работой транзистора 17 и установленным в цепь заряда дросселем 16. Согласующий электрический преобразователь 13 работает в режиме понижающего преобразователя постоянного напряжения.
Модификация предложенной на Фиг. 1 схемы электродвижительной установки транспортного средства изображенной на Фиг. 2 способна осуществлять питание потребителей собственных нужд 21 через дополнительный согласующий электрический преобразователь 22. Следует отметить, что уровень напряжения потребителей собственных нужд 21 может быть любым и никак не привязанным к уровню напряжения источника постоянного напряжения 2. Для обеспечения аварийного питания потребителей собственных нужд 21 в случае отказа дополнительного согласующего электрического преобразователя 22 или неисправности источника постоянного напряжения 2 в схеме электродвижительной установки транспортного средства предусмотрена установка аккумулятора 23. Аккумулятор 23 может обеспечить питание потребителей собственных нужд 21, при выключении дополнительного согласующего электрического преобразователя 22, по цепи плюсовой зажим аккумулятора 23, дополнительный диод 25, потребители собственных нужд 21 и на отрицательный зажим аккумулятора 23. При исправной работе дополнительного согласующего электрического преобразователя 22 аккумулятор 23 заряжается через зарядный резистор 24 по цепи положительный вывод согласующего электрического преобразователя 22, зарядный резистор 24, аккумулятор 23 и отрицательный вывод согласующего электрического преобразователя 22. При работе дополнительного согласующего электрического преобразователя 22 аккумулятор только заряжается и не отдает энергию для питания потребителей собственных нужд 21 так как напряжение на выходе дополнительного согласующего электрического преобразователя 22 выше напряжения аккумулятора 23 и дополнительный диод 25 находится в запертом состоянии.
При использовании перезаряжаемых секции 14, 15 источника постоянного напряжения 2 электродвижительная установка транспортного средства схема которой изображена на Фиг. З может дополнительно содержать зарядное устройство 26 с возможностью подзарядки источника постоянного напряжения 2 от розетки промышленной сети 27. При этом для обеспечения большего запаса хода и автономности транспортного средства должны быть заряжены не только секции 14, 15 источника постоянного напряжения 2, но и параллельный накопитель электрической энергии 12.
Электродвижительная установка транспортного средства, изображенная на Фиг. 1, Фиг. 2 может быть выполнена, так что в качестве источника постоянного напряжения 2 могут быть использованы топливные элементы.
Система управления 1 контролирует напряжения на секциях 14, 15 источника постоянного напряжения, параллельного накопителя электрической энергии 12 и регулирует потоки энергии между источником постоянного напряжения 2, параллельным накопителем электрической энергии 12 и тяговым электродвигателем 7 посредствам управления транзисторами 8 и 9 транзисторных полумостов 4-1, 4-2 и транзисторов 17, 18. Система управления 1 способна устранять разбаланс напряжений на секциях 14, 15 источника постоянного напряжения 2 по средствам управления транзисторами 8, 9 транзисторных полумостов 4-1, 4-2.
Таким образом, в электроэнергетической системе появляется возможность осуществлять обмен энергиями между источником постоянного напряжения 2, параллельным накопителем электрической энергии 12 и тяговым электродвигателем 7 в различных режимах работы электродвижительной установки транспортного средства. Потоки энергии в электродвижительной установке транспортного средства представлены на Фиг. 4 для схемы с перезаряжаемым источником постоянного напряжения 2 и зарядным устройством 26.
Таким образом, предложенная схема электродвижительной установки транспортного средства позволяет сократить число полностью управляемых силовых ключей. Такое схемное решение позволит сократить число драйверов а так же защитных цепей силовых транзисторов и значительно упростить систему управления. Предложенный инвертор напряжения и паралельный накопитель электрической энергии позволяют повысить надежность, энергетическую эффективность, КПД, улучшить габаритные и эксплуатационные характеристики электродвижительной установки транспортного средства. Так же следует отметить, что предложенная схема электродвижительной установки транспортного средства универсальна и может быть использована при построении электропривода любого автономного объекта с любым из источников постоянного напряжения.

Claims (4)

1. Электродвижительная установка транспортного средства, содержащая систему управления, источник постоянного напряжения, трехфазный инвертор напряжения, собранный на транзисторных полумостах и конденсаторах, и тяговый электродвигатель переменного тока, причем источник постоянного напряжения своим плюсовым и минусовым выводами подключен к одноименным выводам трехфазного инвертора напряжения, на выход которого подключен тяговый электродвигатель, каждый из транзисторных полумостов содержит два транзистора с антипараллельно подключенными диодами, первый транзистор каждого из полумостов инвертора напряжения своим эмиттером соединен с коллектором второго транзистора и образует выход полумоста и организует выходную фазу инвертора напряжения, при этом коллектор первого транзистора соединен с плюсовым выводом трехфазного инвертора напряжения и плюсовым выводом источника постоянного напряжения, эмиттер второго транзистора соединен с минусовым выводом трехфазного инвертора напряжения и минусовым выводом источника постоянного напряжения, отличающаяся тем, что дополнительно содержит параллельный накопитель электрической энергии и согласующий электрический преобразователь, а источник постоянного напряжения состоит из двух одинаковых секций, соединенных последовательно, и содержит вывод средней - нулевой точки, конденсаторы трехфазного инвертора напряжения подключены параллельно каждой секции источника постоянного напряжения, причем общая точка соединения конденсаторов трехфазного инвертора напряжения и секции источника постоянного напряжения образуют первую выходную фазу трехфазного инвертора напряжения, а сам трехфазный инвертор напряжения состоит из двух транзисторных полумостов, выходы которых образуют вторую и третью выходные фазы инвертора напряжения, согласующий электрический преобразователь параллельного накопителя электрической энергии состоит из дросселя и двух дополнительных транзисторов с антипараллельно подключенными диодами, причем коллектор первого дополнительного транзистора согласующего электрического преобразователя подключен к плюсовому выводу источника постоянного напряжения, а эмиттер первого дополнительного транзистора согласующего электрического преобразователя подключен к коллектору второго дополнительного транзистора согласующего электрического преобразователя и к первому выводу дросселя, второй вывод которого подключен к плюсовому выводу параллельного накопителя электрической энергии, минусовой вывод которого подключен к минусовому выводу источника постоянного напряжения и эмиттеру второго дополнительного транзистора согласующего электрического преобразователя, при этом выводы секции источника постоянного напряжения и выводы параллельного накопителя электрической энергии заведены в систему управления.
2. Электродвижительная установка транспортного средства по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит потребители собственных нужд, дополнительный согласующий электрический преобразователь потребителей собственных нужд, аккумулятор, зарядный резистор и дополнительный диод, причем дополнительный согласующий электрический преобразователь потребителей собственных нужд своим входом подключен к секциям источника постоянного напряжения, а своими выходными плюсовым и минусовым контактами подключен к одноименным выводам потребителей собственных нужд, первый вывод зарядного резистора подключен к катоду дополнительного диода и к плюсовому выводу выхода дополнительного согласующего электрического преобразователя потребителей собственных нужд, второй вывод зарядного резистора соединен с анодом дополнительного диода и подключен к плюсовому выводу аккумулятора, минусовой вывод которого подключен к минусовому выводу выхода дополнительного согласующего электрического преобразователя потребителей собственных нужд.
3. Электродвижительная установка транспортного средства по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит зарядное устройство с возможностью подзарядки источника постоянного напряжения от розетки промышленной сети, при этом источник постоянного напряжения выполнен перезаряжаемым, а секции источника постоянного напряжения подключены к выходу зарядного устройства.
4. Электродвижительная установка транспортного средства по п. 1, отличающаяся тем, что источник постоянного напряжения выполнен с использованием топливных элементов.
RU2019100662A 2019-01-10 2019-01-10 Электродвижительная установка транспортного средства RU2721864C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019100662A RU2721864C1 (ru) 2019-01-10 2019-01-10 Электродвижительная установка транспортного средства

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019100662A RU2721864C1 (ru) 2019-01-10 2019-01-10 Электродвижительная установка транспортного средства

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2721864C1 true RU2721864C1 (ru) 2020-05-25

Family

ID=70803388

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019100662A RU2721864C1 (ru) 2019-01-10 2019-01-10 Электродвижительная установка транспортного средства

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2721864C1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2424612C1 (ru) * 2009-11-24 2011-07-20 Открытое акционерное общество "Электровыпрямитель" Устройство для управления скоростью асинхронного электродвигателя (варианты)
RU174098U1 (ru) * 2016-12-29 2017-10-02 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта" Электропривод с автономными инверторами напряжения и двухфазной электрической машиной
US20180054151A1 (en) * 2015-03-06 2018-02-22 Nissan Motor Co., Ltd. Electric power adjustment system and control method for electric power adjustment system
RU2670940C9 (ru) * 2016-12-27 2018-11-26 Тойота Дзидося Кабусики Кайся Приводной блок, автомобиль и способ управления приводным блоком

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2424612C1 (ru) * 2009-11-24 2011-07-20 Открытое акционерное общество "Электровыпрямитель" Устройство для управления скоростью асинхронного электродвигателя (варианты)
US20180054151A1 (en) * 2015-03-06 2018-02-22 Nissan Motor Co., Ltd. Electric power adjustment system and control method for electric power adjustment system
RU2670940C9 (ru) * 2016-12-27 2018-11-26 Тойота Дзидося Кабусики Кайся Приводной блок, автомобиль и способ управления приводным блоком
RU174098U1 (ru) * 2016-12-29 2017-10-02 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта" Электропривод с автономными инверторами напряжения и двухфазной электрической машиной

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10994623B2 (en) Apparatus for energy transfer using converter and method of manufacturing same
US9018792B2 (en) Arrangement for operating consumers in a rail vehicle with electrical energy, selectively from an energy supply network or from a motor-generator combination
JP4778821B2 (ja) ２つの直流源を備えた電気車両又はハイブリッド車両のための回路装置及びそれに付属のコントロール方法
JP5674379B2 (ja) 複数のエネルギを蓄積及び管理するシステムとその作製方法
US9627999B2 (en) Power supply device
CN212579619U (zh) 用于轨道车辆的能量供应装置和轨道车辆
Al-Sheikh et al. Power electronics interface configurations for hybrid energy storage in hybrid electric vehicles
RU2721864C1 (ru) Электродвижительная установка транспортного средства
JP2013090511A (ja) 電力制御装置
CN116601046A (zh) 供电***
Shi et al. Modified dual inverter drive enabling on-board fast charging of electric vehicles
RU2781945C1 (ru) Устройство пуска дизель-генератора
US20220410741A1 (en) System for charging vehicle battery using motor driving system
US20220416560A1 (en) System for charging vehicle battery using motor driving system
JP2009219232A (ja) 電源装置、およびこれを用いた電源システム
GB2615870A (en) Electrical vehicle circuitry
KR20130128082A (ko) 전력변환기의 구조가 개선된 차량용 전원 시스템 및 그 제어방법
CN116409166A (zh) 集成式电驱动***与包括该***的车辆
JP2019110655A (ja) 電源システム
JP2019110656A (ja) 電源システム