RU2808304C1 - Electric propulsion system for autonomous mining vehicles - Google Patents

Abstract

FIELD: electric traction systems for vehicles.

SUBSTANCE: electric propulsion system of autonomous mining vehicles contains two symmetrical sides, inside of which four asynchronous motors with a squirrel-cage rotor are installed, each of which is rigidly connected to the axis of the driving chassis through a coupling. Moreover, each of the boards contains a battery, the output of which is electrically connected to the input of the smoothing filter, the output of which is electrically connected to the input of the braking device, which is electrically connected to autonomous inverters by the number of asynchronous motors, asynchronous motors are electrically connected to autonomous inverters. Moreover, autonomous inverters and asynchronous motors are connected by information electrical connections to the control system of autonomous inverters and asynchronous motors. In this case, the control system for autonomous inverters and asynchronous motors is connected by electrical information connections to the motion control system.

EFFECT: improving the quality of the output supply voltage.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Технический результат изобретения заключается в улучшении качества питающего напряжения; уменьшении массогабаритных характеристик системы электродвижения автономных шахтных горно-транспортных средств; упрощении конструкции; уменьшении эксплуатационных затрат и повышении надежности.The invention relates to electric traction systems of vehicles. The technical result of the invention is to improve the quality of the supply voltage; reducing the weight and size characteristics of the electric propulsion system of autonomous mine mining vehicles; simplification of design; reducing operating costs and increasing reliability.

Известна система электродвижения автономного объекта (патент RU № 2093378, опубл. 11.08.1995), содержащая генератор переменного тока, ротор которого, несущий обмотку возбуждения, связан с двигателями внутреннего сгорания, трехфазный электродвигатель переменного тока, статорные обмотки которого подключены через преобразователь частоты к статорным обмоткам генератора переменного тока. Данное устройство позволяет плавно регулировать частоту вращения электродвигателя. A known electric propulsion system for an autonomous object (RU patent No. 2093378, published on August 11, 1995) contains an alternating current generator, the rotor of which, carrying an excitation winding, is connected to internal combustion engines, a three-phase alternating current electric motor, the stator windings of which are connected through a frequency converter to the stator ones. windings of the alternating current generator. This device allows you to smoothly regulate the speed of the electric motor.

Недостатком данного устройства является наличие двигателей внутреннего сгорания и синхронных двигателей. Двигатель внутреннего сгорания имеет низкий коэффициент полезного действия и высокое потребление топлива. Кроме этого, двигатель внутреннего сгорания при разных нагрузках работает с постоянной частотой вращения. Синхронные двигатели иметь высокий коэффициент мощности за счет наличия системы возбуждения, но для ее питания требуются дополнительный источник постоянного тока и сложная конструкция.The disadvantage of this device is the presence of internal combustion engines and synchronous motors. The internal combustion engine has low efficiency and high fuel consumption. In addition, the internal combustion engine operates at a constant speed under different loads. Synchronous motors have a high power factor due to the presence of an excitation system, but to power it they require an additional DC source and a complex design.

Известна электрическая передача мощности переменного тока тягового транспортного средства (патент RU № 2252150, опубл. 20.05.2005), которая содержит тяговый синхронный генератор с блоком возбуждения, приводимый от теплового двигателя, асинхронный тяговый электродвигатель с фазным ротором, вал которого связан с осью движущих колес, непосредственный преобразователь частоты с блоком управления и блок управления тепловым двигателем и электрической передачей мощности. Статорные обмотки асинхронного тягового электродвигателя подключены к статорным обмоткам тягового синхронного генератора, а роторная обмотка - к выходу непосредственного преобразователя частоты, также подключенного к статорным обмоткам тягового синхронного генератора. Блок управления тепловым двигателем и электрической передачей мощности подключен к тепловому двигателю, к блоку возбуждения тягового синхронного генератора и блоку управления непосредственного преобразователя частоты.An electrical transmission of alternating current power of a traction vehicle is known (patent RU No. 2252150, published on May 20, 2005), which contains a traction synchronous generator with an excitation unit driven from a heat engine, an asynchronous traction electric motor with a wound rotor, the shaft of which is connected to the axis of the driving wheels. , direct frequency converter with control unit and control unit for thermal engine and electrical power transmission. The stator windings of the asynchronous traction electric motor are connected to the stator windings of the traction synchronous generator, and the rotor winding is connected to the output of a direct frequency converter, also connected to the stator windings of the traction synchronous generator. The control unit for the heat engine and electrical power transmission is connected to the heat engine, to the excitation unit of the traction synchronous generator and to the control unit of the direct frequency converter.

Недостатками данного устройства являются наличие щеточно-контактных узлов электрических машин, у которых низкая надежность и ремонтопригодность, низкий коэффициент использования мощности теплового двигателя в широком диапазоне скоростей.The disadvantages of this device are the presence of brush-contact units of electrical machines, which have low reliability and maintainability, and a low power utilization factor of the heat engine over a wide speed range.

Известна электрическая передача мощности переменного тока тягового транспортного средства (патент RU №2283247, опубл. 10.09.2006), которая содержит приводимый от теплового двигателя тяговый синхронный генератор, к статорным обмоткам которого подключены статорные обмотки двух одинаковых асинхронных тяговых двигателей. Роторные обмотки асинхронных тяговых двигателей соединены последовательно, их валы соединены между собой и с осями движущих колес тягового транспортного средства. Статор одного из асинхронных тяговых двигателей выполнен поворотным и соединен с механизмом поворота. Блок управления тепловым двигателем и передачей мощности подключен к тепловому двигателю, блоку возбуждения тягового синхронного генератора и к механизму поворота статора асинхронного тягового двигателя. Непосредственный преобразователь частоты подключен к роторным обмоткам асинхронных тяговых двигателей и к статорным обмоткам тягового синхронного генератора, а его блок управления подключен к блоку управления тепловым двигателем и передачей мощности. An electrical transmission of alternating current power of a traction vehicle is known (patent RU No. 2283247, published on September 10, 2006), which contains a traction synchronous generator driven from a heat engine, to the stator windings of which the stator windings of two identical asynchronous traction motors are connected. The rotor windings of asynchronous traction motors are connected in series, their shafts are connected to each other and to the axles of the driving wheels of the traction vehicle. The stator of one of the asynchronous traction motors is rotary and connected to the rotation mechanism. The heat engine and power transmission control unit is connected to the heat engine, the excitation unit of the traction synchronous generator and to the stator rotation mechanism of the asynchronous traction motor. The direct frequency converter is connected to the rotor windings of asynchronous traction motors and to the stator windings of the traction synchronous generator, and its control unit is connected to the heat engine and power transmission control unit.

Недостатками данного устройства являются наличия щеточно-контактных узлов электрических машин с фазным ротором, которые имеют низкую надежность и низкую ремонтопригодность. The disadvantages of this device are the presence of brush-contact units of electrical machines with a wound rotor, which have low reliability and low maintainability.

Известен электродвижительный комплекс транспортного средства (патент RU № 2737842, опубл. 03.12.2020), содержит систему управления, первичные тепловые двигатели, электрические генераторы, автоматические выключатели, электрические преобразователи и тяговые электродвигатели. Причем количество электрических преобразователей равно количеству всех независимых обмоток тяговых электродвигателей. Электрические преобразователи своими выходными контактами подключены каждый к своей независимой обмотке тягового электродвигателя. Причем каждый из электрических генераторов и тяговых электродвигателей содержит по две независимые многофазные обмотки, соединенные через автоматические выключатели и электрические преобразователи перекрестно таким образом, что позволяет осуществить питание каждой из независимых обмоток тяговых электродвигателей от своей независимой обмотки электрического генератора. The electric propulsion complex of a vehicle is known (patent RU No. 2737842, published 12/03/2020), contains a control system, primary heat engines, electric generators, circuit breakers, electrical converters and traction motors. Moreover, the number of electrical converters is equal to the number of all independent windings of traction motors. Electric converters with their output contacts are each connected to their own independent winding of the traction motor. Moreover, each of the electric generators and traction electric motors contains two independent multiphase windings, connected through circuit breakers and electrical converters crosswise in such a way that allows each of the independent windings of the traction electric motors to be powered from its independent winding of the electric generator.

Недостатком данного устройства является наличие непосредственного преобразователя частоты, который должен быть многофазным, и наличие щеточно-контактных узлов электрических машин, у которых низкая надежность и ремонтопригодность, низкий коэффициент использования мощности теплового двигателя в широком диапазоне скоростей.The disadvantage of this device is the presence of a direct frequency converter, which must be multiphase, and the presence of brush-contact units of electrical machines, which have low reliability and maintainability, and a low power utilization factor of the heat engine in a wide range of speeds.

Известна система электродвижения автономных транспортных средств (патент RU № 2724214, опубликовано 22.06.2020), принятая за прототип, которая содержит тепловой двигатель, асинхронные двигатели, асинхронный генератор, активный выпрямитель, автономные инверторы, сглаживающий фильтр и тормозное устройство. Асинхронный генератор жестко соединен с тепловым двигателем и связан с активным выпрямителем, который через сглаживающий фильтр связан с тормозным устройством, которое связано с автономными инверторами. Асинхронные двигатели связаны с автономными инверторами и жестко соединены с движителями транспортного средства. Причем асинхронный генератор и активный выпрямитель подключены к системе управления генератором и активным выпрямителем. Автономные инверторы и асинхронные двигатели подключены к системе управления автономными инверторами и асинхронными двигателями. При этом тепловой двигатель, система управления генератором и выпрямителем, система управления инверторами и асинхронными двигателями подключены к системе управления движением. There is a known electric propulsion system for autonomous vehicles (RU patent No. 2724214, published on June 22, 2020), adopted as a prototype, which contains a heat engine, asynchronous motors, an asynchronous generator, an active rectifier, autonomous inverters, a smoothing filter and a braking device. The asynchronous generator is rigidly connected to the heat engine and connected to an active rectifier, which is connected through a smoothing filter to a braking device, which is connected to autonomous inverters. Asynchronous motors are connected to autonomous inverters and are rigidly connected to the vehicle propulsors. Moreover, the asynchronous generator and the active rectifier are connected to the generator and active rectifier control system. Autonomous inverters and asynchronous motors are connected to the control system of autonomous inverters and asynchronous motors. In this case, the heat engine, the generator and rectifier control system, the control system for inverters and asynchronous motors are connected to the motion control system.

Недостатками прототипа являются наличие обмоток на роторе синхронного генератора, на которые действуют большие центробежные силы, которые со временем могут привести к разрушению изоляции обмоток и выходу электромеханической трансмиссии из строя, и низкая ремонтопригодность, так как сложная конструкция статорных фазных обмоток синхронного генератора трансмиссии не позволяет производить ремонт вышедшей из строя фазной обмотки, не затрагивая работоспособные фазные обмотки.The disadvantages of the prototype are the presence of windings on the rotor of a synchronous generator, which are subject to large centrifugal forces, which over time can lead to destruction of the insulation of the windings and failure of the electromechanical transmission, and low maintainability, since the complex design of the stator phase windings of the synchronous generator of the transmission does not allow repair of a failed phase winding without affecting the functional phase windings.

Техническим результатом является повышение качества выходного питающего напряжения. The technical result is to improve the quality of the output supply voltage.

Технический результат достигается тем, что система содержит два симметричных борта, внутри которых установлены четыре асинхронных двигателя с короткозамкнутым ротором, каждый из которых через соединительную муфту жестко соединен с осью движущих шасси, причем каждый из бортов содержит аккумуляторную батарею, выход которой электрически связан с входом сглаживающего фильтра, выход которого электрически связан со входом тормозного устройства, которое электрически связано с автономными инверторами по числу асинхронных двигателей, асинхронные двигатели электрически связаны с автономными инверторами, причем автономные инверторы и асинхронные двигатели информационными электрическими связями подключены к системе управления автономными инверторами и асинхронными двигателями, при этом система управления автономными инверторами и асинхронными двигателями информационными электрическими связями подключена к системе управления движением.The technical result is achieved by the fact that the system contains two symmetrical boards, inside of which four asynchronous motors with a squirrel-cage rotor are installed, each of which is rigidly connected to the axis of the driving chassis through a coupling, and each of the boards contains a battery, the output of which is electrically connected to the input of the smoothing filter, the output of which is electrically connected to the input of the braking device, which is electrically connected to autonomous inverters by the number of asynchronous motors, asynchronous motors are electrically connected to autonomous inverters, and autonomous inverters and asynchronous motors are connected by electrical information connections to the control system of autonomous inverters and asynchronous motors, with In this case, the control system for autonomous inverters and asynchronous motors is connected by electrical information connections to the motion control system.

Система электродвижения автономных шахтных горно-транспортных средств поясняется следующей фигурой:The electric propulsion system of autonomous mine mining vehicles is illustrated by the following figure:

фиг. 1 – общая схема устройства, где:fig. 1 – general diagram of the device, where:

1 – аккумуляторная батарея;1 – battery;

2 – сглаживающий фильтр;2 – smoothing filter;

3 – тормозное устройство;3 – braking device;

4 – автономный инвертор;4 – autonomous inverter;

5 – асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором;5 – asynchronous motor with a squirrel-cage rotor;

6 – шасси;6 – chassis;

7 – система управления автономными инверторами и асинхронными двигателями;7 – control system for autonomous inverters and asynchronous motors;

8 – система управления движением;8 – motion control system;

9 – электрический силовой кабель;9 – electrical power cable;

10 – волоконно-оптический кабель;10 – fiber optic cable;

11 – соединительная муфта.11 – coupling.

Система электродвижения автономных шахтных горно-транспортных средств состоит из двух симметричных бортов, внутри которых установлены четыре асинхронных двигателя с короткозамкнутым ротором 5, который через соединительную муфту 11 жестко соединен с осью движущихся шасси 6. Каждый борт содержит аккумуляторную батарею 1 (фиг. 1), выход которой через электрический силовой кабель 9 соединен с входом сглаживающего фильтра 2, выход которого через электрический силовой кабель 9 соединен со входом тормозного устройства 3. Выход тормозного устройства 3 через электрический силовой кабель соединен с входом автономных инверторов 4, выходы которых через электрический силовой кабель соединены с каждыми входом контактами обмоток асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором 5 по схеме «треугольник». The electric propulsion system of autonomous mine mining vehicles consists of two symmetrical sides, inside of which four asynchronous motors with a squirrel-cage rotor 5 are installed, which is rigidly connected to the axis of the moving chassis 6 through a coupling 11. Each side contains a battery 1 (Fig. 1), the output of which is connected through an electric power cable 9 to the input of the smoothing filter 2, the output of which is connected through an electric power cable 9 to the input of the braking device 3. The output of the braking device 3 is connected through an electric power cable to the input of autonomous inverters 4, the outputs of which are connected through an electric power cable with each input the contacts of the windings of an asynchronous motor with a squirrel-cage rotor 5 in a “triangle” pattern.

Выходы автономных инверторов 4 и асинхронных двигателей 5 через волоконно-оптический кабель соединены с входом системы управления автономными инверторами и асинхронными двигателями 7, выход которых через волоконно-оптический кабель соединены с входом сигналов системы управления движением 8.The outputs of autonomous inverters 4 and asynchronous motors 5 are connected via a fiber-optic cable to the input of the control system for autonomous inverters and asynchronous motors 7, the output of which is connected via a fiber-optic cable to the signal input of the motion control system 8.

Устройство работает следующим образом. Электрическая энергия с аккумуляторной батареи через сглаживающий фильтр 2 и тормозное устройство 3 поступает на входные контакты автономных инверторов 4. Автономные инверторы 4 коммутируют фазные обмотки асинхронных двигателей 5 с тормозным устройством 3, асинхронные двигатели 5 преобразуют электрическую энергию в механическую и через кинематическую связь передают ее движителю 6. The device works as follows. Electrical energy from the battery through a smoothing filter 2 and a braking device 3 is supplied to the input contacts of autonomous inverters 4. Autonomous inverters 4 switch the phase windings of asynchronous motors 5 with a braking device 3, asynchronous motors 5 convert electrical energy into mechanical energy and transmit it to the mover through a kinematic connection 6.

Система управления автономными инверторами и асинхронными двигателями 7 получает информацию о координатах асинхронных двигателей 4 и формирует управляющие воздействия для автономных инверторов 4. Система управления движением 8 управляет системой управления автономными инверторами и асинхронными двигателями 7. Система управления движением 8 работает по сигналам с пульта управления транспортным средством. The control system for autonomous inverters and asynchronous motors 7 receives information about the coordinates of asynchronous motors 4 and generates control actions for autonomous inverters 4. The motion control system 8 controls the control system for autonomous inverters and asynchronous motors 7. The motion control system 8 operates based on signals from the vehicle control panel .

Система позволяет достичь унификации силовой части установки, повысить надежность, эффективность и маневренность системы электродвижения автономных транспортных, а также исключить дизельное топливо, уменьшить потери электроэнергии на преобразование питающего напряжения, снизить шумы, вибрации и повысить массогабаритные показатели шахтных горно-транспортных средств.The system makes it possible to achieve unification of the power part of the installation, increase the reliability, efficiency and maneuverability of the electric propulsion system of autonomous vehicles, as well as eliminate diesel fuel, reduce electricity losses due to the conversion of supply voltage, reduce noise, vibration and increase the weight and size indicators of mine mining vehicles.

Claims (1)

Система электродвижения автономных шахтных горно-транспортных средств, содержащая два симметричных борта, внутри которых установлены четыре асинхронных двигателя с короткозамкнутым ротором, каждый из которых через соединительную муфту жестко соединен с осью движущих шасси, причем каждый из бортов содержит аккумуляторную батарею, выход которой электрически связан с входом сглаживающего фильтра, выход которого электрически связан со входом тормозного устройства, которое электрически связано с автономными инверторами по числу асинхронных двигателей, асинхронные двигатели электрически связаны с автономными инверторами, причем автономные инверторы и асинхронные двигатели информационными электрическими связями подключены к системе управления автономными инверторами и асинхронными двигателями, при этом система управления автономными инверторами и асинхронными двигателями информационными электрическими связями подключена к системе управления движением.An electric propulsion system for autonomous mine mining vehicles, containing two symmetrical sides, inside of which four asynchronous motors with a squirrel-cage rotor are installed, each of which is rigidly connected to the axis of the driving chassis through a coupling, and each of the sides contains a battery, the output of which is electrically connected to the input of a smoothing filter, the output of which is electrically connected to the input of the braking device, which is electrically connected to autonomous inverters by the number of asynchronous motors, asynchronous motors are electrically connected to autonomous inverters, and autonomous inverters and asynchronous motors are connected by information electrical connections to the control system of autonomous inverters and asynchronous motors , while the control system for autonomous inverters and asynchronous motors is connected by electrical information connections to the motion control system.

Images