Спосіб двозонного управління перетворювачами в транспортних електроприводах з позитивним зворотним зв’язком по швидкості

Винахід відноситься до електротехніки, переважно може бути застосований в тяговому електроприводі колісних машин з живленням від акумуляторної батареї та в електромобілях. Відомий спосіб регулювання швидкості обертання приводу постійного струму електромобіля з електродвигуном незалежного збудження [1]. При даному способі регулювання швидкості обертання валу електродвигуна в другій зоні (вище номінального її значення) здійснюється окремим напівпровідниковим перетворювачем, що змінює струм в незалежній обмотці збудження. Система управляння такого перетворювача контролює поточну швидкість електромобіля (швидкість обертання валу електродвигуна) і після досягнення номінального значення (при номінальному струмі збудження) для подальшого розгону електромобіля величина струму збудження змінюється в залежності від сигналу акселератора. Таким чином, в першій зоні регулювання швидкості здійснюється силовим перетворювачем, що змінює напругу на якорі електродвигуна від нуля до номінального значення, при цьому струм збудження дорівнює номінальному значенню. В другій зоні при номінальному значенні напруги на якорі електродвигуна струм збудження змінюється від номінальної до мінімально можливої величини. При цьому швидкість електромобіля змінюється від номінального до максимального значення. Однак слід зазначити, що при здійсненні двозонного регулювання за цим способом виникають додаткові складності, що зумовлені необхідністю стикування міжзонних переходів як в прямому, так і в зворотному напрямках. Найважче вирішується задача стикування у випадку закінчення режиму вільного вибігу електромобіля (накату). Тут мають бути точно визначені необхідні параметри управління обома перетворювачами, які б забезпечили їх початкове безструмове вмикання, тобто необхідно визначити, якій зоні управління відповідає режим руху транспортного засобу на момент прийняття рішення. Така задача є досить складною та громіздкою навіть для мікропроцесорних засобів управління, не кажучи вже про традиційні апаратні керуючі структури, бо передбачає виконання послідовності відповідних обчислювальних та ітераційних процедур, спрямованих на вірогідне визначення таких коефіцієнтів заповнення імпульсного циклу перетворювачів кіл якоря та збудження, які, при початковому вмиканні не викличуть кидків струму та н е вплинуть на поточну динаміку руху. Найбільш близьким технічним рішенням є спосіб двозонного управляння перетворювачами в транспортних електроприводах з позитивним зворотним зв'язком по швидкості (ПЗЗШ) [2]. Суть способу полягає в тому, що сигнал ПЗЗШ електромобіля подається безпосередньо на систему управління перетворювачем обмотки збудження, що дозволяє без будь-яких обчислень встановити керуючі дії для регулювання швидкості обертання валу тягового електродвигуна. Пропорційна зміна струму збудження в залежності від швидкості електромобіля з постійним коефіцієнтом передачі зворотного зв'язку дозволяє автоматично здійснювати перехід із зони в зону, а також із режиму накату в тяговий або гальмівний режим. Однак недоліком розглянутого способу є той факт, що сигнал ПЗЗШ, який подається безпосередньо на систему управління перетворювачем обмотки збудження не пов'язаний з керуючою дією акселератора, що регулює швидкість електромобіля. Таким чином, водій не може подіяти на динамічні характеристики машини у другій зоні регулювання, тому що зміна швидкості у цьому випадку відбувається автоматично і визначається закладеними раніше параметрами сигналу зворотного зв'язку. Таке рішення для руху електромобіля не може бути прийнятним у всі х випадках, тому що дуже часто умови дорожнього руху вимагають змінювати швидкість руху та прискорення електромобіля і в другій зоні регулювання в залежності від бажання водія, що діє у відповідності до дорожньої ситуації. Задачею винаходу є створення такого способу двозонного управління перетворювачами в транспортних електроприводах з позитивним зворотним зв'язком по швидкості, в якому за допомогою примусової зміни величини сигналу ПЗЗШ в залежності від сигналу задатчика досягається зміна динамічних характеристик електротранспортного засобу. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що в способі двозонного управління перетворювачами в транспортних електроприводах з позитивним зворотним зв'язком по швидкості, який полягає в тому, що регулювання струму збудження тягового електродвигуна постійного струму з незалежним збудженням для швидкостей обертання валу ви ще номінального значення здійснюється пропорційно сигналу позитивного зворотного зв'язку по швидкості, а рівень сигналу зворотного зв'язку примусово змінюється в залежності від сигналу задатчика (акселератора). Порівняльний аналіз відомих те хнічних рішень показує, що запропонований спосіб дозволяє поліпшити динамічні характеристики електропривода завдяки тому, що при регулюванні швидкості у другій зоні рівень сигналу ПЗЗШ, від якого залежить величина струму збудження тягового електродвигуна, обумовлений не тільки швидкістю обертання валу електродвигуна, але й рівнем сигналу задатчика, що безпосередньо надходить від акселератора, яким керує водій. Таким чином у другій зоні регулювання за запропонованим способом керування електромобілем здійснюється більш ефективно, з гнучкішим реагування на дорожню ситуацію, що підвищує ефективність експлуатації електромобіля в цілому. На основі наведеного вище можна зробити висновок про те, що сук упність суттєви х ознак, що викладена у формулі винаходу є необхідною та достатньою для досягнення нового технічного результату, що забезпечується винаходом. Запропонований спосіб може бути реалізований за допомогою низки відомих пристроїв. Наприклад, один з варіантів системи двозонного регулювання з ПЗЗШ зображено на фіг.1. Система складається з Я якоря, ТГ - тахогенератора та ОЗ - обмотки збудження тягового силового двигуна; модулів регулювання МРТ - тяги, МРРГ - рекуперативного гальмування та МРЗ - збудження; ІП - імпульсного перетворювача якоря та ПЗ - перетворювача струму обмотки збудження; задатчиків АКС - тяги та "Гальмо" - рекуперативного гальмування; датчиків ДСЯ1 - струму якоря в режимі тяги, ДСЯ2 - струму якоря в режимі гальмування та ДНТАБ - напруги тягової акумуляторної батареї (ТАБ); МУ модуля управління, що виробляє керуючий сигнал для ПЗ з урахуванням сигналу ТГ та АКС; ПС - порогової схеми та К аналогового комутатора. Розглянемо загальні закономірності функціонування цієї системи. Управління імпульсним перетворювачем ІП здійснює модуль регулювання тяги (МРТ), який виробляє керуючий ШІМ-сигнал , пропорційний сигналу завдання акселератора. При цьому відпрацьовуються зворотні зв'язки за струмом якоря (Я) (головне струмообмеження за сигналом з датчика струму тягового режиму ДСЯ1) та за напругою ТАБ (ДНТАБ) (захист від перерозряду батареї за найменшим припустимим рівнем напруги). У режимі імпульсної рекуперації керуючі дії ІП у колі якоря виконує модуль регулювання режиму гальмування (МРРГ), що генерує ШІМ-сигнал, пропорційний сигналу гальмівного задатчика. Зворотні зв'язки тут організовані у такий спосіб, що забезпечує стр умообмеження згідно з сигналом датчика рекуперативного струму у колі якоря (ДСЯ2) та захист ТАБ від перевищення напруги при протіканні зарядних струмів у рекуперативному режимі. Управління перетворювачем збудження ПЗ виконує модуль МРЗ, що працює разом з аналоговим комутатором К адресний вхід А1 якого керується пороговою схемою ПС. У першій зоні, коли оберти якоря двигуна не перевищують значення уставки У1, на адресному вході А1 . підтримується низький потенціал і на вхід управління МРЗ подається напруга уставки У2, що забезпечує відпрацювання максимального значення коефіцієнту заповнення імпульсного циклу збудження з ефектом стабілізації завдяки зворотному зв'язку за напругою ТАБ. По досягненню обертами значення, що перевищує уставку У1 (певний рівень напруги ТГ), порогова схема ПС перемикає комутатор К на провідність по каналу К; і на вхід управління МРЗ надходить сигнал, пропорційний швидкості обертання якоря тягового двигуна. Подальше управління відбувається з ПЗЗШ. При чому на комутатор К подається сигнал, що враховує сигнал завдання за датчика тяги АКС у другій зоні. Послаблення магнітного потоку (зменшення струму збудження) двигуна можливе лише за умови подальшого зростання швидкості та відсутності стр умообмеження. Інакше МРЗ повернеться у ви хідний стан з відпрацюванням максимального збудження, а управління двигуном здійснюватиметься імпульсним перетворювачем по колу якоря з усіма передбаченими обмеженнями. Таким чином, у порівнянні із прототипом запропонований спосіб дозволяє оперативно впливати на величину сигнала позитивного зворотного зв'язку по швидкості, тобто отримати новий технічний результат - поліпшити динамічні характеристики транспортного електроприводу, що значно підвищує е фективність експлуатації електромобіля. СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. Щетина В. А., Морговский Ю. Я., Центер Б. И., Богомазов В. А. Электромобиль. Техника и экономика. - М.: Машиностроение, 1987. - 254с. 2. Павлов В. Б., Скіданов В. М., Юрченко О. М. Спосіб двозонного управління перетворювачами у транспортних електроприводах з позитивним зворотним зв'язком по швидкості // Те хн. Електродинаміка. -1998. - №6. - С.34-38.