Тяговий електропривід

Реферат: Тяговий електропривід містить акумуляторну батарею та електродвигун. Як двигун використано принаймні один асинхронний двигун, та включено принаймні один контактор, принаймні один контролер, захисний пристрій та систему датчиків. Живлення з акумуляторної батареї через контактор, виконаний у вигляді силового механічного комутаційного елемента, подається на контролер, виконаний у вигляді електронного пристрою, що перетворює постійну напругу від акумуляторної батареї в змінну напругу, яку подають на двигун, керує двигуном та регулює потужність його за допомогою розроблених алгоритмів на основі сигналів, що надходять з системи зовнішніх датчиків. UA 97728 U (54) ТЯГОВИЙ ЕЛЕКТРОПРИВІД UA 97728 U UA 97728 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі електротехніки, а саме до електроприводів змінного струму, та може використовуватися як електричний тяговий привід або тягова система транспортних засобів з живленням від автономних джерел енергоживлення для індивідуального, громадського, промислового транспорту, громадського електротранспорту та електропотягів, а також при створенні об'єктів, які містять електродвигуни. Відомим є електропривід за патентом США № 4330742 на винахід, дата публікації 1982 p., який містить електродвигун постійного струму змішаного збудження, акумуляторну батарею, дросель, резистор змінного опору, реверсивний блок контактів, транзистор, три діоди та контролер. Недоліком наведеного аналога є неможливість рекуперації повною мірою кінетичної енергії гальмування, а також необхідність регулярного обслуговування механічних контактів реверсивного блока, що зменшує надійність електропривода. Відомим також є тяговий електропривід електромобіля за деклараційним патентом України № 24460А на винахід, дата публікації 21.07.1998 p., що містить тяговий електродвигун, акумуляторну батарею, реверсивний тиристорний міст з чотирма тиристорами, комутуючий тиристор, дросель та зарядний тиристор, комутуючий конденсатор, зворотний та роздільний діоди. Недоліком наведеного найближчого аналога є неможливість використання повною мірою кінетичної енергії електромобіля при гальмуванні, особливо в режимі міського циклу руху, малий пробіг електромобіля обладнаного таким приводом, неможливість використання усієї потужності двигуна та відсутність гнучкого засобу керування двигуном. В основу корисної моделі поставлено задачу розробки тягового приводу з використанням асинхронного двигуна, виконаного з можливістю регулювання робочої напруги у діапазоні від 0 до 1000 В, з можливістю заряджання акумулятора під час зниження швидкості обертання ротора двигуна, підвищенням енергозберігаючого ефекту та ресурсу роботи двигуна при заданій електроємності акумуляторної батареї, підвищенням загальної потужності двигуна та використанням гнучкого засобу керування двигуном. Поставлена задача вирішується тяговим електроприводом, який містить акумуляторну батарею та електродвигун, де як двигун використано принаймні один асинхронний двигун, та включено принаймні один контактор, принаймні один контролер, захисний пристрій та систему датчиків, живлення з акумуляторної батареї через контактор, виконаний у вигляді силового механічного комутаційного елемента, подається на контролер, виконаний у вигляді електронного пристрою, що перетворює постійну напругу від акумуляторної батареї в змінну напругу, яку подають на двигун, керує двигуном та регулює потужність його за допомогою розроблених алгоритмів на основі сигналів, що надходять з системи зовнішніх датчиків. Як асинхронний двигун може бути використаний, наприклад, асинхронний двигун з двома взаємозалежними обмотками, суміщеними обмотками, одну з яких зібрано у "зірку", а іншу зібрано у "трикутник", або будь-який інший придатний для використання асинхронний двигун. При гальмуванні двигуна реалізовано спеціальний режим рекуперації, який дозволяє додатково дозаряджати акумулятор, що підвищує його ресурс та збільшує час роботи двигуна. В тяговому приводі, що заявляється, передбачена можливість використання більш ніж одного асинхронного двигуна, кожний з яких обладнується окремим контактором та контролером. Кількість двигунів та схема їх підключення може бути різною залежно від задачі, яка вирішується: - послідовне підключення на одному валу, принаймні двох двигунів з одночасною їх роботою підвищує загальну потужність приводу; - роздільне підключення декількох двигунів надає змогу керувати індивідуальним приводом, наприклад кожного колеса транспортного засобу. Автоматичні вимикачі силового захисту захищають силові ланцюги у випадку виникнення тривалих перевантажень або коротких замикань в ланцюгах акумуляторної батареї та контролерів двигунів. Контактори виконано у вигляді силових механічних комутаційних елементів, які подають силове живлення на контролер (контролери) та включаються під час запуску двигуна, наприклад, за допомогою запалювання. Контактори за допомогою сильноточних проводів з'єднані з контролерами керування двигунами. Контролери керування двигунами мають архітектуру логіки подвійного мікропроцесора та у цілому забезпечують: - поліпшені характеристики та відповідність вимогам міжнародних функціональних правил техніки безпеки; 1 UA 97728 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - енергоощадне керування асинхронним двигунами змінного струму; - можливість управління синхронними двигунами за умови обладнання їх поверхневим постійним магнітом; - можливість керування двигунами за допомогою використання зручної мови програмування, функціональні особливості та відкритість якого дозволяють легко створювати індивідуальні програми, що реалізують алгоритми оптимального керування двигуном; - за допомогою алгоритму векторного управління непрямої орієнтації обмотки збудження надає змогу отримувати максимальний крутний момент та коефіцієнт корисної дії для всього діапазону швидкостей; - можливість управління водночас двома двигунами з правильним розподілом навантаження між двигунами; - високу частоту та тиху роботу статора в діапазоні 0-800 Гц; - інтегрований алгоритм контролю стану зарядження акумуляторної батареї та контролю часу роботи двигуна; - моментальну діагностику стану двигуна та тягового приводу в цілому; - захист зворотної полярності на полюсах акумуляторної батареї та захист тягового приводу та усієї електромережі від короткого замикання; - можливість підключення через стандартні рознімачі базового або додаткового обладнання, як цифрового, так і аналогового, наприклад зовнішніх датчиків тощо. Усі відомості про стан тягового приводу під час зупинки або роботи виводяться на з'єднаний з контролером монітор, що дає змогу швидко оцінити отриману інформацію та прийняти необхідні дії для стабільної роботи системи, частиною якої є тяговий привід. Використання тягового приводу за корисною моделлю, яка заявляється, як рушійного пристрою транспортного засобу, дозволяє значно підвищити технічні характеристики такого транспортного засобу. Наприклад, використовуючи акумуляторну батарею ємністю 600 А/годин, напругою 120 В, можливо досягнути частоти змінного струму до 800 Гц, що дасть змогу зі швидкістю 60-80 км/годину проїхати відстань до 150 км без зарядження акумулятора. Можливе використання зазначеного тягового приводу для швидкого переобладнання звичайного транспортного засобу на екологічно чистий транспортний засіб - електромобіль або електробус. Така трансформація не потребує значних переробок серійних транспортних засобів, а відбувається шляхом демонтажу двигуна внутрішнього згоряння, системи його охолодження (радіатор, патрубки підводу), паливної системи (паливний бак, трубки подання палива, фільтри), випускної системи (випускний колектор, резонатор, глушник, з'єднувальні труби та кріплення), компресор пневмосистеми, гідронасос рульового механізму, електрогенератор тощо. Бортову електричну мережу можна залишити без змін, змінивши лампи накалювання на світлодіодні лампи. Встановлення на налагодження тягового приводу перетворює транспортний засіб на електромобіль або електробус. На кресленні зображена загальна схема тягового електропривода з використанням одного асинхронного двигуна. Тяговий привід складається з акумуляторної батареї 1, принаймні одного контактора 4, принаймні один контролера 5, принаймні одного двигуна 2, захисного пристрою 3 реалізованого у вигляді автоматичних вимикачів силового захисту та системи датчиків 7. Двигун 2 є асинхронним двигуном або синхронним двигуном (за умови обладнання його поверхневим постійним магнітом). Живлення з акумуляторної батареї 1 через захисний пристрій 3 та контактор 4, виконаний у вигляді силового механічного комутаційного елемента, подається на контролер двигуна 2, виконаний у вигляді електронного пристрою, що перетворює постійну напругу від акумуляторної батареї в змінну напругу, яка подається на двигун 2, керує двигуном 2 та регулює потужність двигуна 2 за допомогою розроблених алгоритмів на основі сигналів, що надходять з системи зовнішніх датчиків 7. Контролер 5 обладнано також системою зовнішніх рознімачів 8, які дозволяють приєднувати до нього додаткові пристрої. Контроль за роботою двигуна 2 здійснюється через зовнішній монітор 6, який з'єднано із контролером 5 та на якому відображаються усі показники роботи двигуна 2. Через контролер 5 також реалізована додаткова схема рекуперації 9, яка дозволяє підзаряджати акумуляторну батарею під час гальмування двигуна 2. Тяговий електропривід за корисною моделлю, що заявляється, працює наступним чином. При включенні двигуна 2 живлення з акумуляторної батареї 1 через захисний пристрій 3 та контактор 4 потрапляє до контролера 5, де постійна напруга акумуляторної батареї 1 перетворюється у змінну за частотою та амплітудою трифазну напругу, яка запускає двигун 2. Регулювання потужності двигуна 2 шляхом зміни частоти обертання ротора двигуна 2 здійснюється за спеціальними алгоритмами, що закладені до контролера 5. Керування та 2 UA 97728 U 5 10 15 20 25 контроль за роботою тягового електропривода здійснюється за допомогою монітора 6, до якого подається інформація із системи зовнішніх датчиків 7 та/або додаткових пристроїв, підключених до контролера 5 через систему зовнішніх розмикачів 8. Максимальна частота змінного струму складає приблизно 800 Гц, а максимальна напруга, що подається на двигун 2, складає приблизно 1000 В. При гальмуванні двигуна 2 через схему рекуперації 9 здійснюється зарядження акумуляторної батареї 1, що дозволяє підвищити її ресурс. Тяговий електропривід за корисною моделлю, що заявляється, дозволяє отримати тяговий привід із двигуном з можливістю регулювання робочої напруги у діапазоні від 0,01 до 1000 В, максимальною частотою змінного струму до 800 Гц, з можливістю заряджання акумулятора під час зниження швидкості обертання ротора двигуна, підвищенням енергозберігаючого ефекту та ресурсу роботи двигуна при заданій електроємності акумуляторної батареї, підвищенням загальної потужності двигуна та використанням гнучкого засобу керування двигуном. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Тяговий електропривід, який містить акумуляторну батарею та електродвигун, який відрізняється тим, що як двигун використано принаймні один асинхронний двигун, та включено принаймні один контактор, принаймні один контролер, захисний пристрій та систему датчиків, живлення з акумуляторної батареї через контактор, виконаний у вигляді силового механічного комутаційного елемента, подається на контролер, виконаний у вигляді електронного пристрою, що перетворює постійну напругу від акумуляторної батареї в змінну напругу, яку подають на двигун, керує двигуном та регулює потужність його за допомогою розроблених алгоритмів на основі сигналів, що надходять з системи зовнішніх датчиків. 2. Тяговий електропривід за п. 1, який відрізняється тим, що максимальна робоча напруга двигуна складає до 1000 В, а частота змінного струму - до 800 Гц. 3. Тяговий електропривід за п. 1, який відрізняється тим, що за допомогою режиму рекуперації здійснюють заряджання акумуляторної батареї під час гальмування електродвигуна. 3 UA 97728 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4