PL171019B1

PL171019B1 - Uklad silnikowy pojazdu elektrycznego PL PL

Info

Publication number: PL171019B1
Application number: PL93299497A
Authority: PL
Inventors: Rene Jeanneret
Original assignee: Smh Management Services Ag
Priority date: 1992-07-01
Filing date: 1993-06-28
Publication date: 1997-02-28
Also published as: DE69307408D1; AU4163393A; DE69307408T2; SG43010A1; BR9302715A; IL106195A; ES2100394T3; US5432418A; CN1040628C; AU661165B2; HUT64724A; EP0576947B1; HU215626B; CZ132193A3; CN1087587A; EP0576947A1; JPH06269101A; KR100281821B1; HU9301914D0; KR940005451A

Abstract

1 Uklad silnikowy pojazdu elektrycznego, zawierajacy zespól centralnego zasilania do dostarczania pradu przemien- nego, który to zespól zasilania m a napiecie przemienne i zmien- na czestotliwosc zasilania, do którego to zespolu zasilania dolaczone sa przynajmniej dwa asynchroniczne silniki elektry- czne zasilane równolegle, przy czym kazdy z tych asynchroni- czn y ch siln ik ó w e le k try c z n y ch je s t sp rz eg n ie ty z przyporzadkowanym kolem pojazdu i zawiera uzwojenie stojana rozmieszczone dla wytwarzania pola magnetycznego zmieniaja- cego sie z czestotliwoscia stojana w odpowiedzi n a przeplyw pradu zasilajacego, oraz wirnik magnetycznie sprzezony z uzwo- jeniem stojana, przy czym czestotliwosc wirnika jest uzaleznio- n a od czestotliwosci stojana, a czestotliwosc stojana jest taka sam a dla kazdego z silników, ponadto z zespolem zasilania polaczony jest zespól sterujacy do sterowania zmienna czestot- liwoscia zasilania za pomoca pierwszego sygnalu sterujacego doprowadzonego do zespolu zasilania, znam ienny tym , ze kazdy silnik asynchroniczny (M1, M2) wyposazony jest w pier- wsze urzadzenie pomiarowe ( 1 0), które dolaczone jest do przy- porzadkowanego wirnika (R1, R2) dla ciaglego dostarczania sygnalu pomiarowego (MFR1, MRF2) odpowiadajacego czestot- liwosci kazdego silnika, a ponadto kazde pierwsze urzadzenie pomiarowe ( 1 0) dolaczone je st do elektronicznego zespolu przetwarzania sygnalów pomiarowych (4), którego wyjscie polaczone j est z wejsciem zespolu sterujacego (6) dla dostar- czania do zespolu sterujacego (6) sygnalu czestotliwosci (SFMX), który reprezentuje najwyzszy z sygnalów pom iaro- wych (MFR1, MRF2) Fig 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ silnikowy pojazdu elektrycznego, zwłaszcza pojazdu, w którym wyróżniona jest strona prawa i strona lewa względem osi poruszania się tego pojazdu.

171 019

Znany pojazd tego rodzaju zawiera co najmniej jeden asynchroniczny silnik elektryczny do napędu pierwszego koła usytuowanego po prawej stronie pojazdu i drugi asynchroniczny silnik elektryczny do napędu drugiego koła usytuowanego po lewej stronie pojazdu.

Układ silnikowy takiego pojazdu elektrycznego, zawierający co najmniej jeden silnik napędzający koło usytuowane po prawej stronie pojazdu i inny silnik napędzający koło usytuowane po lewej stronie pojazdu, jest znany z opisu patentowego nr DE-4 011 291. Człon zasilania każdego z tych silników jest sterowany za pomocą oddzielnego obwodu sterowania wtórnego, określającego wartość rozkazową mocy dostarczonej do indywidualnego koła, albo prędkości kątowej tego koła. Obwód wtórnego sterowania jest połączony z obwodem sterowania głównego, którego celem jest zapewnienie jednorodności regulowania różnych silników tak, że silnik działa w sposób spójny względem działania innych silników, jako funkcji warunków napędzania pojazdu.

Przedstawiony znany układ silnikowy ma kilka wad. Obwody regulacji wtórnej i regulacji centralnej w jakie zaopatrzony jest ten układ silnikowy, są kosztowne. Ponadto, taki układ silnikowy, w którym obwód regulacji centralnej jest wymagany do wysłania określonych sygnałów sterowania do każdego obwodu sterowania wtórnego dla sterowania członu zasilania jednego silnika, pociąga za sobą ryzyko wytworzenia niewłaściwego zachowania się przy jeździe po drodze w kilku możliwych sytuacjach, jakie nie mogą być uwzględnione przez obwód sterowania centralnego lub obwód sterowania wtórnego, ze względu na ich złożoność. Obwody sterowania wielokrotnego takiego układu stanowią filtry, które zmniejszają znacznie możliwość reakcji natychmiastowej innych silników, gdy jeden silnik jest chwilowo w skrajnej sytuacji tak, aby zapewnić właściwe prowadzenie pojazdu na drodze. Taki układ silnikowy ma więc ograniczoną elastyczność i niską zdolność natychmiastowej reakcji, tak że w ekstremalnych sytuacjach jakie mogą wystąpić, staje się on nieskuteczny i nieodpowiedni.

Układ silnikowy pojazdu elektrycznego według wynalazku zawiera zespół centralnego zasilania do dostarczania prądu przemiennego. Zespół zasilania ma napięcie przemienne i zmienną częstotliwość zasilania. Do zespołu zasilania dołączone są przynajmniej dwa asynchroniczne silniki elektryczne zasilane równolegle, przy czym każdy z tych asynchronicznych silników elektrycznych jest sprzęgnięty z przyporządkowanym kołem pojazdu i zawiera uzwojenie stojana rozmieszczone dla wytwarzania pola magnetycznego zmieniającego się z częstotliwością stojana w odpowiedzi na przepływ prądu zasilającego, oraz wirnik magnetycznie sprzężony z uzwojeniem stojana. Częstotliwość wirnika jest uzależniona od częstotliwości stojana, a częstotliwość stojana jest taka sama dla każdego z silników. Ponadto, z zespołem zasilania połączony jest zespół sterujący do sterowania zmienną częstotliwością zasilania za pomocą pierwszego sygnału sterującego doprowadzonego do zespołu zasilania. Układ tego rodzaju charakteryzuje się tym, że każdy silnik asynchroniczny wyposażony jest w pierwsze urządzenia pomiarowe, które dołączone jest do przyporządkowanego wirnika dla ciągłego dostarczania sygnału pomiarowego odpowiadającego częstotliwości każdego silnika. Ponadto, każde pierwsze urządzenie pomiarowe dołączone jest do elektronicznego zespołu przetwarzania sygnałów pomiarowych, którego wyjście połączone jest z wejściem zespołu sterującego dla dostarczania do zespołu sterującego sygnału częstotliwości, który reprezentuje najwyższy z sygnałów pomiarowych.

Korzystnie, pojazd elektryczny jest wyposażony w dwa asynchroniczne silniki elektryczne sprzężone z dwoma kołami przednimi albo z dwoma kołami tylnymi, a pierwsze urządzenie pomiarowe jest dołączone do każdego wirnika obydwóch silników elektrycznych.

W innym korzystnym rozwiązaniu pojazd elektryczny jest wyposażony w dwa asynchroniczne silniki elektryczne sprzężone z dwoma kołami przednimi i dwa asynchroniczne silniki elektryczne sprzężone z dwoma kołami tylnymi, a pierwsze urządzenie pomiarowe jest dołączone do każdego z czterech silników.

Dwa asynchroniczne silniki elektryczne sprzężone z dwoma kołami przednimi mają wymiary inne niż drugie dwa asynchroniczne silniki elektryczne sprzężone z dwoma kołami tylnymi.

Wyjście pierwszego sygnału sterującego zespołu sterowania jest połączone z pierwszym wejściem zespołu zasilania, przy czym zespół sterowania zawiera pierwsze obwody regulacyjne,

171 019 dla regulacji częstotliwości zasilania, a wyjście drugiego sygnału sterującego zespołu sterowania jest połączone z drugim wejściem zespołu centralnego zasilania, przy czym zespół sterowania zawiera drugie obwody regulacyjne do regulacji amplitudy napięcia zasilania.

Pierwsze obwody regulacyjne zawierają obwód wytwarzania sygnału reprezentującego ustaloną różnicę częstotliwości, dołączony do sumatora, do którego dołączony jest również obwód regulacji różnicy częstotliwości obrotów pomiędzy czętotliwością stojana a największą częstotliwością wirnika, swym wyjściem sygnału reprezentującego zmienną różnicę częstotliwości w odpowiedzi na sygnał regulacyjny dołączony do wejścia tego obwodu regulacji różnicy częstotliwości, które połączone jest z wyjściem obwodu do wytwarzania sygnału regulacyjnego. Pierwsze wejście sumatora jest połączone z wyjściem zespołu przetwarzania sygnałów pomiarowych, a wyjście sumatorajest połączone z pierwszym wejściem zespołu zasilania i z obwodami regulacyjnymi do regulacji amplitudy napięcia zasilania, dla sumowania sygnału częstotliwości reprezentującego największą częstotliwość wirnika z sygnałem reprezentującym ustaloną różnicę częstotliwości i sygnałem reprezentującym zmienną różnicę częstotliwości dla wytworzenia sygnału reprezentującego otrzymaną częstotliwość do wytwarzania pierwszego sygnału sterującego.

Sumator jest połączony z zespołem centralnego zasilania poprzez wzmacniacz, dla mnożenia sygnału reprezentującego otrzymaną częstotliwość przez współczynnik odpowiadający liczbie par biegunów dla każdego z uzwojeń stojanów asynchronicznych silników elektrycznych.

Drugie obwody regulacyjne amplitudy napięcia zasilania zawierają obwód pamięci, którego wejście połączone jest z wyjściem sumatora dla zapamiętania znormalizowanej krzywej napięcie-częstotliwość, dla wytworzenia sygnału reprezentującego znormalizowaną amplitudę napięcia na wyjściu obwodu pamięci w zależności od sygnału reprezentującego częstotliwość na wyjściu sumatora. Do wyjścia obwodu do wytwarzania sygnału regulacyjnego dołączony jest obwód do wytwarzania sygnału współczynnika wzmocnienia w odpowiedzi na sygnał regulacji. Wyjście tego obwodu połączone jest z wejściem obwodu mnożenia, którego wyjście połączone jest z drugim wejściem zespołu zasilania, dla przeprowadzenia mnożenia sygnału reprezentującego znormalizowaną amplitudę napięcia i sygnału współczynnika wzmocnienia, dla określenia z wyniku mnożenia, drugiego sygnału sterowania doprowadzonego do drugiego wejścia źródła energii elektrycznej.

Obwód do wytwarzania sygnału regulacji ma swoje pierwsze wejście połączone z urządzeniem pomiarowym do pomiaru sumy prądów przemiennych zasilających silniki, a drugie wejście połączone z obwodem rozkazowym do dostarczania sygnału rozkazu, przy czym ten obwód jest połączony dla wytwarzania sygnału regulacji w odpowiedzi na sygnał rozkazu i sygnał pomiarowy.

Obwód rozkazowy zawiera obwód sterowania napędu do wytwarzania sygnału napędowego i obwód sterowania hamowania do wytwarzania sygnału hamowania, których wyjścia dołączone są do urządzenia wybierającego, którego pierwsze wyjście jest połączone z drugim wejściem obwodu do wytwarzania sygnału regulacyjnego. Drugie wyjście tego urządzenia wybierającego jest połączone z drugim wejściem drugiego obwodu regulacji różnicy częstotliwości.

Obwód regulacji i obwód wytwarzania sygnału odwzorowującego ustaloną różnicę częstotliwości są połączone dla ustalenia różnicy częstotliwości i zmiennej różnicy częstotliwości na wartości dodatnie jeśli sygnał wartości modalnej określa wartość modalną napędu i ujemne jeśli sygnał wartości modalnej określa wartość modalną hamowania.

Co najmniej jeden asynchroniczny silnik elektryczny jest zaopatrzony w drugie urządzenie pomiarowe do pomiaru temperatury, a drugie wyjście sygnału reprezentującego mierzoną temperaturę, zespołu przetwarzania sygnału pomiarowego jest dołączone do obwodu do wytworzenia sygnału regulacyjnego i określenia wartości sygnału regulacji.

Układ według wynalazku cechuje się dużą elastycznością zastosowania i ma bardzo dobre osiągi jazdy na drodze. Ponadto, zapewnia bardzo wysoką sprawność energetyczną i optymalne wykorzystanie silników.

Właściwości rozwiązania według rozwiązania wynikają z tego, że układ silnikowy zawiera jeden wspólny obwód sterowania zespołem zasilania elektrycznego i służącego do zasilania co

171 019 najmniej dwóch asynchronicznych silników elektrycznych. Każdy z tych dwóch silników został sprzężony z odpowiednim kołem lub układem przeniesienia napędu pojazdu wyposażonego w taki układ silnikowy. Po uruchomieniu trybu napędu takiego układu silnikowego, wszystkie silniki działają w trybie napędu, ponieważ jakie nie byłyby warunki jazdy, na przykład jazda po łuku lub wzdłuż drogi mającej nierówną powierzchnię, to poślizg każdego z asynchronicznych silników elektrycznych jest zawsze dodatni.

Ponadto, jeśli jedno z kół przyśpiesza ze względu na utratę przyczepności, to moment wywierany na to koło spadnie, ponieważ poślizg zostanie natychmiast zmniejszony, ze względu na przedział czasu reakcji konieczny dla zespołu pomiaru częstotliwości wirnika dla zespołu sterowania i dla zespołu zasilania elektrycznego. W tym ostatnim przypadku koło natychmiast straci prędkość i powróci do sytuacji, gdy przywiera do podłoża. Samoregulacja warunków przyczepności wszystkich kół pojazdu sprzęgniętych z odpowiednimi silnikami układu silnikowego występuje więc, dopóki co najmniej jedno z kół spełnia warunek przyczepności. Należy również podkreślić, że gdy jedno z kół utraci chwilowo przyczepność, to jego częstotliwość ledwo przekroczy częstotliwość wirującego pola magnetycznego, ponieważ poza tą częstotliwością obrotu silnik sprzęgnięty z tym kołem, przejdzie do trybu hamowania.

Zespół sterowania jest tak ustawiony, ze po uruchomieniu trybu hamowania, wartość wypadkowa częstotliwości stojana każdego silnika jest mniejsza od wartości sygnału częstotliwości do regulowania wartości wynikowej.

Właściwość ta powstaje w dopełniającym trybie hamowania, mającym takie samo działanie jak dla trybu napędu i jest sterowany przez ten sam zespół sterowania. Regulacja wartości wynikowej częstotliwości stojana w trybie hamowania za pomocą maksymalnej częstotliwości wirnika prowadzi do dobrze działającego urządzenia hamowania, zapobiegającego blokowaniu kół. Jeśli koło wychodzi spod kontroli w trakcie hamowania, to jego prędkość może tyko spaść i stąd spadnie moment hamowania przyłożony do tego koła. W konsekwencji koło odzyska przyczepność i prawidłową prędkość toczenia. W wyniku tego, maksymalny moment hamowania jest zawsze doprowadzony do kół, które mają dobrą przyczepność do podłoża. Należy zauważyć, że przy końcu hamowania, pierwszy sygnał sterowania częstotliwości odpowiada zawsze wartości dodatniej.

Ponieważ układ silnikowy jest zaopatrzony jedynie w dwa asynchroniczne silniki elektryczne, są one sprzężone z odpowiednimi kołami umieszczonymi po przeciwnych stronach pojazdu. W ten sposób jest możliwa realizacja pojazdu z napędem na przednie koła, lub pojazdu z napędem na tylne koła.

Możliwa jest również realizacja pojazdu z napędem na wszystkie koła. Istnieje wówczas możliwość zainstalowania silników o innych wymiarach naprzodzie pojazdu, od silników z tyłu pojazdu, tak że moc mechaniczna dostarczona przez silniki przednie jest większa, lub mniejsza od mocy mechanicznej, dostarczonej przez silniki tylne.

Ponieważ wszystkie silniki układu silnikowego są dołączone do wspólnego, centralnego zespołu zasilania elektrycznego, zasilającego te silniki równolegle zmiennym prądem głównego zasilania, to ulegają zmniejszeniu koszty układu silnikowego. Ponadto, rozwiązanie to zapewnia również korzyści w odniesieniu do układu elektrycznego, zwłaszcza gdy źródło energii stanowi akumulator.

Amplituda napięcia zasilania jest określona za pomocą wartości sygnału sterowania. Dla każdej wartości częstotliwości stojana amplituda zasilania może się zmieniać w zależności od sygnału sterowania, pomiędzy wartością minimalną i wartością maksymalną, określonymi dla każdej wartości częstotliwości stojana. Wartości maksymalne określają krzywą ograniczenia napięciowego, a częstotliwość zasilania zostaje tak dostosowana, że dla każdej wartości częstotliwości stojana różnica w częstotliwości obrotu pomiędzy częstotliwością stojana i maksymalną częstotliwością wirnika jest utrzymywana w zasadzie stała, dopóki amplituda zasilania ma wartość mniejszą od określonej wartości maksymalnej dla tej wartości częstotliwości stojana. Bezwzględna wartość różnicy częstotliwości może wzrosnąć w zależności od sygnału sterowania, gdy dla jakiejś wartości częstotliwości stojana amplituda zasilania ma wartość równą określonej wartości maksymalnej dla określonej wartości częstotliwości stojana.

171110

W układzie silnikowym według wynalazku amplituda zasilania napięcia zasilania może się zmieniać niezależnie od częstotliwości zasilania, co prowadzi do zmiany szerokiego obszaru możliwych warunków działania dla zastosowanych silników. Dla danej maksymalnej częstotliwości wirnika, możliwa jest zmiana momentu dostarczonego przez silniki do pojazdu poprzez zmianę amplitudy zasilania napięcia zasilania oraz poprzez zmianę wartości częstotliwości stojana, a w ten sposób poślizgu.

Tak więc możliwe jest otrzymanie praktycznie optymalnego wykorzystania układu silnikowego według wynalazku w całym zakresie działania. Zaobserwowano, że optymalną sprawność uzyskuje się dla w zasadzie stałej różnicy częstotliwości pomiędzy częstotliwością stojana silnika i częstotliwością wirnika, bez względu na wartość częstotliwości wirnika i amplitudy napięcia zasilania, dopóki wytwarzany jest strumień magnetyczny przenikający przez uzwojenie wirnika, który jest dostatecznie odległy od strumienia nasycenia tego silnika. Wartość różnicy częstotliwości zapewniająca optymalną sprawność, jest określona w zależności od właściwości zastosowanych silników asynchronicznych.

Właściwości te prowadzą również do możliwości wzrostu wartości mocy doprowadzonej do silników aż do wartości progowej, przy jakiej silniki pracują przy swojej maksymalnej zdolności. Jeżeli jest możliwa zmiana amplitudy zasilania w zależności od wymaganego momentu, to krzywa ograniczenia napięciowego może być położona względnie blisko magnetycznego, nasycenia silników i dzięki wzrostowi poślizgu, moment zostaje zwiększany, aż wartość tego poślizgu znajdzie się w zakresie pracy silnika.

Układ silnikowy zawiera zespół pomiaru głównego prądu zasilania doprowadzonego do silników, które przesyła sygnał odwzorujący amplitudę, albo natężenie głównego prądu zasilania, do zespołu wytwarzającego sygnał regulacyjny tego układu silnikowego. Sygnał regulacyjny jest tak określony, że wartość sygnału pomiarowego głównego prądu zasilania jest równa wartości sygnału rozkazu również dostarczonego do zespołu wytwarzającego sygnał regulacyjny. Główny prąd zasilania jest regulowany w zależności od sygnału rozkazu pochodzącego z układu od sterowania napędem lub sterowania hamowaniem pojazdu. Całkowity moment dostarczany na wały silnikowe jest w ten sposób sterowany za pomocą sygnału rozkazu i jest on uzależniony od głównego prądu zasilania dostarczonego do silnika.

Układ silnikowy według wynalazku może być zastosowany w trybie napędu i w trybie hamowania. Do realizacji tego, zapewniono sterowanie napędem i sterowanie hamowaniem, dostarczając odpowiednio sygnał napędu i sygnał hamowania, doprowadzone do wybranego urządzenia. Na wyjściu wybranego urządzenia występuje sygnał rozkazu, o wartości odpowiadającej sygnałowi napędu, gdy sygnał hamowania ma wartość nie powodującą hamowania, oraz sygnał hamowania, gdy wartość tego sygnału jest inna od wartości nie powodującej hamowania.

W układzie silnikowym według wynalazku może być uruchomiony tryb napędu i tryb hamowania związanego z nim pojazdu. Ponadto, sterowanie hamowaniem jest zawsze nadrzędne nad sterowaniem napędem, co zapewnia bezpieczną jazdę w przypadku równoczesnych rozkazów przeciwstawnych.

Rozwiązanie według wynalazku zostanie bliżej objaśnione w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie pierwszy przykład układu silnikowego, który zawiera dwa asynchroniczne silniki elektryczne zasilane równolegle, fig. 2 - zakres zasilania asynchronicznych silników elektrycznych zastosowanych w pierwszym przykładzie wykonania układu silnikowego według wynalazku, fig. 3 - charakterystykę określającą amplitudę znormalizowanego napięcia w funkcji sygnału reprezentującego częstotliwość wynikową określającą częstotliwość zasilania, fig. 4 - charakterystykę określającą współczynnik wzmocnienia amplitudy znormalizowanego napięcia w funkcji sygnału regulacyjnego, fig. 5 - charakterystykę określającą zmienną różnicę częstotliwości obrotu pomiędzy wirującym polem magnetycznym stojana i maksymalną częstotliwością wirnika, w funkcji sygnału regulacyjnego, dla pierwszego przykładu wykonania wynalazku, fig. 6 - przykład wykonania zespołu wytwarzającego sygnał regulacyjny do pierwszego przykładu wykonania wynalazku, fig. 7 - schemat drugiego przykładu układu silnikowego według wynalazku, fig. 8 - dwie charakterystyki określające zmienną różnicę częstotliwości obrotu pomiędzy wirującym polem magnetycznym stojana i maksymalną częstotliwością wirnika, w funkcji sygnału regulacyjnego, dla drugiego

171 019 przykładu wykonania wynalazku, a fig. 9 przedstawia charakterystykę według której uzyskuje się sygnał korekcji sygnału sterowania amplitudy napięcia zasilania w funkcji poziomu napięcia akumulatora zastosowanego jako źródło energii.

Układ silnikowy według wynalazku przedstawiony na fig. 1 zawiera zespół centralnego zasilania 2, zasilający równolegle pierwszy asynchroniczny silnik elektryczny M1 i drugi asynchroniczny silnik elektryczny M2.

Każdy z silników zawiera stojan S1, S2 z uzwojeniem stojana B1, B2 oraz wirnik R1, R2 z uzwojeniem wirnikowym tworzącym zamkniętą pętlę. Zespół centralnego zasilania 2 wytwarza główny wielofazowy prąd zmienny IAL zasilania elektrycznego przy napięciu zasilania o amplitudzie UAL i częstotliwości FAL. Prąd zasilania IAL stanowi sumę prądu zasilania IM1 pierwszego silnika i prądu zasilania IM2 drugiego silnika.

Uzwojenie B1, B2 każdego stojana S1, S2 jest tak połączone, że prąd zasilania IM1, IM2 odpowiedniego silnika płynąc w tym uzwojeniu stojana, wytwarza wirujące pole magnetyczne CM1, CM2 przy częstotliwości stojana, a więc częstotliwości wirującego pola magnetycznego FST w obszarze odpowiedniego silnika, który ma częstotliwość obrotu wirnika FRT1, FRT2 zależną od wirującego strumienia magnetycznego i od obciążenia.

Każdy silnik M1, M2 jest sprzężony z jednym przyporządkowanym mu kołem pojazdu, w którym zastosowano pierwszy przykład wykonania układu silnikowego według wynalazku. Częstotliwość obrotu każdego zkół jest liniową funkcją częstotliwości wirowania FRT1, FRT2 przyporządkowanego wirnika R1, R2.

Obecnie zostanie przedstawione działanie asynchronicznego silnika elektrycznego. Gdy wirnik R1, R2 ma częstotliwość wirowania FRT1, FRT2, która różni się od częstotliwości FST wirującego pola magnetycznego CM1, CM2, to strumień tego wirującego pola magnetycznego przechodzący przez uzwojenie wirnika indukuje w tym uzwojeniu napięcie, wytwarzając w nim indukowany prąd elektryczny. W tym stanie wirnik działa pod wpływem siły elektromagnetycznej wynikającej ze sprzężenia pomiędzy wirującym polem magnetycznym CM1, CM2 i prądem elektrycznym indukowanym w uzwojeniu wirnika, co powoduje wytwarzanie momentu obrotowego na wale wyjściowym silnika M1, M2. Dla takich silników asynchronicznych może wystąpić określony poślizg S równy względnej różnicy częstotliwości pomiędzy częstotliwością wirującego pola magnetycznego i częstotliwością wirowania wirnika.

Dla danej częstotliwości stojana FST i danej amplitudy napięcia zasilania obserwowany jest wzrost prądu zasilania, gdy wzrasta poślizg S, jak również obserwowany jest wzrost momentu obrotowego, gdy poślizg zmienia się pomiędzy wartością zerową i wartością progową, przy jakiej osiąga się moment maksymalny. Zakres wartości poślizgu zawarty pomiędzy wartością żelową i wartością progową wyznacza zakres pracy dla silnika przy danej częstotliwości stojana FST i danej amplitudzie zasilania.

Ponadto, dla częstotliwości stojana FST i danego poślizgu S obserwuje się wzrost momentu, gdy amplituda zasilania wzrośnie i dopóki silnik nie osiągnie nasycenia magnetycznego.

W pierwszym przykładzie wykonania, układ silnikowy według wynalazku przedstawiony na fig. 1 zaopatrzony jest w urządzenia pomiarowe 10, do pomiaru częstotliwości obrotu FRT1, FRT2 każdego z wirników R1, R2. Te urządzenia pomiarowe 10 dostarczają do zespołu przetwarzania sygnału pomiarowego 4 pierwszy sygnał MFR1 odwzorujący częstotliwość obrotu FRT1 pierwszego silnika M1 i sygnał MFR2 odwzorujący częstotliwość obrotu FRT2 drugiego silnika M2.

Zespół centralnego zasilania 2 i zespół przetwarzania 4 są połączone z zespołem sterowania 6. Na wyjściu 4a zespołu przetwarzania 4 wyprowadzany jest sygnał SFMX odwzorowujący maksymalną częstotliwość obrotu wirnika pomiędzy częstotliwością wirnikową FRT1 pierwszego silnika M1 i częstotliwością wirnikową FRT2 drugiego silnika M2. Sygnał SFMX jest doprowadzony do wejścia zespołu sterowania 6 stanowiącego wejście a sumatora 11. Z wyjścia zespołu sterowania 6 doprowadza się do pierwszego wejścia 12 centralnego zespołu zasilania elektrycznego 2 pierwszy sygnał SCF do sterowania częstotliwości napięcia zasilania FAL i do drugiego wejścia 14 centralnego zespołu zasilania 2 drugi sygnał SCA do sterowania amplitudy napięcia zasilania UAL.

171 019

Zespół sterowania 6 na swym jednym wejściu zawiera obwód 20 do wytworzenia sygnału regulacyjnego SRG występującego na wyjściu a obwodu 20. Wejście b tego obwodu 20 jest dołączone do urządzenia pomiarowego 22 do pomiaru głównego prądu zasilania IAL, które wytwarza sygnał pomiarowy SMI głównego prądu zasilania elektrycznego. Drugie wejście c obwodu 20 do wytwarzania sygnału regulacyjnego SRG, jest dołączone do obwodu rozkazowego 24, który doprowadza do niego sygnał rozkazowy SCS. Obwód 20 do wytwarzania sygnału regulacyjnego SRG wytwarza ten sygnał regulacyjny SRG w zależności od sygnału SMI i sygnału SCS doprowadzonych do jego wejść.

Sygnał regulacyjny SRG jest doprowadzony do wejścia a obwodu 30 regulacji różnicy częstotliwości obrotu pomiędzy częstotliwością wirnika FRM, oraz do wejścia a obwodu wzmacniającego 32 o stosownym współczynniku wzmocnienia wytwarzający sygnał współczynnika wzmocnienia CAP.

Obwód regulacyjny 30 dostarcza na wyjściu b sygnał DVA odwzorowujący zmienną różnicę częstotliwości. Sygnał DVA jest doprowadzony do wejścia b sumatora 11. Wejście c sumatora 11 jest połączone z obwodem 36 wytwarzania sygnału DFI odwzorowującego ustaloną różnicę częstotliwości. Sumator 11 dodaje sygnały SFMX, DVA i DFI doprowadzone do jego wejść a, b i c, a doprowadza na swoje wyjście d sygnał SFRS odpowiadający częstotliwości wynikowej. Sygnał częstotliwości wynikowej SFRS służy do tworzenia pierwszego sygnału sterowania SCF częstotliwości napięcia zasilania FAL. Następnie, sygnał SFRS wyprowadzony z wyjścia d sumatora 11 jest doprowadzony do wejścia a obwodu pamięci 40, w którym jest pamiętana znormalizowana krzywa napięcie-częstotliwość 42, przedstawiona schematycznie na fig. 3. Na wyjściu b pamięci 40 wyprowadzony jest sygnał napięciowy UNO o amplitudzie znormalizowanej w zależności od sygnału SFRS odpowiadającego częstotliwości wynikowej i doprowadzonego do wejścia tego obwodu pamięci 40.

Sygnał napięciowy UNO z obwodu pamięci 40 i sygnał wzmocniony CAP z obwodu wzmacniania 42 są odpowiednio doprowadzone do wejścia a i wejścia b obwody mnożenia 42, w którym te dwa sygnały CAP i UNO są mnożone. Wynik mnożenia wyprowadzony jest z wyjścia obwodu mnożenia 42 i stanowi drugi sygnał sterowania SCA amplitudy napięcia zasilania UAL.

Należy zauważyć, ze istnieje możliwość włączenia wzmacniacza 46 w przewód 48 łączący sumator 11 z zespołem centralnego zasilania 2, wówczas gdy liczba biegunów uzwojeń stojanów B1, B2, która jest jednakowa, jest inna niż 1. Jeśli liczba par biegunów uzwojeń stojanów B1, B2 jest dana przez zmienną P, to częstotliwość synchroniczna obrotów wirnika jest zmniejszona przy współczynniku 1/P, co jest równoważne silnikowi z jedną parą biegunów magnetycznych i częstotliwości stojana FST = FAL/P.

Na wykresie z fig. 2 przedstawiony jest zakres napięcia zasilania 50 silników M1, M2, doprowadzonego przez zespół centralnego zasilania 2. Zakres napięcia zasilania 50 jest odwzorowany za pomocą wykresu przedstawiającego amplitudę napięcia zasilania UAL w funkcji częstotliwości stojana FST, przy czym wartość tej częstotliwości jest całkowitą wielokrotnością wartości częstotliwości napięcia zasilaniaFAL. Wartości jakie może przyjmować częstotliwość stojana FST wyznaczają zakres 52 wartości częstotliwości, jakie może mieć częstotliwość stojana FST.

Dla każdej wartości częstotliwości F1 zawartej w zakresie wartości 52, amplituda napięcia zasilania UAL może się zmieniać pomiędzy wartością minimalną U0 i wartością maksymalną Ul, przy czym wartości te są wyznaczane w określony sposób dla każdej częstotliwości F1 zakresu 52. Wartości maksymalne Ul wyznaczają krzywą ograniczenia napięciowego 54.

Zespół sterowania 6 układu silnikowego według wynalazku jest tak połączony, że po pierwsze częstotliwość stojana FST, której wartość jest określona wartością częstotliwości wynikowej FRS, jest równa sumie maksymalnej częstotliwości DFI, dopóki amplituda napięcia zasilania UAL ma wartość mniejszą od wartości maksymalnej Ul dla tej częstotliwości stojana FST, która odpowiada wartości zerowej dla zmiennej różnicy częstotliwości DVA, a po drugie ta zmienna różnica częstotliwości DVA może mieć wartość większą od zera, gdy amplituda napięcia zasilania UAL jest równa wartości maksymalnej Ul wzdłuż krzywej ograniczenia napięciowego 54.

171110

Opisana zasada zasilania jest osiągnięta, zwłaszcza za pomocą funkcji przenoszenia obwodu regulacji 30 określonej krzywą 60 przedstawioną na wykresie z fig. 5, funkcji przenoszenia obwodu pamięci 40, która jest wyznaczona przez krzywą znormalizowaną napięcie-częstotliwość 42, przedstawioną na wykresie z fig. 3 oraz funkcji przenoszenia obwodu wzmacniania 32, która jest wyznaczona przez charakterystykę 62 przedstawioną na wykresie z fig. 4.

Jak przedstawiono na fig. 4 i 5, wartość zmiennej różnicy częstotliwości DVA jest ustalona na zero, dopóki sygnał regulacyjny SRG jest poniżej danej wartości S1. Ponadto, wzmocniony sygnał CAP wzrasta w sposób zasadniczo liniowy w zależności od sygnału regulacyjnego SRG, pomiędzy wartością początkową S0 i wartością S1. Jednakże jest możliwe takie ustawienie, aby zmienna różnica częstotliwości DVA wzrastała trochę w zależności od sygnału regulacyjnego SRG pomiędzy wartościami S0 i S1.

Dla wartości S1 współczynnik wzmocnienia wzmocnionego sygnału CAP osiąga swoją wartość maksymalną Cl. Gdy sygnał regulacyjny SRG jest większy niż S1, to współczynnik wzmocnienia jest utrzymywany na wartości maksymalnej Cl. Współczynnik Cl da krzywą ograniczenia napięciowego 54 przedstawioną na fig. 2. Krzywa ograniczenia napięciowego 54 została wstępnie określona w zależności od właściwości i wymiarów zastosowanych silników asynchronicznych.

Jeśli sygnał regulacyjny SRG jest większy niż S1, to zmienna różnica częstotliwości DVA przyjmuje wartości większe od zera, jak pokazano na fig. 5. Zmienna różnica częstotliwości DVA jest większy od zera, gdy sygnał regulacyjny SRG jest większy od S1 dla trybu napędu PPS układu silnikowego i wzrasta w zasadzie liniowo z sygnałem regulacyjnym SRG.

Tak więc, dopóki sygnał regulacyjny SRG znajduje się poniżej wartości S1, to częstotliwość wynikowaFRS, tworząc pierwszy sygnał sterowaniaSCF częstotliwości napięcia zasilania FAL, odpowiada w zasadzie maksymalnej częstotliwości obrotowej FMX, do której dodano uprzednio określoną ustaloną różnicę częstotliwości DFI odpowiadającą prawie optymalnym warunkom działania, w prawie całym zakresie napięcia zasilania 50 zastosowanych silników asynchronicznych.

Możliwe jest również nieznaczne i stopniowe zwiększenie różnicy częstotliwości pomiędzy wartościami S0 i S1 sygnału regulacyjnego SRG w celu zapewnienia bezwzględnie optymalnych warunków pracy w całym zakresie napięcia zasilania 50.

Zgodnie z określoną wartością dla sygnału regulacyjnego SRG, pomiędzy wartością początkową S1 i wartością S1, drugi sygnał sterowania SCA amplitudy napięcia zasilania UAL doprowadzony z obwodu mnożenia 42 do zespołu centralnego zasilania 2 może się zmieniać dla każdej wartości częstotliwości wynikowej FRS, pomiędzy wartością minimalną Ul i wartością maksymalną U2 wzdłuż krzywej ograniczenia napięciowego 54.

Ponadto, gdy sygnał regulacyjny SRG ma wartość większą od wartości S1, to różnica częstotliwości pomiędzy częstotliwością stojana FST i maksymalną częstotliwością wirnika FMX wzrośnie, a następnie wartość sygnału DVA odwzorowująca zmienną różnicę częstotliwości wzrośnie znacznie.

Należy podkreślić, że korzystnie zmienna różnica częstotliwości DVA jest utrzymywana stała, gdy osiągnie uprzednio określoną wartość maksymalną. Innymi słowy, dla danej wartości sygnału regulacyjnego, wzrost tego sygnału regulacyjnego już nie spowoduje wzrostu zmiennej różnicy częstotliwości DVA.

Gdy wartość sygnału regulacyjnego SRG jest większa od wartości S1, to współczynnik wzmocnienia sygnału wzmocnionego CAP utrzyma stałą wartość Cl. W wyniku tego drugi sygnał sterowania SCA amplitudy napięcia zasilania UAL odpowiada wartości krzywej ograniczenia napięciowego 54, dla każdej wartości częstotliwości wynikowej FRS.

Podsumowując, amplituda napięcia zasilania UAL wzrasta, dla danej częstotliwości maksymalnej obrotów FMX, pomiędzy wartością minimalną U0 i wartością maksymalną U1, która jest wcześniej określona dla częstotliwości stojana FET równej maksymalnej częstotliwości wirnika FMX, do której jest dodana optymalna, ustalona różnica częstotliwości DFI, gdy sygnał regulacyjny wzrośnie pomiędzy wartością początkową S0 i S1. Następnie, o ile maksymalną częstotliwość wirnika FMX pozostaje stała i wartość sygnału regulacyjnego ciągle wzrasta ponad wartość S1, to różnica częstotliwości obrotowej pomiędzy częstotliwością stojana

171 019

FST i maksymalną częstotliwością wirnika FMX wzrośnie znacznie, co odpowiada wzrostowi poślizgu silnikowego, a amplituda napięcia zasilania UAL jakie zespół centralnego zasilania 2 doprowadza do silników M1 i M2, przyjmie maksymalną możliwą wartość dla częstotliwości wynikowej FRS, lub odpowiednio pierwszy sygnał sterowania SCF częstotliwości stojana FST wynikający ze wzrostu różnicy częstotliwości.

Schemat obwodu 20 wytwarzającego sygnał regulacyjny SRG jest pokazany na fig. 6. Sygnał rozkazowy SCS i sygnał pomiarowy SMI głównego prądu zasilania IAL zostają odjęte jeden od drugiego za pomocą obwodu różniczkującego 66. Wynik tego różniczkowania zostaje następnie doprowadzony do regulatora proporcjonalno-całkowego 68. Sygnał wyprowadzony z regulatora 68, będący sygnałem napięciowym stanowi następnie sygnał regulacyjny.

Pierwszy przykład wykonania układu silnikowego pojazdu elektrycznego, przedstawiony na fig. 1 do 6, umożliwia regulację całkowitego momentu dostarczonego przez silniki asynchroniczne do pojazdu, poprzez pomiar głównego prądu zasilania IAL, za pomocą obwodu rozkazowego 24 i obwodu 20 do wytwarzania sygnału regulacyjnego SRG. Dzięki zmianie wartości sygnału regulacyjnego SRG zespół sterowania 6 działa tak, że wartość sygnału pomiarowego SMI odpowiadająca głównemu prądowi zasilania przyjmuje wartość równą wartości sygnału rozkazowego SCS.

Ponadto, układ silnikowy według pierwszego przykładu wykonania wynalazku zapewnia, dla każdego z silników asynchronicznych, tryb działania odpowiadający trybowi napędu, przy czym wartość pierwszego sygnału sterowania SCF wartości częstotliwości napięcia zasilania FAL zostaje ustalona tak, że częstotliwość ta jest zawsze większa od wartości maksymalnej częstotliwości wirnika FMX. W określonym przypadku, gdy wartość częstotliwości wirnika fRT1 pierwszego silnika Ml jest równa wartości częstotliwości wirnika FRT2 silnika M2, to te dwa silniki są zasilane napięciem zasilania, którego amplituda napięcia zasilania UAL i częstotliwość napięcia zasilania FAL są ustalone tak, aby sprawność była bardzo dobra w całym zakresie pracy tych silników i również, aby zapewnić elastycznie wysokie osiągi stosowanych silników.

Należy zauważyć, że jest możliwe w zmodyfikowanej postaci tego pierwszego przykładu wykonania uzyskać określone napięcie zasilania dla każdego z dwóch silników M1 i M2, a każde z tych napięć jest regulowane pod względem częstotliwości za pomocą pierwszego sygnału sterowania SCF i amplitudy napięcia zasilania, za pomocą drugiego sygnału sterowania SCA. W tym szczególny przypadku, urządzenie pomiarowe 22 do pomiaru głównego prądu zasilania IAL zostaje zastąpione przez równoważne urządzenie mierzące bezpośrednio prądy IM1 i IM2 dostarczane do dwóch silników M1 i M2, a sygnał pomiaru prądowego SMI odpowiada w ten sposób sumie dwóch zmierzonych prądów IM1 i IM2.

Obecnie zostanie przedstawiony drugi przykład wykonania układu silnikowego według wynalazku, w odniesieniu do fig. 7 do 9.

Elementy układu omówione już w opisie pierwszego przykładu wykonania układu silnikowego według wynalazku nie będą ponownie przedstawione szczegółowo. Przedstawione będą tylko nowe zespoły i elementy, lub te które zostały zmodyfikowane w stosunku do pierwszego przykładu wykonania wynalazku.

Układ silnikowy pojazdu elektrycznego według drugiego przykładu wykonania zawiera cztery silniki M1, M2, M3 i M4, a każdy z nich zasilany jest równolegle przez zespół centralnego zasilania 2. Każdy silnik jest zasilany swoim zmiennym prądem zasilania IM1, IM2, IM3 i IM4. Należy zauważyć, że cztery silniki przedstawione na fig. 7 są podobne do silników M1, M2 przedstawionych w pierwszym przykładzie wykonania z fig. 1.

Pierwsze urządzenie pomiarowe 10 (omówiony jest tylko jeden z układów) dostarcza sygnały pomiarowe MFR1, MFR2, MFR3 i MFR4, każdy z tych sygnałów indywidualnie odwzorowuje częstotliwość wirnika jednego z czterech silników asynchronicznych. W tym określonym przypadku, sygnał SFMX dostarczony na wyjście a zespołu przetwarzania 4 odwzorowuje maksymalną częstotliwość wirnika czterech opisanych tu silników. Należy zauważyć, ze dla każdej liczby silników w układzie silnikowym według wynalazku sygnał dostarczony na wyjście a zespołu przetwarzania 4 odpowiada maksymalnej częstotliwości silnika z tych wszystkich silników.

Drugi układ pomiarowy 72 do pomiarów temperatury każdego z silników M1 do M4 (tylko jeden z nich jest omówiony) doprowadza do zespołu przetwarzania 4 sygnały pomiarowe MT1, MT2, MT3 i MT4 odpowiadające wartości temperatury odpowiednich silników. Zespół przetwarzania 4 wyprowadza na wyjście b sygnał STR, którego wartość zależy od wartości temperatur zmierzonych przez drugi układ pomiarowy 72. Sygnał STR jest doprowadzony do wejścia d obwodu 20 do wytwarzania sygnału regulacyjnego SRG. Sygnał regulacyjny SRG jest uzależniony od sygnału rozkazowego SCS, sygnału SMI z pomiaru głównego prądu zasilania IAL i od sygnału STR dostarczającego informacji o temperaturze silników.

Jak w pierwszym przykładzie wykonania według wynalazku, wartość głównego prądu zasilania IAL jest regulowana w zależności od sygnału rozkazowego SCS, a sygnał STR odwzorowujący temperatury silników służy jako parametr do poprawiania lub ograniczenia sygnału rozkazowego SCS. Należy zauważyć, że istnieje również możliwość zmodyfikowania tego drugiego przykładu wykonania wynalazku, dla wytworzenia sygnału regulacyjnego w ten sam sposób, jak w pierwszym przykładzie wykonania wynalazku. Wartość tego sygnału regulacyjnego jest wówczas regulowana w zależności od wartości sygnału STR.

Zespół centralnego zasilania 2 jest utworzony przez akumulator 76, wyłącznik zasilania 78 zawierający tranzystory bipolarne z izolowaną bramką (IGBT) oraz modulator szerokości impulsu (PWM) 80.

Pierwszy i drugi sygnał sterowania SCF i SCA są doprowadzone odpowiednio do wejść 12 i 14 modulatora szerokości impulsu 80. W odpowiedzi na sygnały sterowania SCF i sCa modulator 80 doprowadza do wyłącznika zasilania 78 sygnał otwarcia i zamknięcia SOF, który steruje otwarciem i zamknięciem przełączników różnicowych tworzących urządzenie wyłącznika zasilania. Akumulator 76 dostarcza prąd akumulatora IB do wyłącznika zasilania 78 przy napięciu UB. Różne elementy zespołu centralnego zasilania 2 umożliwiają niezależną regulację amplitudy napięcia zasilania UAL i częstotliwości napięcia zasilania FAL.

Akumulator 76 doprowadza do obwodu 20 i do obwodu sterowania 84 sygnał SUB odwzorowujący napięcie akumulatora. Akumulator 76 doprowadza również do obwodu 20 sygnał SIB odwzorowujący prąd akumulatora IB doprowadzony do wyłącznika zasilania 78. Należy zauważyć, że prąd akumulatora IB służy do dostarczenia głównego prądu zasilania IAL wyprowadzonego z wyłącznika zasilania 78. Obwód sterowania 84 ma funkcję przeniesienia odpowiadającą funkcji określonej przez charakterystykę 88 przedstawioną schematycznie na fig. 9. Na fig. 9 przedstawiono sygnał korekcji SCR wyprowadzony z wyjścia obwodu sterowania 84, w zależności od sygnału SUB odwzorowującego napięcie akumulatora 76 doprowadzone do wejścia b obwodu sterowania 84. Należy zauważyć, ze wartość korekcyjna wynosi zero, gdy napięcie akumulatora jest równe napięciu nominalnemu UBN akumulatora.

Sygnał korekcji SCR jest następnie doprowadzony do wejścia d obwodu 42' wytwarzającego drugi sygnał sterowania SCA amplitudy napięcia zasilania, UAL oraz do wejścia sumatora 90, drugie wejście b tego sumatora 90 jest połączone z obwodem 32, który dostarcza do niego sygnał odwzorowujący współczynnik wzmocnienia, jak przedstawiono w odniesieniu do fig. 4. Wynik dodawania wykonanego w sumatorze 90 jest doprowadzony do wyjścia c tego sumatora 90 i określa skorygowany sygnał współczynnika wzmocnienia CAC. Sygnał CAC jest następnie doprowadzony do wejścia b obwodu 42'. Obwód 42'jest połączony dla przeprowadzenia mnożenia pomiędzy swoim wejściem a i wejściem b, to jest sygnału amplitudy znormalizowanego napięcia UNO, jak określono na fig. 3, przez skorygowany sygnał współczynnika wzmocnienia. Ponadto jest połączony dla dodania wyniku tego mnożenia do wartości sygnału korekcji SCR doprowadzonego do wejścia d obwodu 42'. Uzyskany końcowy wynik jest doprowadzony do wyjścia c obwodu 42' i tworzy drugi sygnał sterowania SCA do regulacji amplitudy napięcia zasilania UAL.

Obwód rozkazowy 24 zawiera tu obwód sterowania napędem 94 i obwód sterowania hamowaniem 96. Obwód sterowania napędem 94 dostarcza sygnał napędu SPP do urządzenia wybierającego 98. Sterowanie hamowaniem dostarcza sygnał hamowania SFN do urządzenia wybierania 98. Urządzenie wybierające 98 jest ustawione tak, że na swoim wyjściu dostarcza sygnał rozkazowy SCS odpowiadający wartości sygnału napędu SPP, gdy wartość sygnału hamowania SFN odpowiada wartości braku hamowania układu silnikowego drugiego przykładu

171 019 wykonania wynalazku. Jednakże urządzenie wybierające 98 jest tak ustawione, że sygnał rozkazowy SCS dostarczony do obwodu 20' wytwarzania sygnału regulacyjnego SRG odpowiada wartości sygnału hamowania SFN, gdy sygnał ten ma wartość inną niż wartość braku hamowania. Jest w ten sposób zrozumiałe, że obwód sterowania hamowaniem 96 przyjmuje nadrzędność nad obwodem sterowania napędem 94.

Urządzenie wybierające 98 dostarcza na swoje wyjście b sygnał trybu SMO, który jest doprowadzony do wejścia c obwodu regulacji 30' i obwodu 36'. Sygnał trybu SMO steruje obwody 30' i 36' czynnego trybu silnika, a mianowicie określa czy jest aktywny tryb napędu PPS lub tryb hamowania FRN. Tryb napędu jest uaktywniony, gdy sygnał rozkazowy SCS odpowiada sygnałowi napędu SPP. Podobnie tryb hamowania jest uaktywniony, gdy sygnał rozkazowy SCS odpowiada sygnałowi hamowania SFN.

Gdy jest uaktywniony tryb napędu PPS, to ustalona różnica częstotliwości DFI pamiętana w obwodzie 36' przyjmuje wartość dodatnią. Jednakże gdy jest uaktywniony tryb hamowania FRN, to wartość ustalonej różnicy częstotliwości DFI jest ujemna. W drugim przykładzie wykonania układu, ta bezwzględna wartość ustalonej różnicy częstotliwości DFI jest jednakowa dla dwóch możliwych trybów silników.

Podobnie obwód regulacji różnicy częstotliwości 30'jest tak ustawiony, że gdy uaktywniony jest tryb napędu PPS, to zmienna różnica częstotliwości DVA określona przez krzywą 100 z fig. 8 przyjmie wartość dodatnią, gdy sygnał regulacyjny SRG ma wartość większą od wartości S1. Natomiast gdy jest uaktywniony tryb hamowania FRN, to obwód regulacji 30'jest ustawiony, aby przełączyć na krzywą 102 przedstawioną na fig. 8. Wynikowa zmienna różnica częstotliwości DVA jest w tym przypadku ujemna, gdy wartość sygnału regulacyjnego SRG jest większa od S1. W korzystnej postaci drugiego przykładu wykonania układu bezwzględna wartość zmiennej różnicy częstotliwości DVA dla danego sygnału regulacyjnego SRG jest jednakowa dla dwóch trybów silnika.

W ten sposób w korzystnej postaci drugiego przykładu wykonania występuje symetria działania pomiędzy trybem napędu PPS i trybem hamowania FRN. Ta symetria działania daje w wyniku optymalną sprawność zarówno w trybie napędu jak i w trybie hamowania.

Zrozumiałe jest, że sygnał rozkazowy SCS ma ten sam znak matematyczny dla dwóch możliwych trybów silnika. W drugim przykładzie wykonania układu według wynalazku, znak matematyczny wartości sygnału rozkazowego SCS jest dodatni. Podobnie znak matematyczny sygnału regulacyjnego SRG dostarczonego przez obwód 20' wytwarzania sygnału regulacyjnego dodatni w obu trybach silnika w drugim przykładzie wykonania układu silnikowego według wynalazku. Ten szczególny układ ma taką zaletę, że umożliwia regulację trybu napędu PPS i trybu hamowania FRN za pomocą tego samego sygnału pomiarowego SMI głównego prądu zasilania IAL dostarczonego przez wspólne urządzenie pomiarowe 22 głównego prądu zasilania IAL.

Przedstawiona wyżej właściwość została stwierdzona przy obserwacji faktu, ze główny prąd zasilania IAL ma zarówno w trybie napędu PPS jak i w trybie hamowania FRN jednakową wartość bezwzględną dla całkowitego momentu wywieranego na wały czterech silników Ml do M4 w drugim przykładzie wykonania wynalazku. Jest to wyjaśnione przez fakt, że zmienny prąd zasilania silnika asynchronicznego jest utworzony za pomocą prądu magnesowania wytwarzającego wirujący strumień magnetyczny i prąd czynny, w tym przypadku gdy wirnik nie ma tej samej częstotliwości obrotu jak wirujące pole magnetyczne w rejonie wirnika. Prąd magnesowaniajest przesunięty w fazie o 90° w stosunku do zmiennego napięcia zasilania wytwarzającego prąd magnesowania. W te sposób prąd magnesowania nie wytwarza żadnej mocy czynnej. Jednakże prąd czynny jest jeszcze raz przesunięty w fazie o 90° w stosunku do prądu magnesowania. Mogą być więc rozróżnione dwa możliwe przypadki, jeden odpowiadający trybowi napędu PPS i drugi trybowi hamowania FRN.

W trybie napędu prąd czynny jest w fazie ze zmiennym napięciem zasilania. W wyniku tego występuje dodatnia moc czynna odpowiadająca mocy dostarczonej do silników, której część zostaje przekształcona na energię mechaniczną napędu pojazdu. W trybie hamowania prąd czynny jest przesunięty w fazie o 180° względem zmiennego napięcia zasilania, to znaczy że jego wartość jest ujemna względem prądu czynnego trybu jazdy. W tym przypadku wypadkowa moc czynna jest ujemna i odpowiada mocy elektrycznej dostarczonej częściowo do zespołu

171 019 centralnego zasilania. Dostarczona moc elektryczna wynika z przekształcenia energii mechanicznej w energię elektryczną wytworzoną przez hamowanie, to znaczy przez ujemne przyspieszenie pojazdu wyposażonego w układ silnikowy według drugiego przykładu wykonania.

Tak więc amplituda prądu zasilania lub jego natężenie pozostaje takie samo dla tej samej wartości bezwzględnej prądu czynnego, bez względu na tryb działania silnika, to jest tryb napędu lub tryb hamowania. Ta ostatnia właściwość jest wykorzystana w drugim przykładzie wykonania, dla uproszczenia układu silnikowego. W tym celu jest mierzona albo amplituda głównego prądu zasilania IAL, albo średnia wartość wyprostowana tego prądu. Możliwe jest więc wykorzystanie tylko urządzenia pomiarowego 22 dla głównego prądu zasilania IAL i takiego samego urządzenia 20', dla wytworzenia sygnału regulacyjnego SRG.

Dla mierzonej wartości prądu istnieje albo moment dostarczony przez silnik do przyspieszenia pojazdu, albo moment o tej samej wartości bezwzględnej służący do hamowania pojazdu w zależności od tego czy silniki Ml do M4 mają poślizg dodatni lub ujemny. Jedynym przystosowaniem się układu silnikowego według wynalazku do przejścia od trybu napędu PPS do trybu hamowania FRN stanowi więc odwrócenie znaku poślizgu, przy utrzymaniu tego samego znaku matematycznego dla sygnału rozkazowego SCS.

Ponadto, należy zauważyć, że fakt regulacji częstotliwości napięcia zasilania FAL, która jest jednakowa dla wszystkich tych silników, na podstawie jednego sygnału SFMX odwzorowującego maksymalną częstotliwość wirniki wszystkich silników zawartych w układzie silnikowym według wynalazku, ma szereg korzyści. Pierwsza korzyść polega na tym, że częstotliwość stojana wszystkich silników jest regulowana na podstawie tylko dwóch sygnałów, a mianowicie sygnału rozkazowego SCS i sygnału SFMX. Następnie częstotliwość stojana wszystkich silników jest regulowana na podstawie tych samych dwóch sygnałów, zarówno w trybie napędu PPS jak i w trybie hamowania FRN.

Wybór sygnału SFMXjako parametru do regulacji częstotliwości stojanaFST wszystkich silników gwarantuje właściwe i spójne działanie wszystkich silników, zarówno w trybie napędu jak i trybie hamowania. Szczególnie w trybie napędu układ silnikowy według wynalazku zapewnia takie same warunki napędu dla każdego z silników.

W przypadku trybu hamowania, układ silnikowy według wynalazku zapewnia bardzo dobre osiągi hamowania, dzięki regulacji częstotliwości stojana wszystkich silników na podstawie tego samego parametru określonego przez sygnał SFMX odpowiadający maksymalnej częstotliwości wirnika wszystkich silników. Zapewnione jest, że nie wystąpi zablokowanie żadnego koła z jakiegokolwiek powodu, ponieważ jeśli jedno koło wypadnie spod kontroli w trakcie hamowania, to jego prędkość może tylko zmniejszyć się i stąd moment hamowania przyłożony do tego indywidualnego koła sprzęgniętego z silnikiem spadnie. W konsekwencji, koło ponownie uzyska przyczepność i odzyska swoją prawidłową prędkość obrotową, lub w przypadku praktycznie zerowej przyczepności, jego różnica częstotliwości nigdy nie przekroczy sumy ustalonej różnicy częstotliwości DFI i zmiennej różnicy częstotliwości DVA. W ten sposób taki układ silnikowy zapewnia maksymalną przyczepność kół do podłoża w trakcie hamowania.

Należy podkreślić, że przy końcu hamowania pierwszy sygnał SCF do sterowania częstotliwości napięcia zasilania FAL jest oczywiście tak ustawiony, aby odpowiadał przez cały czas dodatniej częstotliwości.

W drugim przykładzie wykonania układu silnikowego według wynalazku, ze wszystkimi kołami napędzanymi, możliwe jest zapewnienie silników o różnych wymiarach z przodu i z tyłu pojazdu. W takim przypadku właściwości i wymiary silników przednich są dostosowane do właściwości i wymiarów silników tylnych tak, ze każdy z silników działa właściwie, w odpowiedzi na takie same urządzenie sterowania.

Należy zauważyć, że w tej postaci jest również możliwe zapewnienie dwóch zespołów zasilania, jednego dla silników przednich i drugiego dla silników tylnych. Dwa zespoły zasilania są sterowane za pomocą tego samego zespołu sterowania 6. W przypadku tym jest możliwe wzmocnienie drugiego sygnału do sterowania amplitudę napięcia zasilania pomiędzy urządzeniem sterowania i elektrycznym zespołem zasilania zasilającym silniki o większej mocy tak, że te silniki mogą uzyskać większą amplitudę napięcia zasilania, proporcjonalnie do amplitudy napięcia zasilania silników o mniejszej mocy.

171 019

Fig. 2

FST FAL

T

171 110

Fig. 3

Fig. 4

171 110

Fig. 5

171 019

SFHX

171 110

Fig. 8

Fig. 9

171 019

SCF

SO

Oj ró-.

“I

ΓΜ

N-\

Ύ—f fI_____

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ silnikowy pojazdu elektrycznego, zawierający zespół centralnego zasilania do dostarczania prądu przemiennego, który to zespół zasilania ma napięcie przemienne i zmienną częstotliwość zasilania, do którego to zespołu zasilania dołączone są przynajmniej dwa asynchroniczne silniki elektryczne zasilane równolegle, przy czym każdy z tych asynchronicznych silników elektrycznych jest sprzęgnięty z przyporządkowanym kołem pojazdu i zawiera uzwojenie stojana rozmieszczone dla wytwarzania pola magnetycznego zmieniającego się z częstotliwością stojana w odpowiedzi na przepływ prądu zasilającego, oraz wirnik magnetycznie sprzężony z uzwojeniem stojana, przy czym częstotliwość wirnika jest uzależniona od częstotliwości stojana, a częstotliwość stojana jest taka sama dla każdego z silników, ponadto z zespołem zasilania połączony jest zespół sterujący do sterowania zmienną częstotliwością zasilania za pomocą pierwszego sygnału sterującego doprowadzonego do zespołu zasilania, znamienny tym, że każdy silnik asynchroniczny (Ml, M2) wyposażony jest w pierwsze urządzenie pomiarowe (10), które dołączone jest do przyporządkowanego wirnika (R1, R2) dla ciągłego dostarczania sygnału pomiarowego (MFR1, MRF2) odpowiadającego częstotliwości każdego silnika, a ponadto każde pierwsze urządzenie pomiarowe (10) dołączone jest do elektronicznego zespołu przetwarzania sygnałów pomiarowych (4), którego wyjście połączone jest z wejściem zespołu sterującego (6) dla dostarczania do zespołu sterującego (6) sygnału częstotliwości (SFMX), który reprezentuje najwyższy z sygnałów pomiarowych (MFR1, MRF2).

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pojazd elektryczny jest wyposażony w dwa asynchroniczne silniki elektryczne (M1, M2 albo M3, M4) sprzężone z dwoma kołami przednimi albo z dwoma kołami tylnymi, a pierwsze urządzenie pomiarowe (10) jest dołączone do każdego wirnika obydwóch silników elektrycznych.

3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pojazd elektryczny jest wyposażony w dwa asynchroniczne silniki elektryczne (Ml, M2) sprzężone z dwoma kołami przednimi i dwa asynchroniczne silniki elektryczne (M3, M4) sprzężone z dwoma kołami tylnymi, a pierwsze urządzenie pomiarowe (10) jest dołączone do każdego z czterech silników.

4. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że dwa asynchroniczne silniki elektryczne (M1, M2) sprzężone z dwoma kołami przednimi mają wymiary inne niż dwa asynchroniczne silniki elektryczne (M3, M4) sprzężone odpowiednio z dwoma kołami tylnymi.

5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że wyjście pierwszego sygnału sterującego (SCF) zespołu sterowania (6) jest połączone z pierwszym wejściem (12) zespołu zasilania (2), przy czym zespół sterowania (6) zawiera pierwsze obwody regulacyjne (30, 36; 30', 36') dla regulacji częstotliwości zasilania (FAL), a wyjście drugiego sygnału sterującego (SCA) zespołu sterowania (6) jest połączone z drugim wejściem (14) zespołu centralnego zasilania (2), przy czym zespół sterowania (6) zawiera drugie obwody regulacyjne (32, 40, 42; 42', 84, 90) dla regulacji amplitudy (UAL) napięcia zasilania.

6. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że pierwsze obwody regulacyjne (30,36; 30', 36') zawierają obwód (36; 36') wytwarzania sygnału (DFI) reprezentującego ustaloną różnicę częstotliwości, dołączony do sumatora (11), do którego dołączony jest również obwód (30; 300 regulacji różnicy częstotliwości obrotów pomiędzy częstotliwością stojana (FST) a największą częstotliwością wirnika, swym wyjściem (b) sygnału (DVA) reprezentującego zmienną różnicę częstotliwości w odpowiedzi na sygnał regulacyjny (SRG) dołączony do wejścia (a) tego obwodu (30, 30') regulacji różnicy częstotliwości, które połączone jest z wyjściem obwodu (20, 20') do wytwarzania sygnału regulacyjnego (SRG), przy czym pierwsze wejście (a) sumatora (11) jest połączone z wyjściem zespołu (4) przetwarzania sygnałów pomiarowych, a wyjście (d) sumatora (11) jest połączone z pierwszym wejściem (12) zespołu zasilania (2) i z obwodami regulacyjnymi (32, 40, 42; 42', 84, 90) do regulacji amplitudy (UAL) napięcia zasilania, dla

171 019 sumowania sygnału częstotliwości (SFMX) reprezentującego największą częstotliwość wirnika z sygnałem (DFI) reprezentującym ustaloną różnicę częstotliwości i sygnałem (DVA) reprezentującym zmienną różnicę częstotliwości dla wytworzenia sygnału (SFRS) reprezentującego otrzymaną częstotliwość do wytwarzania pierwszego sygnału sterującego (SCF).

7. Układ według zastrz. 6, znamienny tym, że sumator (11) jest połączony z zespołem centralnego zasilania (2) poprzez wzmacniacz (46) dla mnożenia sygnału (SFRS) reprezentującego otrzymaną częstotliwość przez współczynnik odpowiadający liczbie par biegunów dla każdego z uzwojeń stojanów (B1, B2) asynchronicznych silników elektrycznych (M1, M2).

8. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że drugie obwody regulacyjne (32, 40, 42; 42', 84,90) amplitudy (UAL) napięcia zasilania zawierają obwód pamięci (40), którego wejście (a) połączone jest z wyjściem (d) sumatora (11) dla zapamiętywania znormalizowanej krzywej napięcie-częstotliwość (42), dla wytworzenia sygnału reprezentującego znormalizowaną amplitudę napięcia (UNO) na wyjściu (b) obwodu pamięci (40) w zależności od sygnału (SFRS) reprezentującego częstotliwość na wyjściu sumatora (11), przy czym do wyjścia obwodu (20) do wytwarzania sygnału regulacyjnego (SRG) dołączony jest obwód (32) do wytwarzania sygnału współczynnika wzmocnienia (CAP) w odpowiedzi na sygnał regulacji (SRG), przy czym wyjście (b) tego obwodu (32) połączone jest z wejściem (b) obwodu mnożenia (42, 42'), którego wyjście (c) połączone jest z drugim wejściem (14) zespołu zasilania (2), dla przeprowadzenia mnożenia sygnału (UNO) reprezentującego znormalizowaną amplitudę napięcia i sygnału współczynnika wzmocnienia (CAP), dla określenia, z wyniku mnożenia, drugiego sygnału sterowania (SCA) doprowadzonego do drugiego wejścia (14) źródła energii elektrycznej (2).

9. Układ według zastrz. 8, znamienny tym, że obwód (20, 20') do wytwarzania sygnału regulacji (SRG) ma swoje pierwsze wejście (b) połączone z urządzeniem pomiarowym (22) do pomiaru sumy (IAL) prądów przemiennych (IM1, IM2, IM3, IM4) zasilających silniki (M1, M2, M3, M4), a drugie wejście (c) połączone z obwodem rozkazowym (24) do dostarczania sygnału rozkazu (SCS), przy czym ten obwód (20, 20') jest połączony dla wytwarzania sygnału regulacji (SRG) w odpowiedzi na sygnał rozkazu (SCS) i sygnał pomiarowy (SMI).

10. Układ według zastrz. 9, znamienny tym, że obwód rozkazowy (24) zawiera obwód sterowania napędu (94) do wytwarzania sygnału napędowego (SPP) i obwód sterowania hamowania (96) do wytwarzania sygnału hamowania (SFN), których wyjścia dołączone są do urządzenia wybierającego (98), którego pierwsze wyjście (a) jest połączone z drugim wejściem (c) obwodu (20') do wytwarzania sygnału regulacyjnego (SRG), a drugie wyjście (b) tego urządzenia wybierającego (98) jest połączone z drugim wejściem (c) drugiego obwodu (30') regulacji różnicy częstotliwości.

11. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że obwód regulacji (30) i obwód (36') wytwarzania sygnału (DFI) są połączone dla ustalenia różnicy częstotliwości i zmiennej różnicy częstotliwości na wartości dodatnie jeśli sygnał wartości modalnej (SMO) określa wartość modalną napędu (PPS) i ujemne jeśli sygnał wartości modalnej określa wartość modalną hamowania (FRN).

12. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jeden asynchroniczny silnik elektryczny (M1, M2, M3, M4) jest zaopatrzony w drugie urządzenie pomiarowe (72) do pomiaru temperatury, a drugie wyjście sygnału (STR) reprezentującego mierzoną temperaturę, zespołu przetwarzania sygnału pomiarowego (4) jest dołączone do obwodu (20') do wytworzenia sygnału regulacyjnego i określenia wartości sygnału regulacji (SRG).

13. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że zespół centralnego zasilania (2) zawiera co najmniej jeden akumulator (76) połączony z modulatorem szerokości impulsu (78), który jest także połączony z wyłącznikiem zasilania (80), a pierwsze wejście (12) i drugie wejście (14) zespołu zasilania (2) stanowią część modulatora szerokości impulsu.