RU158664U1 - Устройство управления комплектом тягового электрооборудования для транспортных средств, преимущественно карьерных самосвалов - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к устройствам управления комплектом тягового электрооборудования и предназначена для работы в составе комплекта тягового электрооборудования транспортных средств, преимущественно карьерных самосвалов. Устройство содержит корпус, систему жидкостного охлаждения силовых преобразователей, шины, силовые преобразователи, представляющие собой сборочные единицы, а именно блоки инверторов с их контроллерами, по крайней мере один блок выпрямителя, блок системы возбуждения генератора с его контроллером. Силовые ключи инверторов выполнены на силовых интегрированных интеллектуальных IGBT модулях полуприжимной конструкции без паяного основания с объединенными в едином конструктиве цифровыми драйверами силовых ключей и датчиками напряжения, тока и температуры, соединенными с аналого-цифровыми преобразователями (АЦП). На выходных зажимах IGBT модулей установлены снабберные конденсаторы. Контроллеры каждого силового преобразователя соединены с драйверами силовых модулей линиями связи с применением средств подавления помех, а силовые модули в силовых преобразователях объединены низкоиндуктивными ламинарными шинами постоянного тока с установленными на них пленочными конденсаторами с минимальной паразитной индуктивностью. Технический результат заключается в повышении надежности работы устройства управления и одновременном повышении его эффективности (КПД) при использовании на транспортных средствах. 7 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Область техники

Устройство управления комплектом тягового электрооборудования (шкаф силовых преобразователей и систем управления - ШПСУ) предназначено для работы в составе комплекта тягового электрооборудования (КТЭО) транспортных средств, преимущественно карьерных самосвалов. Он может применяться для тягового привода и в других мощных транспортных средствах, таких как экскаваторы и погрузчики различных типов, драглайны и т.п.

Уровень техники

В принцип работы КТЭО заложен ряд последовательных преобразований механической энергии двигателя внутреннего сгорания (ДВС) в электрическую, и далее электрической в механическую, приводящую в движение транспортное средство, например карьерный самосвал.

Основные этапы преобразований:

- механическая энергия ДВС преобразуется генератором в электрическую энергию переменного напряжения;

- в ШПСУ электрическая энергия переменного напряжения преобразуется в электрическую энергию постоянного напряжения и далее преобразуется в электрическую энергию переменного напряжения регулируемой (требуемой) частоты;

- тяговые электродвигатели (ТЭД) движителей (например, задних колес самосвала) преобразуют электрическую энергию переменного напряжения в механическую энергию (например, энергию вращения колес) и приводят транспортное средство (самосвал) в движение.

Управление потоками мощности в различных режимах работы транспортного средства (самосвала) обеспечивается контроллером верхнего уровня (КВУ), который связан с органами управления и отображения информации в кабине водителя и всеми контроллерами силовых преобразователей, а также с контроллером ДВС. Также в него поступает информация от датчиков различных систем транспортного средства, осуществляющих мониторинг функционирования этих систем.

В КТЭО используется система управления генератором и ТЭД, обеспечивающая движение транспортного средства вперед и назад, в тяговом и тормозном режимах, и с плавным изменением тяговых усилий на движителях транспортного средства (например, ведущих колесах самосвала).

Известны традиционные конструкции ШПСУ таких производителей, как Siemens и General Electric (см., например, презентации: General Electric “GE OHV Drive Systems Technology Update”, WMEA Conference, Thursday, June 8, 2006, Allen Randolph, ссылка в сети интернет: http://www.wmea.net/Technical%20Papers/GE%20OHV%20Drive%20Systems%20Technology%20Update%2006082006%20WMEA.pdf или Siemens AG, “BAUMA 2013 AC Mining Haul Trucks”, April, 15-21th, Munich, Germany, ссылка в сети интернет: https://www.industry.usa.siemens.com/verticals/us/en/mining/Documents/Trucks_FINAL%202013.pdf).

Также известен тяговый преобразователь для электровоза (RU 89036 U1, 27.11.2009), состоящий из отсека охлаждения, содержащего вентилятор, раздающий и собирающий жидкостные коллекторы, а также силового отсека, содержащего соединенные патрубками с раздающим и собирающим коллекторами одинаковые жидкостные охладители с переключающими IGBT модулями, посредством низкоиндуктивной ошиновки, соединенными попарно параллельно и попарно последовательно и образующими фазы двух трехфазных автономных инверторов, входами «плюс» и «минус» подключенных к соответствующим выводам батареи конденсаторов, снабженной зажимами для связи с контактной сетью, а выходами подключенных к фазным выводам двух трехфазных электродвигателей, и два тормозных регулятора, входами «плюс» и «минус» подключенных к соответствующим выводам батареи конденсаторов, а выходами подключенных к тормозным резисторам, отличающийся тем, что отсек охлаждения снабжен одним воздушно-жидкостным теплообменником и одним гидронасосом, и в силовом отсеке на шести жидкостных охладителях расположено по четыре переключающих IGBT модуля, образующих фазы двух трехфазных инверторов, а на двух жидкостных охладителях расположено по два переключающих IGBT модуля и по одному диодному модулю, образующих два тормозных регулятора.

Также известна система накопления электроэнергии гибридного локомотива (US 20020174798 B2, 28.11.2002), включающего: множество колес, тяговый электродвигатель, связанный с одним из множества колес вращающимся валом, первичный двигатель, управляющий процессор, электрогенератор, управляемый указанным процессором и приводимый первичным двигателем локомотива, выдающий электроэнергию тяговому электродвигателю локомотива, отличающаяся тем, что тяговый электродвигатель имеет режим динамического торможения, в котором генерирует электрическую энергию, а система накопления энергии включает в себя накопитель электроэнергии, управляемый указанным процессором и электрически связанный с тяговым электродвигателем для контролируемого накопления электроэнергии, вырабатываемой в режиме динамического торможения, хранения ее и контролируемого расходования для питания тягового электродвигателя вместе с первичным двигателем, причем процессор выдает накопителю первый управляющий сигнал, регулирующий накопление в режиме динамического торможения и выдачу им электроэнергии, а электрогенератору процессор выдает второй управляющий сигнал, регулирующий генерацию им электроэнергии для тягового электродвигателя.

Указанная система накопления электроэнергии была адаптирована компанией General Electric и для карьерных самосвалов (см. например, указанную выше презентацию General Electric и WO 2006/020476 A2, 23.02.2006).

По сравнению с предлагаемой конструкцией они имеют ряд недостатков.

В частности, они включают значительное число дискретных (отдельных) модулей силовых ключей (транзисторов IGBT, тиристоров GTO) внешних по отношению к силовым модулям драйверов (схем управления и защиты) и датчиков, имеют значительную длину силовых шин и линий управления. Более длинные силовые шины и линии управления являются соответственно, более мощными источниками и более чувствительными объектами воздействия индуктивных помех.

Применяются силовые модули с паяным медным (металлокерамическим) основанием, которые имеют стойкость к энерготермоциклам на уровне 10-15 тыс. энерготермоциклов при перепадах температур полупроводниковой структуры IGBT ΔT=100-125°C, в то время, как модули, используемые в предлагаемой конструкции имеют стойкость порядка 30 тыс. энерготермоциклов при тех же условиях (см. например: А. Колпаков. SkiiP - интеллектуальные силовые модули IGBT фирмы Semikron // Компоненты и технологии. 2003, №1; A. Wintrich, U. Nicolai, W. Tursky, Т. Reimann. SEMIKRON International GmbH, Application Manual Power Semiconductors, 2011, p. 105 (http://www. semikron.com/dl/service-support/downloads/download/semikron-application-manual-power-semiconductors-english-en-2010-11.pdf)).

Указанное преимущество в совокупности с применением более эффективной системы жидкостного охлаждения позволяет увеличить ресурс модулей в составе ШПСУ от нескольких лет (порядка 2-3 лет для традиционных конструкций) до полного ресурса транспортного средства (10-15 лет).

Расположение снабберных и вспомогательных конденсаторов в ШПСУ в связи с их разветвленной системой шин не оптимально.

Все это связано с высокими паразитными индуктивностями, существенными электромагнитными помехами, ускоренным выходом из строя силовых компонентов и т.д.

Конденсаторы в ШПСУ предлагаемой конструкции установлены так, что имеют меньшую паразитную индуктивность.

При этом следует учитывать также сложность и ограниченную эффективность соответствующих систем охлаждения. Для традиционных конструкций ШПСУ обычно характерно менее эффективное воздушное охлаждение силовых преобразователей (для самосвалов класса грузоподъемности ниже 300 тонн).

Система накопления энергии General Electric предусматривает наличие тормозных резисторов, что снижает ее эффективность, и не предусматривает возможности компрессионного торможения при помощи ДВС, обеспечивающей повышение надежности и устойчивости работы ШПСУ в различных тормозных режимах, таких как необходимость резкого торможения или торможение груженого самосвала на длинном спуске.

Раскрытие полезной модели

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, заключается в повышении надежности работы устройства управления и одновременном повышении его эффективности (КПД) при использовании на транспортных средствах.

Заявленный технический результат достигается путем создания устройства управления комплектом тягового электрооборудования для транспортных средств, содержащего корпус и закрепленные в нем систему жидкостного охлаждения силовых преобразователей и соединенные шинами силовые преобразователи, представляющие собой сборочные единицы, а именно блоки инверторов с их контроллерами, по крайней мере один блок выпрямителя, отличающегося тем, что силовые ключи инверторов выполнены на силовых интегрированных интеллектуальных IGBT модулях полуприжимной конструкции без паянного основания с объединенными в едином конструктиве цифровыми драйверами силовых ключей и датчиками напряжения, тока и температуры, соединенными с аналого-цифровым преобразователем (АЦП), причем непосредственно на выходных зажимах IGBT модулей установлены снабберные конденсаторы, кроме того, контроллеры каждого силового преобразователя соединены с драйверами силовых модулей линиями связи с применением средств подавления помех, а силовые модули в силовых преобразователях объединены низкоиндуктивными ламинарными шинами постоянного тока с установленными на них пленочными конденсаторами с минимальной паразитной индуктивностью.

В одном из вариантов выполнения в устройстве управления в качестве средств подавления помех на линиях связи между управляющим контроллером каждого силового преобразователя и драйверами силовых модулей использованы проводники в виде экранированных витых пар и ферритовые фильтры, применяется цифровая передача сигналов, а сигнальные линии имеют минимально возможные длины между блоками и максимально разнесены с силовыми цепями.

В другом из вариантов выполнения устройства управления насос системы охлаждения имеет электропривод, регулируемый в зависимости от заданного параметра, в качестве которого может применяться требуемая производительность системы, радиаторы системы охлаждения выполнены с возможностью отвода тепла от элементов силовой электроники в воздушный поток охлаждения тяговых электродвигателей, а соединения трубопроводов могут быть выполнены быстроразъемными.

В другом из вариантов выполнения устройства управления выходные шины силовых преобразователей выведены в тыловые части корпуса, отделенные от остального корпуса не проводящими ток элементами, исключающими образование токов Фуко.

В другом из вариантов выполнения устройства управления шины постоянного тока имеют никелевое покрытие, а их наружные поверхности имеют электроизоляционное покрытие.

В другом из вариантов выполнения устройства управления входящий в него блок системы возбуждения включает в себя регулируемый преобразователь постоянно-постоянного тока для питания обмотки возбуждения генератора и обеспечивает возбуждение генератора: первоначально - от бортовой аккумуляторной батареи транспортного средства, а после пуска двигателя внутреннего сгорания - от третьей гармоники напряжения, вырабатываемого самим генератором.

В другом из вариантов выполнения устройства управления по крайней мере один из входящих в него выпрямителей выполнен управляемым и способным обеспечить рекуперацию энергии торможения от тяговых электродвигателей через генератор в приводящий его двигатель внутреннего сгорания, а инверторы выполнены с возможностью передачи энергии торможения от тяговых электродвигателей в накопитель энергии с возможностью последующего использования ее для питания тяговых электродвигателей и других устройств.

В другом из вариантов выполнения устройства управления входящие в него силовые преобразователи состоят из силовых ячеек, каждая из которых включает в себя наряду с силовыми интегрированными интеллектуальными IGBT модулями со снабберными конденсаторами на их выходных зажимах также силовые конденсаторы, объединенные в единую емкость низкоиндуктивной ламинарной шиной, причем указанные емкости силовых ячеек объединены через соединительную шину звена постоянного тока.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлены варианты компоновки силового IGBT модуля с промежуточной шиной, снабберными и дополнительными конденсаторами.

На фиг. 2 представлена компоновка силового инвертора с шиной постоянного тока и силовыми конденсаторами.

На фиг. 3 представлена компоновка ШПСУ без крыши, дверей и задних стенок корпуса (слева видны элементы системы охлаждения, в центре - вынесенный радиатор).

На фиг. 4 представлена компоновка ШПСУ без крыши, дверей и задних стенок корпуса (слева видны преобразователь питания насоса и другие элементы системы охлаждения, в центре - вынесенный радиатор).

На фиг. 5 представлена компоновка ШПСУ без крыши, дверей и задних стенок корпуса (вид со стороны задних крышек).

На фиг. 6 представлена компоновки силовой ячейки.

На фиг. 7 представлена компоновка силового инвертора на основе силовых ячеек.

На фиг. 8 представлена компоновка ШПСУ в варианте выполнения на основе силовых ячеек.

Осуществление полезной модели

Конструктивно устройство управления комплектом тягового электрооборудования для транспортных средств (ШПСУ) представляет собой металлический шкаф, состоящий из трех секций, объединенных в едином стальном корпусе.

В каждой из двух крайних секций шкафа размещены следующие узлы и блоки:

- блоки инверторов (варианты выполнения которых представлены на фиг. 2 и на фиг. 7, причем в последнем случае инверторы выполнены на основе силовых ячеек (см. фиг. 6)

- системы управления преобразователями,

- блоки выпрямителей,

- коллекторы системы жидкостного охлаждения силовой электроники,

- силовые шины с системой их крепления в секциях ШПСУ.

Возможен вариант, когда имеется один блок выпрямителей, размещенный в одной из крайних секций.

Кроме того в левой секции шкафа размещены:

- система возбуждения генератора,

- насос системы жидкостного охлаждения силовых блоков ШПСУ с обратным клапаном и расширительным бачком.

Возможен вариант размещения этих блоков в любой другой секции ШПСУ.

Центральная секция шкафа ШПСУ выполнена в виде прямоугольного короба и представляет собой часть системы воздуховода воздушного охлаждения ТЭД. В этом коробе, через который проходит воздушный поток, симметрично, вертикально по бокам размещены теплообменные радиаторы, (два или более) предназначенные для сброса тепла, отведенного охлаждающей жидкостью от силовой электроники, в воздушный поток системы охлаждения ТЭД.

С фронтальной стороны шкаф ШПСУ снабжен распашными дверями, обеспечивающими беспрепятственный доступ ко всем системам ШПСУ в процессе эксплуатации и ремонта. С тыльной стороны шкаф ШПСУ снабжен съемными крышками, позволяющими обеспечить удобный монтаж ШПСУ на транспортном средстве (например, на палубе самосвала) и удобный доступ при подключении силовых кабелей транспортного средства к ШПСУ. Все двери и крышки шкафа имеют резиновые уплотнения, позволяющие изолировать внутренние блоки и устройства шкафа от влияния факторов окружающей среды.

На несущих рамах крайних отсеков ШПСУ установлены силовые интегральные модули, системы соединительных шин с конденсаторами.

Каждый из инверторов (см. фиг. 1-2) представляет собой сборочную единицу, состоящую из следующих компонентов:

- шести силовых конденсаторов, установленных на дне секции шкафа и закрепленных при помощи шпилек в кронштейнах, приваренных к дну секции, при этом резьбовые разъемы конденсаторов направлены вверх.

- низкоиндуктивной ламинированной склеенной шины постоянного тока, выполненной из двух медных листов, которые разделены друг от друга изоляционной полиамидной пластиной. Шина расположена горизонтально над силовыми конденсаторами и, посредством резьбовых выводов конденсаторов, электрически соединяет эти конденсаторы параллельно, образуя блок силовых конденсаторов.

- четырех интегральных интеллектуальных силовых IGBT модулей, установленных выше блока силовых конденсаторов и закрепленных на раме, интегрированной в корпус секции ШПСУ.

- четырех низкоиндуктивных ламинированных промежуточных шин, установленных вертикально и соединяющих выводы постоянного тока IGBT модулей с горизонтальной конденсаторной шиной. Шины выполнены из двух медных листов, которые разделены друг от друга изоляционной полиамидной пластиной. К каждой шине присоединены параллельно по три снабберных конденсатора, которые компенсируют влияние паразитных индуктивно-стей самих шин на всю систему. При стыковке промежуточных шин с IGBT модулями, на те же выводы модулей устанавливаются дополнительные пленочные конденсаторы, устраняющие паразитные индуктивности лепестков шин в местах стыковки с IGBT модулями. Сборочная единица, включающая IGBT модуль с шинами и конденсаторами может быть выполнена как в варианте с жестким креплением к раме ШПСУ (см. фиг. 1А), так и в варианте с направляющими и рукоятками, обеспечивающем быструю замену такой сборочной единицы (см. фиг. 1Б).

- четырех силовых шин переменного тока, устанавливаемых через изоляторы в верхней части рамы секции ШПСУ. Шины представляют собой медные пластины с выполненными в них специальными пазами, распределяющими определенным образом токи, протекающие по ним. Каждая из этих шин осуществляет объединение выводов переменного тока IGBT модуля.

- восьми линейных шин осуществляющих передачу переменного тока от силовых шин переменного тока в зону подвода кабелей транспортного средства (самосвала).

- двух коллекторов системы жидкостного охлаждения силовых модулей, расположенных горизонтально на высоте силовых модулей и соединенных с ними шлангами.

В задней части каждой боковой секции шкафа ШПСУ расположены по одному силовому выпрямителю. Выпрямители объединены (сдвоены) и получают напряжение от двух трехфазных обмоток статора генератора. Если генератор имеет одну обмотку статора, то используется один выпрямитель, размещенный в одной из крайних секций ШПСУ.

Возможен вариант, когда по крайней мере один из выпрямителей выполнен управляемым, конструктивно аналогичным инвертору, и способным обеспечить рекуперацию энергии торможения от тяговых электродвигателей через генератор в приводящий его ДВС.

Возможен также вариант конструктивного выполнения ШПСУ, в котором входящие в него силовые преобразователи состоят из силовых ячеек. Каждая из таких ячеек включает в себя (см. фиг. 6):

- силовые интегрированные интеллектуальные IGBT модули,

- размещенные непосредственно на их выходных зажимах снабберные конденсаторы,

- комплект силовых конденсаторов, объединенных в единую емкость низкоиндуктивной ламинарной шиной.

В таком варианте конструкции силовой преобразователь (см. фиг. 7) состоит из необходимого числа силовых ячеек, причем силовые емкости таких ячеек объединены через соединительную шину звена постоянного тока. Описанный вариант конструктивного исполнения ШПСУ на основе силовых ячеек представлен на фиг. 8.

В область отсека кабельных вводов выводятся все линейные шины. В нижней части этого отсека установлены кабельные вводы, через которые осуществляется подключение силовых кабелей транспортного средства (самосвала) к ШПСУ.

Блоки контроллера силового преобразователя (КСП), представляют собой специализированные вычислители, при помощи которых осуществляется управление силовыми преобразователями. В КСП могут быть реализованы и режимы компрессионного торможения за счет ДВС, а также рекуперативного торможения с накоплением энергии торможения и последующим расходованием ее для питания ТЭД и других устройств.

Все вышеперечисленные блоки и устройства расположены в каждом из двух крайних отсеков ШПСУ.

Регулируемый преобразователь постоянно-постоянного тока для питания обмотки возбуждения генератора, обеспечивает первоначальное возбуждение генератора от бортовой аккумуляторной батареи (АКБ) транспортного средства, а после пуска ДВС возбуждение обеспечивается от третьей гармоники напряжения, вырабатываемого генератором. Тем самым обеспечивается высокая эффективность и надежность системы возбуждения генератора.

Кроме того, в одном из отсеков ШПСУ установлен электронасос с обратным клапаном. Насос обеспечивает прокачку охлаждающей жидкости через все силовые блоки обеих крайних секций ШПСУ и осуществляет, таким образом, их охлаждение. В верхней части одной из секций расположен и расширительный бачок системы жидкостного охлаждения. Насос питается от регулируемого по заданному параметру (температуре охлаждающей жидкости, производительности и т.п.) инвертора.

Системы охлаждения различных вариантов выполнения ШПСУ (фиг. 3-5 и фиг. 8) полностью аналогичны.

Силовой преобразователь легко масштабируем для различных типов карьерной техники за счет применения более (менее) мощных силовых IGBT модулей и более (менее) производительных элементов системы охлаждения при сохранении общей конструкции и особенностей силового преобразователя и единой конструкции и алгоритмах работы системы управления. Возможно применение данного силового преобразователя для карьерной техники с тяговой мощностью до 2 МВт (например, для карьерных самосвалов класса грузоподъемности от 90 до 290 тонн).

Ниже приводятся характерные отличительные особенности конструкции ШПСУ, с подтверждением влияния данных особенностей на заявленный технический результат, а именно, повышение надежности работы устройства управления и одновременное повышение его эффективности (КПД) при использовании на транспортных средствах.

1. Применение современных и мощных силовых интегрированных интеллектуальных IGBT модулей со следующими возможностями:

- Интеграция в едином конструктиве от нескольких силовых ключей до полного инвертора и тормозного чоппера, что снижает количество дискретных элементов и повышает надежность ШПСУ.

- Полуприжимная конструкция без паяного медного основания значительно повышает стойкость силового преобразователя к энерготермоциклам и надежность ШПСУ в целом (пример - модули компании Semikron, например серии SKiiP).

- Наличие встроенного цифрового драйвера для управления всеми силовыми ключами с функциями защиты от: перенапряжения, перегрузки по току, перегрева, сквозного включения (с предустановленным deadtime - задержкой времени между коммутацией ключей в каждом плече преобразователя), имеющего повышенную помехозащищенность, более короткие линии связи («контроллер - драйвер», «драйвер - силовые ключи»). Это обеспечивает повышение быстродействия системы управления, а соответственно эффективности управления силовыми преобразователями и функционирования их защит.

- Наличие в драйвере цифрового протокола обмена с внешними устройствами по CAN-шине. Такой обмен ускоряет и делает более надежным обмен модулей с контроллерами, что положительно сказывается на надежности и эффективности управления.

- Интегрированные датчики напряжения, тока и температуры. Исключение из конструкции силового преобразователя внешних датчиков тока, напряжения, температуры, аналого-цифровых преобразователей (АЦП) и связанной с ними проводки. Все это повышает эффективность управления, надежность, ремонтопригодность, упрощает техническое обслуживание, в частности - за счет уменьшения количества и мощности источников помех при одновременном снижении длины линий связи, которые являются объектами воздействия этих помех.

2. Использование снабберных конденсаторов, устанавливаемых непосредственно на выходные зажимы IGBT модулей, позволяет свести к минимуму паразитные индуктивности соединения модуля с шиной постоянного тока и эффективно подавлять всплески (забросы) напряжения на силовых ключах. Это позволяет использовать силовые ключи более низкого класса напряжения, уменьшить амплитуду перенапряжений, повысить безопасность, надежность и эффективность работы силового преобразователя.

3. Использование на линиях связи между управляющим контроллером силового преобразователя и драйверами силовых модулей специальных мер для подавления возникающих в процессе работы помех:

- применение проводников в виде экранированных витых пар,

- использование ферритовых фильтров,

- использование цифровой передачи сигналов.

- сигнальные линии имеют минимальные длины между блоками и максимально разнесены с силовыми цепями.

Следует отметить, что помехи могут являться причинами ложных коммутаций силовых ключей, вызывающих аварийные режимы, такие как перенапряжение, короткое замыкание и т.д., приводящие в лучшем случае к снижению эффективности и точности функционирования ШПСУ, а в худшем случае - к отказам и неисправностям.

4. Конструкция преобразователя объединяет силовые модули низкоиндуктивной ламинарной шиной постоянного тока с пленочными конденсаторами, имеющими минимальную паразитную индуктивность, что обеспечивает возможность повышения рабочего напряжения силового преобразователя и эффективности его работы. Снижение паразитной индуктивности положительно сказывается на надежности работы преобразователей, т.к. ведет к уменьшению воздействующих на них перенапряжений при коммутациях силовых ключей. С другой стороны, повышение напряжения на шине постоянного тока позволяет снизить дополнительные потери в оборудовании, уменьшить металлоемкость как самих тяговых электромашин, так и силовых кабелей, т.е. улучшить массогабаритные характеристики тягового электрооборудования и КПД КТЭО в целом. Все шины постоянного тока имеют никелевое покрытие, предохраняющее места соединений токоведущих частей от электрохимической коррозии и связанных с ней утечек тока и потерь. Наружные поверхности всех шин покрыты электроизоляционной краской позволяющей уменьшить токи утечки и связанные с ними потери, а также повысить надежность всей конструкции.

5. Применение эффективной интегрированной системы принудительного жидкостного охлаждения, обладающей меньшими массогабаритными характеристиками при большой эффективности, со следующими особенностями:

- Радиаторы для сброса тепла вынесены за пределы отсеков с силовыми преобразователями,

- Частотно-регулируемый привод насоса обеспечивает максимальную эффективность системы охлаждения,

- Конструкция системы охлаждения позволяет применять быстро-разъемные соединения трубопроводов, что обеспечивает возможность производить замену (ремонт) элементов силового преобразователя и системы управления без слива охлаждающей жидкости.

Исполнение системы охлаждения с вышеуказанными особенностями обеспечивает ее повышенную эффективность и резерв производительности, улучшает тепловой режим работы электронных компонентов, что позволяет исключить их перегрев, являющийся наиболее частой причиной отказа ШПСУ целом.

6. Выходные шины интегральных модулей выведены в тыловые части шкафа, конструкция которых отделена от остального корпуса не проводящими ток элементами, что обеспечивает отсутствие металлических замкнутых контуров. Это позволяет избежать нагрева токами Фуко элементов конструкции шкафа, а следовательно снижает потери на этих паразитных токах, улучшает условия работы узлов и элементов ШПСУ и положительно влияет на показатели их надежности.

7. Возможность питания обмотки возбуждения генератора через регулируемый преобразователь постоянно-постоянного тока как от бортовой АКБ (до пуска ДВС), так и от третьей гармоники напряжения самого генератора (при достаточной ее амплитуде в ходе работы ДВС и генератора) обеспечивает надежное и эффективное возбуждение генератора и функционирование КТЭО в целом.

8. Возможность передачи энергии торможения от тяговых электродвигателей через генератор в приводящий его ДВС и/или рекуперации этой энергии в накопитель с последующим полезным ее расходованием реализуют соответственно режим компрессионного торможения ДВС и рекуперативного (динамического) торможения. Применение указанных режимов обеспечивает резервные возможности торможения, исключающие перенапряжения в ШПСУ (в частности, на шине постоянного тока) в различных переходных тормозных режимах, таких как резкое торможение или торможение груженого самосвала на длинном спуске. Одновременно это позволяет исключить из конструкции КТЭО тормозные резисторы, тем самым повышая эффективность КТЭО и исключая потери энергии как в тормозных резисторах, так и связанные с ними потери в ШПСУ.

9. В варианте конструкции ШПСУ на основе силовых ячеек достигается дополнительное (по сравнению с конструкцией на фиг. 1-5) снижение паразитных индуктивностей всех силовых соединений. Минимальные паразитные индуктивности исключают всплески перенапряжения на зажимах силовых ключей при их коммутации, тем самым повышая надежность и стойкость к коммутационным процессам. Также силовые соединения с минимальной индуктивностью дают возможность повысить рабочее напряжение силового преобразователя, следовательно - повысить его КПД. Такой вариант также обеспечивает упрощение обслуживания и ремонта ШПСУ.

Claims (8)

1. Устройство управления комплектом тягового электрооборудования для транспортных средств, содержащее корпус и закрепленные в нем систему жидкостного охлаждения силовых преобразователей и соединенные шинами силовые преобразователи, представляющие собой сборочные единицы, а именно блоки инверторов с их контроллерами, блоки выпрямителей, блок системы возбуждения генератора с его контроллером, отличающееся тем, что силовые ключи инверторов выполнены на силовых интегрированных интеллектуальных IGBT модулях полуприжимной конструкции без паяного основания с объединенными в едином конструктиве цифровыми драйверами силовых ключей и датчиками напряжения, тока и температуры, соединенными с аналого-цифровым преобразователем, причём непосредственно на выходных зажимах IGBT модулей установлены снабберные конденсаторы, кроме того, контроллеры каждого силового преобразователя соединены с драйверами силовых модулей линиями связи с применением средств подавления помех, а силовые модули в силовых преобразователях объединены низкоиндуктивными ламинарными шинами постоянного тока с установленными на них пленочными конденсаторами с минимальной паразитной индуктивностью.

2. Устройство управления по п. 1, отличающееся тем, что в качестве средств подавления помех на линиях связи между управляющим контроллером каждого силового преобразователя и драйверами силовых модулей использованы проводники в виде экранированных витых пар и ферритовые фильтры, применяется цифровая передача сигналов, а сигнальные линии имеют минимально возможные длины между блоками и максимально разнесены с силовыми цепями.

3. Устройство управления по п. 1, отличающееся тем, что насос системы охлаждения имеет электропривод, регулируемый в зависимости от заданного параметра, в качестве которого может применяться требуемая производительность системы, радиаторы системы охлаждения выполнены с возможностью отвода тепла от элементов силовой электроники в воздушный поток охлаждения тяговых электродвигателей, а соединения трубопроводов могут быть выполнены быстроразъемными.

4. Устройство управления по п. 1, отличающееся тем, что выходные шины силовых преобразователей выведены в тыловые части корпуса, отделенные от остального корпуса не проводящими ток элементами, исключающими образование токов Фуко.

5. Устройство управления по п. 1, отличающееся тем, что шины постоянного тока имеют никелевое покрытие, а их наружные поверхности имеют электроизоляционное покрытие.

6. Устройство управления по п. 1, отличающееся тем, что входящий в него блок системы возбуждения включает в себя регулируемый преобразователь постоянно-постоянного тока для питания обмотки возбуждения генератора и обеспечивает возбуждение генератора: первоначально - от бортовой аккумуляторной батареи транспортного средства, а после пуска двигателя внутреннего сгорания - от третьей гармоники напряжения, вырабатываемого самим генератором.

7. Устройство управления по п. 1, отличающееся тем, что по крайней мере один из входящих в него выпрямителей выполнен управляемым и способным обеспечить рекуперацию энергии торможения от тяговых электродвигателей через генератор в приводящий его двигатель внутреннего сгорания, а инверторы выполнены с возможностью передачи энергии торможения от тяговых электродвигателей в накопитель энергии с возможностью последующего использования ее для питания тяговых электродвигателей и других устройств.

8. Устройство управления по п. 1, отличающееся тем, что входящие в него силовые преобразователи состоят из силовых ячеек, каждая из которых включает в себя наряду с силовыми интегрированными интеллектуальными IGBT модулями со снабберными конденсаторами на их выходных зажимах также силовые конденсаторы, объединенные в единую емкость низкоиндуктивной ламинарной шиной, причем указанные емкости силовых ячеек объединены через соединительную шину звена постоянного тока.

Images