RU174098U1 - ELECTRIC DRIVE WITH AUTONOMOUS VOLTAGE INVERTERS AND TWO PHASE ELECTRIC MACHINE - Google Patents

ELECTRIC DRIVE WITH AUTONOMOUS VOLTAGE INVERTERS AND TWO PHASE ELECTRIC MACHINE Download PDF

Info

Publication number
RU174098U1
RU174098U1 RU2016152487U RU2016152487U RU174098U1 RU 174098 U1 RU174098 U1 RU 174098U1 RU 2016152487 U RU2016152487 U RU 2016152487U RU 2016152487 U RU2016152487 U RU 2016152487U RU 174098 U1 RU174098 U1 RU 174098U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electric
electric machine
phase
voltage inverters
autonomous voltage
Prior art date
Application number
RU2016152487U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Николаевич Алексеев
Егор Викторович Аулов
Владислав Алексеевич Кучумов
Роман Вилорьевич Мурзин
Нина Борисовна Никифорова
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта" filed Critical Акционерное общество "Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта"
Priority to RU2016152487U priority Critical patent/RU174098U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU174098U1 publication Critical patent/RU174098U1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L9/00—Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • B60L9/16—Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors
    • B60L9/18—Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors fed from dc supply lines
    • B60L9/22—Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors fed from dc supply lines polyphase motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02—Asynchronous induction motors
    • H02K17/16—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/28—Controlling the motor by varying the switching frequency of switches connected to a DC supply and the motor phases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

Заявляемое решение относится к электроприводам транспортных средств, в частности к электроприводам, в которых используются автономные инверторы напряжений, и направлено на повышение надежности и экономичности электропривода, а также на улучшение его тяговых свойств.Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение, является повышение надежности и повышение тяговых свойств электропривода.Указанный технический результат достигается тем, что электропривод подвижного состава постоянного тока с двухфазной электрической машиной, содержащий автономные инверторы напряжения, нагруженные на двухфазную электрическую машину, и входной фильтр, образованный дросселем и конденсатором, дополнительно содержит второй конденсатор, установленный последовательно первому, причем средняя точка конденсаторов соединена с точкой соединения двух статорных обмоток электрической машины, а каждый из автономных инверторов напряжения выполнен по полумостовой схеме.The claimed solution relates to electric drives of vehicles, in particular to electric drives that use autonomous voltage inverters, and is aimed at improving the reliability and efficiency of the electric drive, as well as improving its traction properties. The technical result, to achieve which the claimed solution is directed, is to increase reliability and improving the traction properties of the electric drive. The specified technical result is achieved by the fact that the electric rolling stock DC with two-phase an electric machine containing autonomous voltage inverters loaded on a two-phase electric machine, and the input filter formed by the inductor and capacitor further comprises a second capacitor mounted in series with the first, the midpoint of the capacitors connected to the connection point of the two stator windings of the electric machine, and each of the autonomous voltage inverters is made according to a half-bridge circuit.

Description

Заявляемое решение относится к электроприводам транспортных средств, в частности к электроприводам, в которых используются автономные инверторы напряжений, и направлено на повышение надежности и экономичности электропривода, а также на улучшение его тяговых свойств.The claimed solution relates to electric drives of vehicles, in particular to electric drives that use autonomous voltage inverters, and is aimed at improving the reliability and efficiency of the electric drive, as well as improving its traction properties.

Известен электропривод, содержащий два однофазных автономных мостовых инвертора напряжения, подключенных к системе питания через входной фильтр и нагруженных на двухфазную электрическую машину (Н.Н. Андросов, В.А. Кучумов, Н.Б. Никифорова, А.С. Княжева «Пульсации входного тока и электромагнитного момента двухфазного асинхронного двигателя», «Вестник ВНИИЖТ», 2010 г., № 4, с. 11-17) - прототип.A known electric drive containing two single-phase autonomous bridge voltage inverters connected to a power system through an input filter and loaded onto a two-phase electric machine (NN Androsov, VA Kuchumov, NB Nikiforova, AS Knyazheva "Ripples of the input current and electromagnetic moment of a two-phase asynchronous motor ”, Vestnik VNIIZhT, 2010, No. 4, pp. 11-17) - prototype.

Для сглаживания пульсаций входного тока и, следовательно, пульсаций электромагнитного момента электрической машины в известном решении устанавливается индуктивно-емкостный фильтр, образованный дросселем с индуктивностью L и конденсатором с емкостью С. Такие схемы используются для электроприводов с асинхронными или синхронными двухфазными тяговыми двигателями. Электропривод, в соответствии с известным решением, имеет большое количество силовых транзисторов, которые должны быть рассчитаны на полное напряжение питания. Используемый в фильтре конденсатор также должен быть рассчитан на полное напряжение питания, что не обеспечивает достаточной надежности электропривода.To smooth the ripple of the input current and, therefore, the ripple of the electromagnetic moment of the electric machine, an inductive-capacitive filter is formed in a known solution, formed by a choke with inductance L and a capacitor with capacity C. Such circuits are used for electric drives with asynchronous or synchronous two-phase traction motors. The electric drive, in accordance with the known solution, has a large number of power transistors, which must be designed for a full supply voltage. The capacitor used in the filter must also be designed for the full supply voltage, which does not provide sufficient reliability of the electric drive.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение, является повышение надежности и повышение тяговых свойств электропривода.The technical result, the achievement of which the claimed solution is directed, is to increase the reliability and increase the traction properties of the electric drive.

Указанный технический результат достигается тем, что электропривод подвижного состава постоянного тока с двухфазной электрической машиной, содержащий автономные инверторы напряжения, нагруженные на двухфазную электрическую машину, и входной фильтр, образованный дросселем и конденсатором, дополнительно содержит второй конденсатор, установленный последовательно первому, причем средняя точка конденсаторов соединена с точкой соединения двух статорных обмоток электрической машины, а каждый из автономных инверторов напряжения выполнен по полумостовой схеме.The specified technical result is achieved in that the DC electric rolling stock drive with a two-phase electric machine, containing autonomous voltage inverters loaded on a two-phase electric machine, and the input filter formed by the inductor and capacitor, further comprises a second capacitor mounted in series with the first, and the midpoint of the capacitors connected to the connection point of two stator windings of an electric machine, and each of the autonomous voltage inverters n according to the half-bridge scheme.

Заявляемое решение конкретизировано на фиг. 1, где представлена его электрическая схема.The claimed solution is specified in FIG. 1, where its electrical circuit is presented.

Заявленный технический результат достигается путем использования двухфазной асинхронной электрической машины с короткозамкнутой обмоткой ротора, работающей от двух однофазных автономных полумостовых инверторов напряжения по заявляемой схеме. Заявляемый электропривод подвижного состава постоянного тока с двухфазной электрической машиной питается от двух однофазных автономных полумостовых инверторов напряжения Т1-Т2 и T3-T4. Входной индуктивно-емкостный фильтр содержит дроссель 1 с индуктивностью L и два последовательно соединенных конденсатора 2 и 3 с одинаковой емкостью 2С каждый. Емкость каждого конденсатора 2С обусловлена тем, чтобы суммарная емкость двух последовательно соединенных конденсаторов 2 и 3 составила величину С. К средней точке двух последовательно соединенных конденсаторов 2 и 3 подключена общая точка статорных обмоток А и В двухфазной электрической машины; причем обмотка А питается от автономного инвертора, образованного транзисторами Т1-Т2, и обмотка В - от автономного инвертора, образованного транзисторами Т3-Т4. Поскольку фазные переменные напряжения на обмотках А и В должны быть равны между собой, то также должны быть равны между собой емкости конденсаторов 2 и 3. Два автономных полумостовых инвертора имеют всего четыре силовых транзистора Т1-Т4, рассчитанных каждый на половинное напряжение питания.The claimed technical result is achieved by using a two-phase asynchronous electric machine with a short-circuited rotor winding, operating from two single-phase autonomous half-bridge voltage inverters according to the claimed scheme. The inventive electric rolling stock DC with a two-phase electric machine is powered by two single-phase autonomous half-bridge voltage inverters T 1 -T 2 and T 3 -T 4 . The input inductive-capacitive filter contains a choke 1 with an inductance L and two series-connected capacitors 2 and 3 with the same capacity 2C each. The capacitance of each capacitor 2C is due to the total capacitance of two series-connected capacitors 2 and 3 being C. The common point of the stator windings A and B of the two-phase electric machine is connected to the midpoint of two series-connected capacitors 2 and 3; moreover, the winding A is powered by an autonomous inverter formed by transistors T 1 -T 2 , and the winding B is supplied by an autonomous inverter formed by transistors T 3 -T 4 . Since the phase alternating voltages on the windings A and B must be equal to each other, the capacitances of capacitors 2 and 3 must also be equal to each other. Two autonomous half-bridge inverters have only four power transistors T 1 -T 4 , each designed for half the supply voltage.

Во-первых, заявляемая схема подключения позволила уменьшить количество силовых транзисторов, по сравнению с прототипом, у которого силовых транзисторов восемь. Уменьшение количества транзисторов напрямую связано с уменьшением массы и габаритов инверторов, а также с повышением надежности работы тяговой цепи электроподвижного состава.Firstly, the claimed connection scheme has reduced the number of power transistors, compared with the prototype, which has eight power transistors. A decrease in the number of transistors is directly related to a decrease in the mass and dimensions of the inverters, as well as an increase in the reliability of the traction circuit of the electric rolling stock.

Во-вторых, благодаря предлагаемой схеме подключения, применяемые силовые транзисторы рассчитываются на половину напряжения питания, чем значительно повышается надежность работы транзисторов, следовательно, и надежность всего электропривода.Secondly, thanks to the proposed connection scheme, the used power transistors are calculated at half the supply voltage, which significantly increases the reliability of the transistors, and therefore, the reliability of the entire electric drive.

В-третьих, применяемые конденсаторы 2 и 3 выполняют две функции: они фильтруют потребляемый ток (как и в прототипе) и, кроме того, делят пополам напряжение питания. Конденсаторы также рассчитываются на половинное напряжение питания.Thirdly, the used capacitors 2 and 3 perform two functions: they filter the consumed current (as in the prototype) and, in addition, divide the supply voltage in half. Capacitors are also rated for half supply voltage.

Устройство работает следующим образом. При неподвижной электрической машине напряжение на выходах двух однофазных полумостовых инверторов, образованных транзисторами Т1-Т2 и T3-T4, равно нулю (или близкой к нулю очень малой величине). Для пуска и увеличения частоты вращения электрической машины напряжения на выходах двух однофазных полумостовых инверторов плавно повышаются путем широтно-импульсной модуляции выходного напряжения. Для достижения номинальной частоты вращения электрической машины напряжения на выходах двух однофазных полумостовых инверторов должны увеличиться также до номинального значения. Кроме того, может регулироваться величина скольжения ротора относительно частоты вращения электромагнитного поля статора таким же образом, как и для общеизвестной электрической машины асинхронного типа. Регулирование величины скольжения ротора ведет к регулированию вращающего момента на валу электрической машины.The device operates as follows. With a stationary electric machine, the voltage at the outputs of two single-phase half-bridge inverters formed by transistors T 1 -T 2 and T 3 -T 4 is equal to zero (or very small value close to zero). To start and increase the speed of an electric machine, the voltages at the outputs of two single-phase half-bridge inverters smoothly increase by pulse-width modulation of the output voltage. To achieve the rated frequency of rotation of the electric machine, the voltage at the outputs of two single-phase half-bridge inverters must also increase to the nominal value. In addition, the amount of slip of the rotor relative to the frequency of rotation of the electromagnetic field of the stator can be adjusted in the same way as for the well-known asynchronous electric machine. The regulation of the slip value of the rotor leads to the regulation of the torque on the shaft of the electric machine.

Claims (1)

Электропривод электроподвижного состава постоянного тока с двухфазной электрической машиной, содержащий автономные инверторы напряжения, нагруженные на двухфазную электрическую машину, и входной индуктивно-емкостный фильтр, образованный дросселем и конденсатором, отличающийся тем, что дополнительно содержит второй конденсатор, установленный последовательно первому, причем средняя точка конденсаторов соединена с точкой соединения двух статорных обмоток электрической машины, а каждый из автономных инверторов напряжения выполнен по полумостовой схеме.An electric drive of DC electric rolling stock with a two-phase electric machine, comprising autonomous voltage inverters loaded on a two-phase electric machine, and an input inductance-capacitive filter formed by a choke and capacitor, characterized in that it further comprises a second capacitor mounted in series with the first, and the midpoint of the capacitors connected to the connection point of two stator windings of an electric machine, and each of the autonomous voltage inverters is made n about the half-bridge scheme.
RU2016152487U 2016-12-29 2016-12-29 ELECTRIC DRIVE WITH AUTONOMOUS VOLTAGE INVERTERS AND TWO PHASE ELECTRIC MACHINE RU174098U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016152487U RU174098U1 (en) 2016-12-29 2016-12-29 ELECTRIC DRIVE WITH AUTONOMOUS VOLTAGE INVERTERS AND TWO PHASE ELECTRIC MACHINE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016152487U RU174098U1 (en) 2016-12-29 2016-12-29 ELECTRIC DRIVE WITH AUTONOMOUS VOLTAGE INVERTERS AND TWO PHASE ELECTRIC MACHINE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU174098U1 true RU174098U1 (en) 2017-10-02

Family

ID=60041085

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016152487U RU174098U1 (en) 2016-12-29 2016-12-29 ELECTRIC DRIVE WITH AUTONOMOUS VOLTAGE INVERTERS AND TWO PHASE ELECTRIC MACHINE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU174098U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2721864C1 (en) * 2019-01-10 2020-05-25 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" Vehicle electromotive installation

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2492132A2 (en) * 2011-02-22 2012-08-29 Hitachi Ltd. Drive device for railway vehicle
RU154995U1 (en) * 2014-07-18 2015-09-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет путей сообщения" МГУПС (МИИТ) DC MOBILE ELECTRIC DRIVE

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2492132A2 (en) * 2011-02-22 2012-08-29 Hitachi Ltd. Drive device for railway vehicle
RU154995U1 (en) * 2014-07-18 2015-09-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет путей сообщения" МГУПС (МИИТ) DC MOBILE ELECTRIC DRIVE

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Андросов Н.Н. Пульсация входного тока и электромагнитного момента двухфазного асинхронного двигателя/ Н.Н. Андросов, В.А. Кучумов, Н.Б Никифорова, А.С. Княжева//Вестник ВНИИЖТ. - 2010. - N 0 4. - с. 11-17. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2721864C1 (en) * 2019-01-10 2020-05-25 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" Vehicle electromotive installation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1206028A3 (en) Driving apparatus, power output apparatus, and control method
CN107534408B (en) Control device for AC rotating machine
KR101457569B1 (en) Rectifier circuit and motor driving device using the same
EP2719888A1 (en) Dual-DC bus starter/generator
US9344029B2 (en) Asynchronous motor unit comprising a frequency converter with electrical isolation in the DC voltage intermediate circuit
CN107431442A (en) Electromechanical assemblies including alternating current generator
US10148207B2 (en) Segmented waveform converter on controlled field variable speed generator
RU174098U1 (en) ELECTRIC DRIVE WITH AUTONOMOUS VOLTAGE INVERTERS AND TWO PHASE ELECTRIC MACHINE
Amudhavalli et al. Improved Z source inverter for speed control of an induction motor
CN105207334B (en) System for supplying power to a load and corresponding power supply method
US9407168B2 (en) Power converting circuit
Amudhavalli et al. Speed control of an induction motor by V/F method using an improved Z source inverter
US10348233B2 (en) DC bus ripple reduction
RU2332773C1 (en) Stand-alone contactless synchronous generator
CN1832331A (en) Frequency converter speed regulation system with magnetic-field compensation function
Lee et al. Single-phase inverter scheme for permanent magnet synchronous motor drive with resonant capacitor
US11711041B2 (en) Motor drive system comprising power network between inverter and motor
KR102397459B1 (en) Power conversion system for electric vehicles
RU193440U1 (en) Power supply device for direct and alternating current consumers
Kumar et al. Electrolytic Capacitor-less Inverter driven Induction Motor with V/f Control for Use in Water Pumping Applications
RU2530532C1 (en) Asynchronous motor soft start-up device
RU2513113C2 (en) Three-phase alternating current generating system with voltage inverter
RU44901U1 (en) MOTOR POWER CONVERTER
RU2441775C1 (en) Control unit for asyncroneous electric motors with short-circuited rotor
RU2332772C1 (en) Synchronous generator