RU2100222C1

RU2100222C1 - Dc traction electric drive

Info

Publication number: RU2100222C1
Application number: RU94042300A
Authority: RU
Inventors: В.В. Кашканов
Original assignee: Акционерное общество Научно-технический центр "АвтоВАЗ"
Priority date: 1994-11-25
Filing date: 1994-11-25
Publication date: 1997-12-27
Also published as: RU94042300A

Abstract

FIELD: transport and electrical engineering; electric cars, medium and large power converter for traction electric drive. SUBSTANCE: electric drive includes voltage converter, DC traction electric motor, field regulator, reservoir capacitor and control unit. Design peculiarity of proposed electric drive is use of voltage converter which has high frequency transistor switch, two thyristor switches and three diodes. proposed circuit of converter is simple but provides operation of separate excitation traction motor at simultaneous usage of energy of commutation losses for supplying field winding. EFFECT: enlarged operating capabilities. 1 dwg

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке преобразователей средней и большой мощности, например для систем тягового электропривода электромобилей. The invention relates to a conversion technique and can be used in the development of converters of medium and high power, for example, for traction electric drive systems of electric vehicles.

Известно устройство, заявка Франции N 2630274 кл. H 02 P 3/14, 7/298, B 60 L 7/22, 15/08, 1988, осуществляющее регулирование тягового двигателя постоянного тока в режиме движения и торможения. A device is known, the application of France N 2630274 C. H 02 P 3/14, 7/298, B 60 L 7/22, 15/08, 1988, which controls the DC traction motor in driving and braking mode.

Недостатком этого устройства является наличие электромеханических контактов в якорной цепи и наличие отдельного источника для питания обмотки возбуждения. The disadvantage of this device is the presence of electromechanical contacts in the armature circuit and the presence of a separate source for powering the field coil.

Наиболее близким техническим решением является устройство, авт.св. N 1799752, B 60 L 15/08, 1993, в котором обмотка возбуждения запитана от конденсатора, аккумулирующего коммутационные потери. The closest technical solution is the device, ed. N 1799752, B 60 L 15/08, 1993, in which the field winding is powered from a capacitor that accumulates switching losses.

Недостатком этого устройства является наличие двух высокочастотных транзисторов и диодов, что практически почти вдвое завышает стоимость силового преобразователя. Объясняется это тем, что одним из основных требований предъявляемых к потребительским качествам легковых электромобилей является бесшумность работы электропривода, что в свою очередь обуславливает работу силового преобразователя на частотах выше 20 кГц. Учитывая, что величина якорного тока, например для электромобилей ВАЗ, составляет 250 А, то решить поставленную задачу можно только за счет использования транзисторных сборок на маломощных высокочастотных транзисторах, соединенных параллельно, а это означает, что они должны быть подобраны по параметрам, т.е. общее количество транзисторов, используемых для изготовления одного преобразователя, резко возрастает, что и обуславливает их высокую стоимость. The disadvantage of this device is the presence of two high-frequency transistors and diodes, which almost almost doubles the cost of the power converter. This is explained by the fact that one of the main requirements for the consumer qualities of electric cars is the quiet operation of the electric drive, which in turn determines the operation of the power converter at frequencies above 20 kHz. Given that the value of the armature current, for example for VAZ electric vehicles, is 250 A, then the task can be solved only by using transistor assemblies on low-power high-frequency transistors connected in parallel, which means that they must be selected according to the parameters, i.e. . the total number of transistors used to make one converter increases sharply, which leads to their high cost.

Целью изобретения является упрощение силового преобразователя. The aim of the invention is to simplify the power converter.

Поставленная цель достигается тем, что в известном тяговом электроприводе постоянного тока, содержащем силовой преобразователь, подключенный к источнику напряжения через двухполюсный контактор, тяговой электродвигатель постоянного тока с независимым возбуждением, обмотка возбуждения которого через регулятор возбуждения, содержащий реверсор, подключена параллельно накопительному конденсатору, первый вывод которого через блокирующий диод, включенный согласно с источником напряжения, и первый полюс контактора подключен к положительному выводу источника напряжения, а второй вывод накопительного конденсатора через второй полюс контактора подключен к отрицательному выводу источника напряжения, первый вывод тягового электродвигателя подключен к точке соединения катода первого диода и анода второго диода, а второй вывод тягового электродвигателя подключен к точке соединения катода первого тиристора и анода второго тиристора и анода второго тиристора, при этом катод второго диода через первый полюс контактора подключен к положительному выводу источника напряжения, катод второго тиристора через второй полюс контактора подключен к отрицательному выводу источника напряжения, а аноды первого диода и тиристора подключены к выходу силового преобразователя, причем последний выполнен на базе высокочастотного транзистора, коллектор которого через первый полюс контактора подключен к положительному выводу источника напряжения, и высокочастотного диода, анод которого через второй полюс контактора подключен к отрицательному выводу источника напряжения, а точка соединения эмиттера высокочастотного транзистора с катодом высокочастотного диода является выходом силового преобразователя. This goal is achieved by the fact that in the known traction DC electric drive containing a power converter connected to a voltage source via a two-pole contactor, a DC traction motor with independent excitation, the excitation winding of which is connected in parallel with a storage capacitor through an excitation regulator containing a reverser, the first output which through a blocking diode, connected in accordance with the voltage source, and the first pole of the contactor is connected to the positive to the output terminal of the voltage source, and the second terminal of the storage capacitor through the second pole of the contactor is connected to the negative terminal of the voltage source, the first terminal of the traction motor is connected to the junction of the cathode of the first diode and the anode of the second diode, and the second terminal of the traction motor is connected to the junction of the cathode of the first thyristor and the anode of the second thyristor and the anode of the second thyristor, while the cathode of the second diode is connected to the positive terminal of the voltage source through the first pole of the contactor , the cathode of the second thyristor is connected to the negative terminal of the voltage source through the second pole of the contactor, and the anodes of the first diode and thyristor are connected to the output of the power converter, the latter being made on the basis of a high-frequency transistor, whose collector is connected to the positive terminal of the voltage source and high-frequency through the first pole of the contactor a diode, the anode of which is connected to the negative terminal of the voltage source through the second pole of the contactor, and the connection point of the emitter of the high-frequency tra A resistor with a cathode of a high-frequency diode is the output of a power converter.

На чертеже приведена схема электропривода. The drawing shows a diagram of an electric drive.

Тяговый электропривод постоянного тока содержит силовой преобразователь 1, подключенный к источнику 2 напряжения через двухполюсный контактор 3, тяговый электродвигатель 4 постоянного тока с независимым возбуждением, обмотка возбуждения которого через регулятор 5 возбуждения, содержащий реверсор 6, подключена параллельно накопительному конденсатору 7, первый вывод которого через блокирующий диод 8, включенный согласно с источником 2 напряжения, и первый полюс контактора 3 подключен к положительному выводу источника 2 напряжения, а второй вывод накопительного конденсатора 7 через второй полюс контактора 3 подключен к отрицательному выводу источника 2 напряжения, при этом первый вывод тягового электродвигателя 4 подключен к точке соединения катода первого диода 3 и анода второго диода 10, а второй диод тягового электродвигателя 4 подключен к точке соединения катода первого тиристора 11 и анода второго тиристора 12, при этом катод второго диода 10 через первый полюс контактора 3 подключен к положительному выводу источника 2 напряжения, катод второго тиристора 12, через второй полюс контактора 3 подключен к отрицательному выводу источника 2 напряжения, а аноды первого диода 9 и тиристора 11 подключены к выходе силового преобразователя 1, причем последний выполнен на базе высокочастотного транзистора 13, коллектор которого через первый полюс контактора 3 подключен к положительному выводу источника 2 напряжения, и высокочастотного диода 14, анод которого через второй полюс контактора 3 подключен к отрицательному выводу источника 2 напряжения, а точка соединения эмиттера высокочастотного транзистора 13 с катодом высокочастотного диода 14 является входом силового преобразователя. The DC traction electric drive comprises a power converter 1 connected to a voltage source 2 through a bipolar contactor 3, a DC traction electric motor 4 with independent excitation, the excitation winding of which is connected through a field controller 5 with a reverser 6 in parallel with a storage capacitor 7, the first output of which a blocking diode 8, connected in accordance with the voltage source 2, and the first pole of the contactor 3 is connected to the positive terminal of the voltage source 2, and the second the output of the storage capacitor 7 through the second pole of the contactor 3 is connected to the negative terminal of the voltage source 2, while the first output of the traction motor 4 is connected to the junction of the cathode of the first diode 3 and the anode of the second diode 10, and the second diode of the traction motor 4 is connected to the junction of the cathode of the first thyristor 11 and the anode of the second thyristor 12, while the cathode of the second diode 10 is connected through the first pole of the contactor 3 to the positive terminal of the voltage source 2, the cathode of the second thyristor 12, through the second field contactor 3 is connected to the negative terminal of voltage source 2, and the anodes of the first diode 9 and thyristor 11 are connected to the output of power converter 1, the latter being made on the basis of high-frequency transistor 13, whose collector is connected to the positive terminal of voltage source 2 through the first pole of contactor 3, and high-frequency diode 14, the anode of which through the second pole of the contactor 3 is connected to the negative terminal of the voltage source 2, and the connection point of the emitter of the high-frequency transistor 13 with the cathode total diode 14 is the input of the power Converter.

Работает схема следующим образом. В режиме движения блок 15 систему управления (БСУ) формирует сигналы управления U1, U2, U4, U5 и U6, при этом во время включенного состояния высокочастотного транзистора 13 ток протекает по цепи: положительный вывод источника 2 напряжения первый полюс контактора 3 - высокочастотный транзистор 13 первый диод 9 якорь электродвигателя 4 - второй тиристор 12 второй полюс контактора 3 отрицательный вывод источника 2 напряжения, а во время включенного состояния высокочастотного транзистора 13 ток протекает по цепи: высокочастотный диод 14 первый диод 9 якорь электродвигателя 4 второй тиристор 12. The scheme works as follows. In the driving mode, block 15 control system (BSU) generates control signals U1, U2, U4, U5 and U6, while during the on state of the high-frequency transistor 13, the current flows through the circuit: the positive output of the voltage source 2, the first pole of the contactor 3 - high-frequency transistor 13 the first diode 9 is the armature of the electric motor 4 - the second thyristor 12 the second pole of the contactor 3 is the negative terminal of the voltage source 2, and during the on state of the high-frequency transistor 13, the current flows through the circuit: high-frequency diode 14 first diode 9 is the armature e 4 ektrodvigatelya second thyristor 12.

В режиме торможения БСУ формирует сигнал управления U1, U2, U3, U5 и U6, при этом во время включенного состояния высокочастотного транзистора 13 ток протекает по цепи: высокочастотный транзистор 13 первый тиристор 11 якорь электродвигателя 4 второй диод 10, а во время выключенного состояния высокочастотного транзистора 13 ток протекает по цепи: высокочастотный диод 14 первый тиристор 11 якорь электродвигателя 4 второй диод 10 первый полюс контактора 3 положительный вывод источника 2 напряжения - отрицательный вывод источника 2 напряжения второй полюс контактора 3. In the braking mode, the BSU generates a control signal U1, U2, U3, U5 and U6, while during the on state of the high-frequency transistor 13, the current flows through the circuit: high-frequency transistor 13 first thyristor 11 motor armature 4 second diode 10, and during the off state of the high-frequency transistor transistor 13 current flows through the circuit: high-frequency diode 14 first thyristor 11 motor armature 4 second diode 10 first pole of the contactor 3 positive terminal of voltage source 2 - negative terminal of voltage source 2 second pole factor 3.

Для защиты силового преобразователя 1 от импульсов перенапряжений к его входным клеммам через блокирующий диод 8 подключен накопительный конденсатор 7, параллельно которому подключен питающий вход регулятора 5 возбуждения тягового электродвигателя 4. В моменты включения и выключения высокочастотного транзистора 13 на выходных клеммах силового преобразователя формируются импульсы перенапряжений, обусловленные наличием паразитной (внутренней) индуктивности источника 2 напряжения и подводящих проводов. Для уменьшения амплитуды этих импульсов служит накопительный конденсатор 7, отделенный от источника 2 напряжения высокочастотным блокирующим диодом 8. Поэтому энергия коммутационных потерь накапливается в конденсаторе 8 и поступает через регулятор 5 в обмотку возбуждения тягового электродвигателя 4, что повышает энергетические показатели электропривода. To protect the power converter 1 from overvoltage pulses, a storage capacitor 7 is connected to its input terminals through a blocking diode 8, in parallel with which the power input of the drive motor regulator 5 is connected. 4. At the moments of switching on and off the high-frequency transistor 13, overvoltage pulses are generated at the output terminals of the power converter, due to the presence of parasitic (internal) inductance of voltage source 2 and lead wires. To reduce the amplitude of these pulses, a storage capacitor 7 is used, separated from the voltage source 2 by a high-frequency blocking diode 8. Therefore, the switching loss energy is accumulated in the capacitor 8 and fed through the regulator 5 to the excitation winding of the traction motor 4, which increases the energy performance of the electric drive.

Таким образом в данном устройстве, несмотря на наличие всего одного высокочастотного силового транзистора и диода, обеспечиваются все режимы работы тягового электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением при одновременном использовании энергии коммутационных потерь для питания обмотки возбуждения. Thus, in this device, despite the presence of only one high-frequency power transistor and diode, all operating modes of the DC traction motor with independent excitation are provided while using the energy of switching losses to power the field winding.

Claims

A DC traction electric drive containing a power voltage converter, made with two thyristor switches and two diodes and connected to a power source through a two-pole contactor, a DC traction motor, the independent excitation winding of which is connected through an excitation regulator made with a reverser to a storage capacitor connected via a blocking capacitor diode between the supply buses of the voltage converter, a control unit, the outputs of which are connected to the control the inputs of the contactor, thyristor keys of the voltage converter, the regulator and the reverser of the excitation regulator, characterized in that the inter-series collector-emitter junction of the high-frequency transistor switch and the third diode are connected between the supply buses of the voltage converter and the circuits are connected in parallel-parallel, respectively other diodes and thyristor keys, while the anchor winding of the traction motor is connected to the middle terminals of these circuits Pei, and an additional output control unit is connected to the control input of the transistor switch.