RU2101200C1

RU2101200C1 - Unitized dc traction electric drive

Info

Publication number: RU2101200C1
Application number: RU96122068A
Authority: RU
Inventors: В.В. Кашканов
Original assignee: Акционерное общество "АвтоВАЗ"
Priority date: 1996-11-18
Filing date: 1996-11-18
Publication date: 1998-01-10

Abstract

FIELD: transport engineering; traction electric drive for battery-powered cars. SUBSTANCE: power voltage converter of traction electric drive has two series-connected controlled switches shunted in opposite direction by back-biased diodes. Reservoir capacitors are connected in series with converter terminals. Contactor with three normally open power contacts and one normally closed interlock contact makes it possible to use power voltage converter for charging traction storage batteries. EFFECT: improved mass and overall dimension characteristics of traction electric drive. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электромобилям и может быть использовано при разработке преобразователей средней и большой мощности, а также высокочастотных зарядных устройств и источников питания с гальванической развязкой выходного напряжения. The invention relates to electric vehicles and can be used in the development of converters of medium and high power, as well as high-frequency chargers and power supplies with galvanic isolation of the output voltage.

Известен тяговый электропривод постоянного тока, содержащий диодно-тиристорный преобразователь напряжения, выполненный с высокочастотным транзисторным ключом на управляющем входе и подключенный через двухполюсный контактор к источнику напряжения, тяговый электродвигатель, якорная обмотка которого соединена с выходом преобразователя напряжения, а обмотка независимого возбуждения подключена через регулятор возбуждения к накопительному конденсатору, включенному через блокирующий диод между питающими шинами преобразователя напряжения (RU, заявка N 94042300, B 60 L 15/08, публ. 20.10.96). Known DC traction electric drive containing a thyristor diode voltage converter, made with a high-frequency transistor switch at the control input and connected through a two-pole contactor to a voltage source, a traction motor, the anchor winding of which is connected to the output of the voltage converter, and the independent excitation winding is connected through an excitation regulator to a storage capacitor connected through a blocking diode between the supply buses of the voltage converter eniya (RU, Application N 94042300, B 60 L 15/08, publ. 10.20.96).

Недостаток известного устройства связан с ограниченными функциональными возможностями, не позволяющими использовать его для заряда источника напряжения в случае выполнения последнего в виде аккумуляторной батареи. A disadvantage of the known device is associated with limited functionality that does not allow it to be used to charge a voltage source if the latter is implemented as a battery.

Наиболее близким к описываемому является комплектный тяговый электропривод постоянного тока, содержащий силовой преобразователь напряжения, включенный между источником напряжения и якорной обмоткой электродвигателя и выполненный на двух управляющих ключевых элементах, соединенных последовательно и зашунтированных во встречных направлениях возвратными диодами, накопительный конденсатор, подключенный через блокирующий диод ко входу преобразователя напряжения, регулятор возбуждения электродвигателя, питающий вход которого подключен к накопительному конденсатору (SU, авт. св. N 17997752, B 60 L, 1983). Closest to the described is a complete DC traction electric drive containing a power voltage converter connected between the voltage source and the armature winding of the electric motor and made on two control key elements connected in series and shunted in the opposite directions by return diodes, a storage capacitor connected through a blocking diode to the input of the voltage converter, the motor excitation regulator, the input of which is connected chen to the storage capacitor (SU, author. binding. N 17997752, B 60 L, 1983).

Недостаток известного устройства заключается также в отсутствии возможности осуществления заряда аккумуляторной батареи во время стоянки электромобиля. A disadvantage of the known device also lies in the lack of the ability to charge the battery while the vehicle is stationary.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей тягового привода. The aim of the invention is to expand the functionality of the traction drive.

Цель достигается тем, что в комплектном тяговом электроприводе постоянного тока, содержащем силовой преобразователь напряжения, подключенный плюсовой и минусовой входными клеммами соответственно через первый и второй силовые нормально-разомкнутые контакты контактора к тяговой аккумуляторной батарее, а плюсовой выходной клеммой к плюсовому выходу якорной обмотки тягового электродвигателя и выполненный на двух последовательно соединенных полностью управляемых ключевых элементах, зашунтированных во встречном направлении возвратными диодами и подключенных согласно с тяговой аккумуляторной батареей, регулятор тока возбуждения тягового электродвигателя, минусовая входная клемма которого подключена к минусовой входной клемме силового преобразователя напряжения и к первому выводу первого конденсатора, плюсовая входная клемма регулятора тока возбуждения подключена к плюсовой входной клемме силового преобразователя напряжения, а второй вывод первого конденсатора подключен к плюсовой входной клемме силового преобразователя напряжения через второй конденсатор, при этом общая точка соединения первого и второго конденсаторов через нормально-замкнутый блок-контакт контактора подключена к первому выводу первичной обмотки высокочастотного трансформатора, а ее второй вывод подключен к плюсовой выходной клемме силового преобразователя напряжения, причем минусовой вывод якорной обмотки электродвигателя подключен к минусовой выходной клемме силового преобразователя напряжения через третий силовой нормально-разомкнутый контакт контактора, при этом вторичная обмотка высокочастотного трансформатора через вторичный выпрямитель с выходным фильтром подключена к тяговой аккумуляторной батарее, а входные клеммы силового преобразователя напряжения через первичный выпрямитель с входным фильтром подключены к сетевому шнуру. The goal is achieved in that in a complete DC traction electric drive containing a power voltage converter connected by positive and negative input terminals, respectively, through the first and second power normally open contacts of the contactor to the traction battery, and the positive output terminal to the positive output of the anchor winding of the traction motor and executed on two serially connected fully controllable key elements shunted in the opposite direction mi diodes and connected in accordance with the traction battery, the excitation current regulator of the traction motor, the negative input terminal of which is connected to the negative input terminal of the power voltage converter and to the first output of the first capacitor, the positive input terminal of the excitation current regulator is connected to the positive input terminal of the power voltage converter, and the second terminal of the first capacitor is connected to the positive input terminal of the power voltage converter through the second capacitor, In this case, the common point of connection of the first and second capacitors through a normally-closed contact block of the contactor is connected to the first terminal of the primary winding of the high-frequency transformer, and its second terminal is connected to the positive output terminal of the power voltage converter, and the negative terminal of the motor armature winding is connected to the negative output terminal voltage converter through the third power normally-open contact of the contactor, while the secondary winding of the high-frequency transform ora through the secondary rectifier with an output filter connected to the traction battery and the power input terminals of the voltage converter via the primary input rectifier with filter connected to the power cord.

На чертеже приведена электрическая схема описываемого устройства. The drawing shows an electrical diagram of the described device.

Комплектный тяговый электропривод постоянного тока содержит силовой преобразователь напряжения 1, подключенный плюсовой и минусовой входными клеммами соответственно через первый и второй силовые нормально-разомкнутые контакты контактора 2 к тяговой аккумуляторной батарее 3, а плюсовой выходной клеммой к плюсовому выходу якорной обмотки тягового электродвигателя 4. В состав электропривода входит также выполненный на двух последовательно соединенных полностью управляемых ключевых элементах 5, 6, зашунтированных во встречном направлении возвратными диодами 7, 8 и подключенных согласно с тяговой аккумуляторной батареей 3. Имеются регулятор тока возбуждения 9 тягового электродвигателя 4, подключенный к входным клеммам силового преобразователя напряжения 1, первый конденсатор 10, первый вывод которого подключен к минусовой входной клемме силового преобразователя напряжения 1, а второй вывод через второй конденсатор 11 к плюсовой входной клемме преобразователя напряжения 1. Общий вывод первого и второго конденсаторов через нормально- замкнутый блок-контакт 12 контактора 2 подключен к первому выводу первичной обмотки высокочастотного трансформатора 13, а ее второй вывод подключен к плюсовой выходной клемме силового преобразователя напряжения 1. Минусовой вывод якорной обмотки электродвигателя 4 подключен к минусовой выходной клемме силового преобразователя напряжения 1 через третий силовой нормально-разомкнутый контакт контактора 2. Вторичная обмотка высокочастотного трансформатора 13 через вторичный выпрямитель 14 с выходным фильтром подключена к тяговой аккумуляторной батарее 3. Входные клеммы силового преобразователя напряжения 1 через первичный выпрямитель 15 с входным фильтром подключены к сетевому шнуру 16. A complete DC traction electric drive contains a power voltage converter 1 connected to the positive and negative input terminals, respectively, through the first and second power normally open contacts of the contactor 2 to the traction battery 3, and the positive output terminal to the positive output of the anchor winding of the traction motor 4. the electric drive also includes two series-connected fully controllable key elements 5, 6, shunted in the opposite direction and return diodes 7, 8 and connected in accordance with the traction battery 3. There is an excitation current regulator 9 of the traction motor 4 connected to the input terminals of the power voltage converter 1, the first capacitor 10, the first output of which is connected to the negative input terminal of the power voltage converter 1, and the second output through the second capacitor 11 to the positive input terminal of the voltage converter 1. The common output of the first and second capacitors through the normally closed block contact 12 of the contactor 2 is connected to the first terminal of the primary winding of the high-frequency transformer 13, and its second terminal is connected to the positive output terminal of the power voltage converter 1. The minus terminal of the armature winding of the electric motor 4 is connected to the negative output terminal of the power voltage converter 1 through the third power normally open contact of the contactor 2. Secondary the winding of the high-frequency transformer 13 through a secondary rectifier 14 with an output filter is connected to the traction battery 3. The input terminals of the power the voltage Converter 1 through the primary rectifier 15 with an input filter connected to the power cord 16.

Работает тяговый привод следующим образом. Traction drive operates as follows.

Регулирование тока в якорной обмотке тягового электродвигателя 4 во время движения осуществляется за счет включения-выключения управляемых ключевых элементов 5, 6 силового преобразователя напряжения 1. На практике роль ключевых элементов 5, 6 выполняют тиристоры с соответствующей системой коммутации, или силовые транзисторы, или двухоперационные тиристоры, одностороннюю проводимость которых отражают диоды, введенные в состав ключевых элементов 5, 6 и включенные последовательно с управляемыми переключателями. Ключевые элементы 5, 6 находятся в проводящем состоянии при наличии "1" на управляющем входе и в разомкнутом состоянии при наличии "0" на управляющем входе. Нагрузкой силового преобразователя напряжения 1 является якорная обмотка тягового электродвигателя 4. Ключевой элемент 5 служит для подключения якорной обмотки тягового электродвигателя 4 к тяговой аккумуляторной батарее 3, обеспечивая тем самым потребление энергии от аккумуляторной батареи 3 (режим движения). Ключевой элемент 6 служит для замыкания якорной обмотки тягового электродвигателя 4 в режиме импульсного торможения. Для зашиты силового преобразователя напряжения 1 от импульсов перенапряжений к его входным клеммам подключены накопительные конденсаторы 10, 11, параллельно которым подключен питающий вход регулятора тока возбуждения 9 тягового электродвигателя 4. The current regulation in the anchor winding of the traction motor 4 during movement is carried out by turning on / off the controlled key elements 5, 6 of the power voltage converter 1. In practice, the role of the key elements 5, 6 is played by thyristors with the corresponding switching system, or power transistors, or dual-operation thyristors whose one-sided conductivity is reflected by diodes introduced into the key elements 5, 6 and connected in series with controlled switches. Key elements 5, 6 are in a conductive state when there is a “1” at the control input and in an open state when there is a “0” at the control input. The load of the power voltage converter 1 is the anchor winding of the traction motor 4. The key element 5 is used to connect the anchor winding of the traction motor 4 to the traction battery 3, thereby ensuring energy consumption from the battery 3 (driving mode). The key element 6 serves to close the anchor winding of the traction motor 4 in the pulse braking mode. To protect the power voltage converter 1 from surge pulses, storage capacitors 10, 11 are connected to its input terminals, in parallel with which is connected the supply input of the excitation current regulator 9 of the traction motor 4.

Во время движения все силовые контакты контактора 2 замкнуты, а блок-контакт 12 разомкнут. Таким образом, силовой преобразователь напряжения 1 оказывается подключенным плюсовой и минусовой клеммами к тяговой аккумуляторной батарее 3, а плюсовой и минусовой выходными клеммами к якорной обмотке тягового электродвигателя 4. During movement, all the power contacts of the contactor 2 are closed, and the block contact 12 is open. Thus, the power voltage converter 1 is connected to the plus and minus terminals to the traction battery 3, and the plus and minus output terminals to the anchor winding of the traction motor 4.

В моменты включения и выключения ключевых элементов 5,6 на выходных клеммах силового преобразователя напряжения 1 формируются импульсы перенапряжений, обусловленные наличием паразитной (внутренней) индуктивности тяговой аккумуляторной батареи 3 и подводящих проводов. Для уменьшения амплитуды этих импульсов и служат накопительные конденсаторы 10, 11. Энергия коммутационных потерь накапливается в конденсаторах 10, 11 и поступает через регулятор 9 в обмотку возбуждения тягового электродвигателя 4, что снижает энергопотребление. At the moments of turning on and off the key elements 5,6, overvoltage pulses are generated at the output terminals of the power voltage converter 1 due to the presence of parasitic (internal) inductance of the traction battery 3 and the lead wires. To reduce the amplitude of these pulses, storage capacitors 10, 11 also serve. Switching loss energy is accumulated in capacitors 10, 11 and enters through the regulator 9 into the field winding of the traction motor 4, which reduces power consumption.

Во время стоянки все силовые контакты контактора 2 разомкнуты, а блок-контакт 12 замкнут. Таким образом, силовой преобразователь напряжения 1 оказывается отключенным от тяговой аккумуляторной батареи 3, а минусовой вывод якорной обмотки электродвигателя 4 от минусовой выходной клеммы силового преобразователя напряжения 1. Если шнур 16 будет подключен в сеть, то через первичный выпрямитель 15 выпрямленное сетевое напряжение будет поступать на входные клеммы силового преобразователя напряжения 1, который вместе с накопительными конденсаторами 10, 11, первичной обмоткой высокочастотного трансформатора 13 и нормально-замкнутым блок-контактом 12 контактора 2 образует полумостовой преобразователь напряжения для заряда тяговой аккумуляторной батареи 3. During parking, all the power contacts of the contactor 2 are open, and the block contact 12 is closed. Thus, the power voltage converter 1 is disconnected from the traction battery 3, and the negative output of the armature winding of the electric motor 4 from the negative output terminal of the power voltage converter 1. If the cord 16 is connected to the network, then through the primary rectifier 15, the rectified network voltage will be supplied to the input terminals of the power voltage converter 1, which together with the storage capacitors 10, 11, the primary winding of the high-frequency transformer 13 and a normally-closed unit -junctions 12 contactor 2 constitutes a half bridge voltage converter for charging the traction battery 3.

Таким образом, расширение функциональных возможностей за счет использования силового преобразователя напряжения для заряда тяговой аккумуляторной батареи позволяет существенно улучшить массо-габаритные показатели комплектного тягового электропривода постоянного тока. Thus, the expansion of functionality through the use of a power voltage converter for charging a traction battery allows to significantly improve the mass-dimensional parameters of a complete traction DC electric drive.

Claims

A complete DC traction electric drive containing a power voltage converter connected by positive and negative input terminals, respectively, through the first and second power normally open contacts of the contactor to the traction battery, and the positive output terminal to the positive output of the traction motor anchor winding and made on two fully connected in series controlled key elements shunted in the opposite direction by return diodes and connected to according to the traction battery, the drive current regulator of the traction motor, the negative input terminal of which is connected to the negative input terminal of the power voltage converter and to the first output of the first capacitor, characterized in that the positive input terminal of the drive current regulator is connected to the positive input terminal of the power voltage converter, and the second terminal of the first capacitor is connected to the positive input terminal of the power voltage converter through the second capacitor, while m, the common point of connection of the first and second capacitors through a normally closed contact block of the contactor is connected to the first terminal of the primary winding of the high-frequency transformer, and its second terminal is connected to the plus output terminal of the power converter, and the minus terminal of the motor armature is connected to the minus output terminal of the power converter voltage through the third power normally open contact of the contactor, while the secondary winding of the high-frequency transformer The secondary rectifier with the output filter is connected to the traction battery, and the input terminals of the power voltage converter are connected to the power cord through the primary rectifier with the input filter.