RU2754994C2 - Method for controlling the electromechanical transmission of an autonomous road-building machine and the electromechanical transmission of an autonomous road-building machine - Google Patents

Method for controlling the electromechanical transmission of an autonomous road-building machine and the electromechanical transmission of an autonomous road-building machine Download PDF

Info

Publication number
RU2754994C2
RU2754994C2 RU2019105427A RU2019105427A RU2754994C2 RU 2754994 C2 RU2754994 C2 RU 2754994C2 RU 2019105427 A RU2019105427 A RU 2019105427A RU 2019105427 A RU2019105427 A RU 2019105427A RU 2754994 C2 RU2754994 C2 RU 2754994C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
generator
power
electric motors
electric
group
Prior art date
Application number
RU2019105427A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2019105427A3 (en
RU2019105427A (en
Inventor
Михаил Григорьевич Болотин
Владимир Иванович Бибиков
Александр Дмитриевич Ильинский
Максим Валерьевич Вязников
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ИНТЕГРАЛ-77"
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 Общество с ограниченной ответственностью "ИНТЕГРАЛ-77" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ИНТЕГРАЛ-77"
Priority to RU2019105427A priority Critical patent/RU2754994C2/en
Publication of RU2019105427A publication Critical patent/RU2019105427A/en
Publication of RU2019105427A3 publication Critical patent/RU2019105427A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2754994C2 publication Critical patent/RU2754994C2/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/24—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the combustion engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/26—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the motors or the generators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/28—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the electric energy storing means, e.g. batteries or capacitors
    • 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
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/10—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of change-speed gearings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • B60W20/10—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand
    • B60W20/13—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand in order to stay within battery power input or output limits; in order to prevent overcharging or battery depletion
    • B60W20/14—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand in order to stay within battery power input or output limits; in order to prevent overcharging or battery depletion in conjunction with braking regeneration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D63/00—Motor vehicles or trailers not otherwise provided for
    • B62D63/02—Motor 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
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

FIELD: vehicles.SUBSTANCE: in the method for controlling the electromechanical transmission of an autonomous road-building machine, a generator, an electric power storage and electric engines are connected so that the electric power is transmitted from the generator to the electric engines. When the electric engines cannot fully absorb the power developed by the generator, the excess power enters the storage device and is stored in it, and the amount of this power is regulated. The power transfer mode is carried out from the storage device to the electric engines, while the generator is switched off. The electric braking mode is carried out, while the generator is turned off, the electric engines are switched to the generator mode and the braking energy is stored in the storage device. If the value of the required power exceeds the power of the diesel generator, the generator, the storage device, and the electric engines are connected so that the power of the generator and the storage device are added together when they are connected to the serial circuit and the total power is transmitted to the electric engines.EFFECT: productivity is increased.5 cl, 8 dwg

Description

1. Предлагаемое техническое решение предназначено для применения в электромеханической трансмиссии (тяговом электроприводе) мощной автономной дорожно-строительной машины с переменным (часто циклическим) режимом нагружения. Это может быть бульдозер, фронтальный погрузчик или тому подобные машины с первичным источником энергии в виде теплового двигателя, например, дизеля (это также может быть бензиновый двигатель внутреннего сгорания, турбина и т.п.).1. The proposed technical solution is intended for use in an electromechanical transmission (traction drive) of a powerful autonomous road-building machine with a variable (often cyclic) loading mode. It can be a bulldozer, front loader or similar machines with a primary source of energy in the form of a heat engine, for example, a diesel engine (it can also be a gasoline internal combustion engine, turbine, etc.).

Известны электромеханические трансмиссии, выполненные, как правило, таким образом: дизель-генератор - силовой полупроводниковый преобразователь (один или несколько) - тяговый электродвигатель, (один или несколько), бортовые редукторы, связывающие тяговые электродвигатели с движителями (колесными или гусеничными). От дизель-генератора могут получать питание также электродвигатели, используемые для привода рабочих органов машины. Известны также электромеханические трансмиссии гибридного типа, в которых наряду с дизель-генератором - основным источником электроэнергии для электродвигателей, применяется накопитель электроэнергии (аккумуляторная батарея и/или суперконденсатор), способный принимать, запасать и хранить как избыточную электроэнергию от основного источника электроэнергии при его недогрузке со стороны движителя и/или рабочих органов, так и электроэнергию рекуперации при торможении движителя и/или рабочих органов. Накопитель электроэнергии выполняет также функцию дополнительного источника энергии, позволяющего компенсировать кратковременные набросы мощности, прикладываемые к тепловому двигателю со стороны нагрузки (рабочего органа) и, тем самым, обеспечить стабильный и экономичный режим его работы [1, 2, 3, 4].Known electromechanical transmissions, made, as a rule, in the following way: diesel generator - power semiconductor converter (one or more) - traction motor, (one or more), final drives connecting traction motors with propellers (wheeled or tracked). Electric motors used to drive the working parts of the machine can also be powered from the diesel generator. Electromechanical transmissions of a hybrid type are also known, in which, along with a diesel generator - the main source of electricity for electric motors, an energy storage device (battery and / or supercapacitor) is used, capable of receiving, storing and storing as excess electricity from the main source of electricity when it is underload with the sides of the propeller and / or working bodies, as well as recuperative electricity when braking the propeller and / or working bodies. The energy storage also serves as an additional source of energy, allowing to compensate for short-term power surges applied to the heat engine from the load side (working body) and, thereby, to provide a stable and economical mode of its operation [1, 2, 3, 4].

Однако, технические решения [1, 2, 3, 4] не предусматривают использование накопителя энергии в режиме, когда нагрузка со стороны рабочего органа существенно возрастает на относительно длительный период времени.However, technical solutions [1, 2, 3, 4] do not provide for the use of the energy storage in a mode when the load from the working body increases significantly for a relatively long period of time.

Рабочие режимы дорожно-строительных машин характеризуются значительными перепадами скоростей, развиваемых сил тяги и мощности. Так, например, на рабочем органе бульдозера при выполнении такой операции, как разравнивание грунта, усилие может изменяться в 1,5 раза и более. При постоянной мощности, отдаваемой дизель-генератором, такое увеличение усилия должно сопровождаться обратно-пропорциональным уменьшением скорости перемещения (движения), что снижает производительность бульдозера. Для поддержания скорости движения на неизменном уровне необходимо увеличить подводимую к тяговым электродвигателям мощность (соответственно в 1,5 раза и более) на сравнительно небольшое время (единицы, реже - десятки секунд). Это может достигаться разными способами.The operating modes of road-building machines are characterized by significant differences in speed, developed traction forces and power. So, for example, on the working body of a bulldozer, when performing such an operation as leveling the soil, the force can change by 1.5 times or more. With a constant power delivered by the diesel generator, such an increase in force must be accompanied by an inversely proportional decrease in the travel (movement) speed, which reduces the performance of the bulldozer. To maintain the speed of movement at a constant level, it is necessary to increase the power supplied to the traction electric motors (1.5 times or more, respectively) for a relatively short time (units, less often tens of seconds). This can be accomplished in a variety of ways.

Например, можно применить дизель, мощность которого соответствует режиму с максимально возможным усилием на рабочем органе. Однако это приведет к тому, что в продолжение значительного времени рабочего цикла дизель будет работать с пониженной мощностью. Эффективность такого решения будет невысокой, как вследствие недоиспользования дизеля по мощности, так и вследствие низкой экономичности дизеля при работе на частичных характеристиках.For example, you can use a diesel engine, the power of which corresponds to the mode with the maximum possible effort on the working element. However, this will lead to the fact that for a significant time of the operating cycle, the diesel engine will operate at a reduced power. The efficiency of such a solution will be low, both due to the underutilization of the diesel engine in terms of power, and due to the low efficiency of the diesel engine when operating at partial characteristics.

Другой способ кратковременного значительного увеличения мощности, отдаваемой на тягу, заключается в подключении дополнительного источника мощности (энергии), например аккумуляторной батареи. Этот, предлагаемый в настоящем техническом решении, способ и его техническая реализация описаны в последующем изложении.Another method for a short-term significant increase in the power delivered to traction is to connect an additional source of power (energy), for example, a battery. This, proposed in this technical solution, the method and its technical implementation are described in the following presentation.

2. Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в том, чтобы сохранить основные достоинства вышеупомянутых технических решений [1, 2, 3, 4] и других, аналогичных им, и одновременно обеспечить высокую производительность дорожно-строительной машины.2. The problem to be solved by the claimed technical solution is to preserve the main advantages of the aforementioned technical solutions [1, 2, 3, 4] and others similar to them, and at the same time to ensure high productivity of the road-building machine.

В предложенном техническом решении многие основные силовые компоненты электромеханической трансмиссии аналогичны представленным в технических решениях [1, 2, 3, 4]. Это, в частности, касается накопителя электроэнергии и электрических машин, применяемых в качестве генератора и электродвигателей. Это могут быть как асинхронные электрические машины, так и одна из множества разновидностей синхронных машин. В приведенном ниже описании предложенного технического решения предполагается, в качестве примера, использование в качестве как генератора, так и тяговых электродвигателей одной из разновидностей синхронных машин - вентильно-индукторной электрической машины, объединяющей в себе силовой полупроводниковый преобразователь и электромеханический преобразователь.In the proposed technical solution, many of the main power components of the electromechanical transmission are similar to those presented in the technical solutions [1, 2, 3, 4]. This applies in particular to energy storage and electrical machines used as generators and electric motors. It can be both asynchronous electrical machines and one of the many varieties of synchronous machines. In the following description of the proposed technical solution, it is assumed, as an example, the use as both a generator and traction motors of one of the types of synchronous machines - a valve-inductor electric machine that combines a power semiconductor converter and an electromechanical converter.

3. Желаемый эффект (решение поставленной задачи) - обеспечение высокой производительности дорожно-строительной машины - достигается тем, что электромеханической трансмиссией дорожно-строительной машины, содержащей: дизель-генератор - основной источник электроэнергии (мощности) для электродвигателей, осуществляющих привод движителя упомянутой дорожно-строительной машины, накопитель электроэнергии (аккумуляторная батарея и/или суперконденсатор), при этом основной источник электроэнергии - генератор (или генератор с силовым полупроводниковым преобразователем) имеет два полюса (шины) «плюс» и «минус», накопитель электроэнергии имеет два полюса (шины) «плюс» и «минус», электродвигатели (или электродвигатели с силовыми полупроводниковыми преобразователями) объединены в группу и подключены параллельно так, что упомянутая группа электродвигателей также имеет два полюса (шины) «плюс» и «минус»; силовые полупроводниковые преобразовательные и коммутирующие устройства, управляющие устройства (например, системы управления электротрансмиссией и дизель-генератором) и органы, датчики электрических, механических и тепловых параметров, а также бортовые редукторы, связывающие тяговые электродвигатели с движителями (колесными или гусеничными), согласно предложенному техническому решению управляют следующим образом (способом):3. The desired effect (solution of the problem) - ensuring high productivity of the road-building machine - is achieved by the fact that the electromechanical transmission of the road-building machine, containing: construction machine, an energy storage device (battery and / or supercapacitor), while the main source of electricity - a generator (or a generator with a power semiconductor converter) has two poles (buses) “plus” and “minus”, the energy storage device has two poles (buses ) "Plus" and "minus", electric motors (or electric motors with power semiconductor converters) are combined into a group and connected in parallel so that the said group of electric motors also has two poles (buses) "plus" and "minus"; power semiconductor converting and switching devices, control devices (for example, electric transmission and diesel generator control systems) and organs, sensors of electrical, mechanical and thermal parameters, as well as final drives connecting traction motors with propellers (wheeled or tracked), according to the proposed technical the solution is managed as follows (method):

а) генератор (или генератор с силовым полупроводниковым преобразователем), накопитель электроэнергии и упомянутую группу электродвигателей при помощи преобразовательного устройства подключают таким образом, что электрическая энергия (мощность) передается от генератора к группе электродвигателей для совершения полезной работы, а в случае, когда группа электродвигателей по условиям выполняемой работы не может полностью поглотить мощность, развиваемую генератором, избыточная (оставшаяся часть) мощности поступает в накопитель электроэнергии и запасается в нем, причем величину этой мощности регулируют;a) a generator (or a generator with a power semiconductor converter), an electric energy storage device and said group of electric motors are connected using a converter device in such a way that electrical energy (power) is transmitted from the generator to a group of electric motors to perform useful work, and in the case when a group of electric motors according to the conditions of the work performed, it cannot completely absorb the power developed by the generator, the excess (remaining part) of the power enters the energy storage device and is stored in it, and the value of this power is regulated;

б) если же величина требуемой полезной мощности превышает полную мощность дизель-генератора, что выявляется при помощи датчика тока группы электродвигателей или иного датчика, несущего аналогичную информацию, генератор, накопитель электроэнергии и упомянутую группу электродвигателей при помощи преобразовательного устройства подключают иным образом, а именно так, чтобы мощности генератора и накопителя электроэнергии суммировались при их включении в последовательную цепь и суммарная мощность передавалась к группе электродвигателей для совершения полезной работы;b) if the value of the required useful power exceeds the total power of the diesel generator, which is detected using a current sensor of a group of electric motors or another sensor carrying similar information, the generator, an energy storage device and the mentioned group of electric motors are connected by means of a converter device in a different way, namely so that the power of the generator and the storage of electricity are added up when they are connected to the series circuit and the total power is transmitted to the group of electric motors to perform useful work;

в) при способе подключения генератора, накопителя и группы электродвигателей, описанном в п. а) осуществляют режим передачи мощности от накопителя электроэнергии к упомянутой группе электродвигателей; при этом генератор отключен (аварийный или специальный режим);c) with the method for connecting a generator, storage device and a group of electric motors, described in clause a), the mode of power transmission from the storage device to the said group of electric motors is carried out; while the generator is off (emergency or special mode);

г) при способе подключения генератора, накопителя и группы электродвигателей, описанном в п. а) осуществляют режим электрического торможения; при этом генератор отключают, группу электродвигателей переводят в генераторный режим и энергию торможения (рекуперации) запасают в накопителе электроэнергии, причем величину этой мощности регулируют.d) with the method of connecting a generator, storage and a group of electric motors described in clause a), the electric braking mode is carried out; in this case, the generator is turned off, the group of electric motors is transferred to the generator mode, and the braking (recuperation) energy is stored in an electric energy storage device, and the value of this power is regulated.

Для реализации вышеописанного способа управления электромеханической трансмиссией автономной дорожно-строительной машины, содержащей: дизель-генератор - основной источник электроэнергии (мощности) для электродвигателей, осуществляющих привод движителя упомянутой дорожно-строительной машины, накопитель электроэнергии (аккумуляторная батарея и/или суперконденсатор), при этом основной источник электроэнергии - генератор (или генератор с силовым полупроводниковым преобразователем) имеет два полюса (шины) «плюс» и «минус», накопитель электроэнергии имеет два полюса (шины) «плюс» и «минус», электродвигатели (или электродвигатели с силовыми полупроводниковыми преобразователями) объединены в группу и подключены параллельно так, что упомянутая группа электродвигателей также имеет два полюса (шины) «плюс» и «минус»; силовые полупроводниковые преобразовательные и коммутирующие устройства, управляющие устройства (например, системы управления электротрансмиссией и дизель-генератором) и органы, датчики электрических, механических и тепловых параметров, а также бортовые редукторы, связывающие тяговые электродвигатели с движителями (колесными или гусеничными), согласно предложенному техническому решению в электромеханическую трансмиссию введен согласующий силовой полупроводниковый преобразователь и блок управления им; в состав упомянутого преобразователя входят: полупроводниковый диод, первый и второй полностью управляемые полупроводниковые вентили и токоограничивающий резистор, подключенные таким образом, что подключенные вместе анод упомянутого диода и коллектор первого из упомянутых вентилей образуют первый вывод (клемму) упомянутого согласующего преобразователя, катод упомянутого диода образует второй вывод согласующего преобразователя, подключенные вместе эмиттер первого и коллектор второго упомянутых вентилей образуют третий вывод упомянутого согласующего преобразователя, эмиттер второго вентиля образует четвертый вывод согласующего преобразователя; к коллектору и эмиттеру второго вентиля подключены выводы токоограничивающего резистора; полюсы «минус» генератора и «минус» группы электродвигателей подключены к четвертому выводу согласующего преобразователя; полюс «плюс» генератора подключен к первому выводу согласующего преобразователя; полюс «минус» накопителя электроэнергии подключен к третьему выводу согласующего преобразователя, полюс «плюс» накопителя электроэнергии и полюс «плюс» группы электродвигателей подключены ко второму выводу согласующего преобразователя.To implement the above-described method for controlling an electromechanical transmission of an autonomous road-building machine, containing: a diesel generator is the main source of electricity (power) for electric motors driving the propulsion device of the said road-building machine, an energy storage device (battery and / or supercapacitor), while the main source of electricity - a generator (or a generator with a power semiconductor converter) has two poles (buses) "plus" and "minus", an energy storage device has two poles (buses) "plus" and "minus", electric motors (or electric motors with power semiconductor converters) are combined into a group and connected in parallel so that the said group of electric motors also has two poles (buses) "plus" and "minus"; power semiconductor converting and switching devices, control devices (for example, electric transmission and diesel generator control systems) and organs, sensors of electrical, mechanical and thermal parameters, as well as final drives connecting traction motors with propellers (wheeled or tracked), according to the proposed technical the solution in the electromechanical transmission introduced a matching power semiconductor converter and a control unit; the said converter includes: a semiconductor diode, the first and second fully controllable semiconductor valves and a current-limiting resistor connected in such a way that the anode of the said diode and the collector of the first of said valves connected together form the first terminal (terminal) of the said matching converter, the cathode of the said diode forms the second terminal of the matching converter, the emitter of the first and the collector of the second said gates connected together form the third terminal of the said matching converter, the emitter of the second valve forms the fourth terminal of the matching converter; current-limiting resistor leads are connected to the collector and emitter of the second valve; poles "minus" of the generator and "minus" of the group of electric motors are connected to the fourth terminal of the matching converter; the "plus" pole of the generator is connected to the first terminal of the matching converter; the "minus" pole of the electric energy storage is connected to the third output of the matching converter, the "plus" pole of the electric energy storage and the "plus" pole of the group of electric motors are connected to the second output of the matching converter.

В качестве вышеупомянутых полностью управляемых полупроводниковых вентилей применены биполярные транзисторы с изолированным затвором - insulated gate bipolar transistor - IGBT.Insulated gate bipolar transistor IGBTs are used as the aforementioned fully controllable semiconductor valves.

Вышеупомянутый блок управления первым и вторым полностью управляемыми полупроводниковыми вентилями согласующего преобразователя снабжен первым и вторым выходами, сигналы с которых (1 - включить, 0 - выключить, ψ - модулированный, например, по методу широтно-импульсной модуляции (ШИМ) сигнал, принимающий значения 0 или 1) поступают на соответствующие управляющие входы упомянутых вентилей; комбинации сигналов блока управления соответствуют следующим режимам работы электромеханической трансмиссии:The above-mentioned control unit of the first and second fully controlled semiconductor gates of the matching converter is equipped with the first and second outputs, the signals from which (1 - turn on, 0 - turn off, ψ is a signal modulated, for example, by the method of pulse width modulation (PWM), taking values 0 or 1) are fed to the corresponding control inputs of the said gates; the combinations of signals from the control unit correspond to the following operating modes of the electromechanical transmission:

- 0ψ - к генератору подключена группа электродвигателей и накопитель электроэнергии для поглощения избыточной мощности (при недогрузке со стороны движителя) - рабочий режим; мощность (ток) накопителя электроэнергии поддерживается ШИМ-сигналом на уровне, заданном системой управления электротрансмиссией;- 0ψ - a group of electric motors and an energy storage unit are connected to the generator to absorb excess power (with underload from the side of the propeller) - operating mode; the power (current) of the electric energy storage is maintained by the PWM signal at the level set by the electric transmission control system;

- 10 - группа электродвигателей подключена к генератору и последовательно с ним включенному накопителю электроэнергии - рабочий режим при нехватке мощности основного источника электроэнергии;- 10 - a group of electric motors is connected to a generator and a sequentially connected energy storage device - operating mode when there is a shortage of power from the main source of electricity;

- 01 - группа электродвигателей подключена к накопителю электроэнергии -рабочий режим работы электродвигателей при отключенном генераторе;- 01 - a group of electric motors is connected to the energy storage unit - operating mode of electric motors when the generator is off;

- 0ψ - при отключенном генераторе группа электродвигателей подключена к накопителю электроэнергии - поглощение энергии накопителем при генераторном режиме работы электродвигателей (рекуперативное торможение); мощность (ток) накопителя электроэнергии поддерживается ШИМ-сигналом на уровне, заданном системой управления электротрансмиссией;- 0ψ - when the generator is off, the group of electric motors is connected to the energy storage unit - energy absorption by the storage device during the generator operation of the electric motors (regenerative braking); the power (current) of the electric energy storage is maintained by the PWM signal at the level set by the electric transmission control system;

где: левый знак - код управляющего сигнала первого из упомянутых вентилей, правый знак - код управляющего сигнала второго вентиля.where: the left character is the code of the control signal of the first of the mentioned valves, the right character is the code of the control signal of the second valve.

В качестве как генератора, так и электродвигателей электромеханической трансмиссии применена вентильно-индукторная электрическая машина (Switched Reluctance Motor), объединяющая в себе силовой полупроводниковый преобразователь и электромеханический преобразователь.A switched-inductor electric machine (Switched Reluctance Motor), which combines a power semiconductor converter and an electromechanical converter, is used as both a generator and electric motors of the electromechanical transmission.

4. Ниже представлены следующие иллюстрации характеризующие сущность предлагаемого технического решения - электромеханической трансмиссии дорожно-строительной машины.4. Below are the following illustrations characterizing the essence of the proposed technical solution - an electromechanical transmission of a road-building machine.

На фиг. 1 представлена упрощенная структурная схема электромеханической трансмиссии дорожно-строительной машины.FIG. 1 shows a simplified block diagram of an electromechanical transmission of a road construction machine.

На фиг. 2 представлены устройство и схема подключения согласующего силового полупроводникового преобразователя.FIG. 2 shows the device and connection diagram of the matching power semiconductor converter.

На фиг. 3 представлена структурная схема блока стабилизации напряжения генератора.FIG. 3 shows a block diagram of the generator voltage stabilization unit.

На фиг. 4 представлена структурная схема блока стабилизации частоты вращения электродвигателя.FIG. 4 shows a block diagram of the block for stabilizing the speed of rotation of the electric motor.

На фиг. 5, 6, 7, 8 представлены результаты математического моделирования работы электромеханической трансмиссии дорожно-строительной машины, а именно осциллограммы зависимости от времени основных параметров при реализации режима значительного и продолжительного возрастания момента со стороны нагрузки (на рабочий орган машины).FIG. 5, 6, 7, 8 show the results of mathematical modeling of the operation of the electromechanical transmission of a road-building machine, namely, oscillograms of the time dependence of the main parameters when implementing the mode of a significant and prolonged increase in the torque from the load side (on the working body of the machine).

Фиг. 5. - момент нагрузки и момент тягового электродвигателя - верхняя осциллограмма; частота вращения тягового электродвигателя и генератора - нижняя осциллограмма.FIG. 5. - load torque and traction motor torque - upper oscillogram; frequency of rotation of the traction motor and generator - lower oscillogram.

Фиг. 6. - мощность, потребляемая нагрузкой, и мощность, развиваемая тяговым электродвигателем - верхняя осциллограмма; мощность, развиваемая дизелем и мощность, развиваемая аккумуляторной батареей - нижняя осциллограмма.FIG. 6. - power consumed by the load and the power developed by the traction motor - upper oscillogram; the power developed by the diesel engine and the power developed by the storage battery - the lower oscillogram.

Фиг. 7. - токи тягового электродвигателя, генератора и аккумуляторной батареи - верхняя осциллограмма; и напряжения тягового электродвигателя, генератора и аккумуляторной батареи - нижняя осциллограмма.FIG. 7. - currents of the traction motor, generator and storage battery - upper oscillogram; and the voltage of the traction motor, generator and storage battery - the lower oscillogram.

Фиг. 8. - три осциллограммы (сверху вниз): уровень заряда (SOC - State of Charge), ток (Current) и напряжение (Voltage) аккумуляторной батареи.FIG. 8. - three oscillograms (from top to bottom): charge level (SOC - State of Charge), current (Current) and voltage (Voltage) of the battery.

5. Устройство предлагаемого технического решения представлено на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4.5. The device of the proposed technical solution is shown in FIG. 1, fig. 2, fig. 3, fig. 4.

На фиг. 1 представлена упрощенная структурная схема электромеханической трансмиссии дорожно-строительной машины. Вал дизеля 1 при помощи соединительной муфты соединен с валом электрической машины (электромеханический преобразователь) 2, к фазным выводам которой подключен силовой полупроводниковый преобразователь 3, обладающий способностью двусторонней передачи энергии. Устройства 2 и 3 в совокупности образуют электрогенератор (далее - генератор) 4.FIG. 1 shows a simplified block diagram of an electromechanical transmission of a road construction machine. The shaft of the diesel engine 1 by means of a coupling is connected to the shaft of an electric machine (electromechanical converter) 2, to the phase terminals of which a power semiconductor converter 3 is connected, which has the ability of two-way transmission of energy. Devices 2 and 3 together form an electric generator (hereinafter referred to as a generator) 4.

В настоящем техническом решении под генератором 4 понимается вентильно-индукторная электрическая машина (Switched Reluctance Motor), объединяющая в себе электромеханический преобразователь 2 и силовой полупроводниковый преобразователь 3, но это может быть и другой тип электрической машины, применение которой потребует некоторых изменений как в силовой части, так и в управлении ей. Дизель 1 и генератор 4 вместе образуют установку, обычно называемую дизель-генератор 5.In this technical solution, generator 4 is understood as a switched-inductor electric machine (Switched Reluctance Motor), which combines an electromechanical converter 2 and a power semiconductor converter 3, but it can be another type of electrical machine, the use of which will require some changes in the power section. , and in managing it. Diesel 1 and generator 4 together form a unit commonly referred to as diesel generator 5.

К выводам «+» и «-» генератора, образующим звено постоянного тока электротрансмиссии, через согласующий силовой полупроводниковый преобразователь 6 подключен обладающий способностью двусторонней передачи энергии преобразователь 7, образующий в совокупности с электрической машиной 8 тяговый электродвигатель 9, вал которого через редуктор 10 соединен с колесом (движителем) 11.To the terminals "+" and "-" of the generator, forming a direct current link of the electric transmission, through a matching power semiconductor converter 6, a converter 7 capable of two-way energy transfer is connected, which, together with the electric machine 8, forms a traction motor 9, the shaft of which is connected to wheel (propeller) 11.

В реальных мощных электротрансмиссиях число тяговых электродвигателей (соответственно редукторов и приводных колес), как правило, не меньше двух. На фиг. 1 группа тяговых электродвигателей, подключенных параллельно, условно представлена одним тяговым электродвигателем 9. В настоящем техническом решении под тяговым электродвигателем 9 также понимается вентильно-индукторная электрическая машина (Switched Reluctance Motor), объединяющая в себе силовой полупроводниковый преобразователь 7 и электромеханический преобразователь 8, но это может быть и другой тип электрической машины, применение которой потребует некоторых изменений как в силовой части, так и в управлении ей.In real powerful electric transmissions, the number of traction motors (gearboxes and drive wheels, respectively), as a rule, is not less than two. FIG. 1 group of traction motors connected in parallel is conventionally represented by one traction motor 9. In this technical solution, a traction motor 9 is also understood as a switched-inductor electric machine (Switched Reluctance Motor), which combines a power semiconductor converter 7 and an electromechanical converter 8, but this there may be another type of electrical machine, the use of which will require some changes both in the power section and in its control.

Следует отметить, что движитель может быть не только колесным, но и гусеничным. Аппараты коммутации и защиты и вспомогательное оборудование на фиг. 1 и фиг. 2 не представлены.It should be noted that the propulsion unit can be not only wheeled, but also tracked. The switching and protection devices and ancillary equipment in FIG. 1 and FIG. 2 are not shown.

На фиг. 1 изображен также накопитель 12 электроэнергии (аккумуляторная батарея, суперконденсатор, маховик или иное). В дальнейшем изложении в качестве накопителя 12 электроэнергии будет упоминаться аккумуляторная батарея 12.FIG. 1 also shows an energy storage 12 (storage battery, supercapacitor, flywheel, or the like). In the following, the storage battery 12 will be referred to as the electric power storage 12.

Управление режимами работы электротрансмиссии осуществляет система управления 13 электромеханической трансмиссией, информационно двусторонне связанная:The control of the modes of operation of the electric transmission is carried out by the control system 13 of the electromechanical transmission, informationally two-way connected:

- с системой управления 14 дизель-генератором 5,- with a control system 14 diesel generator 5,

- с преобразователем 7 тягового электродвигателя 9,- with a converter 7 of a traction motor 9,

а также получающая информацию от датчиков:as well as receiving information from sensors:

- напряжения 15 и тока 16 в звене постоянного тока («+» и «-»),- voltage 15 and current 16 in the DC link ("+" and "-"),

- напряжения 17 и тока 18 аккумуляторной батареи 12,- voltage 17 and current 18 of the storage battery 12,

- частоты вращения 19 вала генератора 4,- rotational speed 19 of the generator shaft 4,

- частоты вращения 20 вала электродвигателя 9- rotational speed 20 of the motor shaft 9

и органов управления трансмиссией («Акселератор», «Реверс», «Тормоз»).and transmission controls ("Accelerator", "Reverse", "Brake").

Система управления 14 дизель-генератором 5 информационно двусторонне связана с системой управления 13 электромеханической трансмиссией, а также с преобразователем 3 генератора 4, получает информацию от датчика частоты вращения 19 вала генератора 4 и управляет подачей топлива в дизель 1, а также режимами работы генератора 4.The control system 14 of the diesel generator 5 is bilaterally connected to the control system 13 of the electromechanical transmission, as well as to the converter 3 of the generator 4, receives information from the speed sensor 19 of the shaft of the generator 4 and controls the fuel supply to the diesel engine 1, as well as the operating modes of the generator 4.

Реальные системы управления оперируют с более значительным числом сигналов (сигналы контроля и диагностики, защит, учет режимов и параметров основных и вспомогательных устройств и управление ими и т.д.). На фиг. 1 это не отражено.Real control systems operate with a greater number of signals (monitoring and diagnostic signals, protection signals, accounting for modes and parameters of main and auxiliary devices and their control, etc.). FIG. 1 this is not reflected.

Следует отметить также, что системы управления могут быть построены как на основе аналоговых устройств, так и на программной основе, предполагающей использование микропроцессоров. Возможны также гибридные варианты.It should also be noted that control systems can be built both on the basis of analog devices and on a software basis, involving the use of microprocessors. Hybrid variants are also possible.

На фиг. 2 представлены устройство и схема подключения согласующего силового полупроводникового преобразователя 6, состоящего из:FIG. 2 shows the device and connection diagram of the matching power semiconductor converter 6, consisting of:

- силового полупроводникового диода 21,- power semiconductor diode 21,

- двух полностью управляемых полупроводниковых вентилей 22 и 23 (на схеме изображены биполярные транзисторы с изолированным затвором - insulated gate bipolar transistor - IGBT),- two fully controlled semiconductor gates 22 and 23 (the diagram shows insulated gate bipolar transistors - IGBTs),

- токоограничивающего резистора 24.- current limiting resistor 24.

Согласующий силовой полупроводниковый преобразователь 6 снабжен четырьмя выводами (клеммами) 6-1, 6-2, 6-3, 6-4. Вывод 6-1 подключен к выводу «+» генератора 4, вывод 6-2 подключен к выводу «+» тягового электродвигателя 9 и к выводу «+» аккумуляторной батареи 12, вывод 6-3 подключен к выводу «-» аккумуляторной батареи 12, вывод 6-4 подключен к выводам «-» генератора 4 и тягового электродвигателя 9. Остальные обозначения - как на фиг. 1.Matching power semiconductor converter 6 is equipped with four leads (terminals) 6-1, 6-2, 6-3, 6-4. Terminal 6-1 is connected to terminal "+" of generator 4, terminal 6-2 is connected to terminal "+" of traction motor 9 and to terminal "+" of battery 12, terminal 6-3 is connected to terminal "-" of battery 12, terminal 6-4 is connected to terminals “-” of generator 4 and traction motor 9. The rest of the designations are as in FIG. 1.

На фиг. 3 представлена структурная схема блока 25 стабилизации напряжения генератора 1, входящего в состав системы управления 14 дизель-генератором 5. Прочие устройства, входящие в систему управления 14, на фиг. 3 не представлены. В состав блока 25 входят: устройство сравнения 26 и пропорционально- интегральный (PI) регулятор 27.FIG. 3 shows a block diagram of the voltage stabilization unit 25 of the generator 1, which is part of the control system 14 of the diesel generator 5. Other devices included in the control system 14 are shown in FIG. 3 are not shown. The block 25 includes: a comparator 26 and a proportional-integral (PI) controller 27.

На входы устройства сравнения 26 поступают:The inputs of the comparator 26 receive:

- сигнал Ud ref уставки напряжения генератора 4 из системы управления 14 дизель-генератором 5. Источник этого сигнала - система управления 13 электромеханической трансмиссией.- signal U d ref of the voltage setting of the generator 4 from the control system 14 of the diesel generator 5. The source of this signal is the control system 13 of the electromechanical transmission.

- сигнал Ud от датчика напряжения генератора 4 (между выводами «+» и «-» генератора 4). На фиг. 1 датчик напряжения генератора 4 не представлен.- signal U d from the voltage sensor of the generator 4 (between the terminals "+" and "-" of the generator 4). FIG. 1 generator voltage sensor 4 is not shown.

Разность (ошибка) Ud ref - Ud поступает на вход PI - регулятора 27, с выхода которого сигнал 28 передается в преобразователь 3 генератора 4.The difference (error) Ud ref - U d is fed to the input of the PI - controller 27, from the output of which the signal 28 is transmitted to the converter 3 of the generator 4.

На фиг. 4. представлена структурная схема блока 29 стабилизации частоты вращения тягового электродвигателя 9. Блок 29 входит в состав системы управления 13 электромеханической трансмиссией. Прочие устройства, входящие в систему управления 13, на фиг. 4 не представлены. В состав блока 29 входят: логическое устройство 30, вырабатывающее логические сигналы 31, устройство сравнения 32 и пропорционально-интегральный (PI) регулятор 33. При поступлении на вход логического устройства 30 сигналов «акселератор», «реверс», «тормоз» логическое устройство 30 вырабатывает соответствующие сигналы 31, поступающие в преобразователь 3 генератора 4.FIG. 4. shows a block diagram of the block 29 for stabilizing the rotational speed of the traction motor 9. Block 29 is part of the control system 13 of the electromechanical transmission. Other devices included in the control system 13 are shown in FIG. 4 are not shown. The block 29 includes: a logical device 30, which generates logical signals 31, a comparison device 32 and a proportional-integral (PI) controller 33. When the input of the logical device 30 signals "accelerator", "reverse", "brake" logical device 30 generates the corresponding signals 31 supplied to the converter 3 of the generator 4.

На входы устройства сравнения 32 поступают:The inputs of the comparator 32 receive:

- сигнал ω ed ref уставки частоты вращения тягового электродвигателя 9, вырабатываемый системой управления 13 электромеханической трансмиссией;- the signal ω ed ref of the setting of the frequency of rotation of the traction motor 9, generated by the control system 13 of the electromechanical transmission;

- сигнал ω ed от датчика 20 частоты вращения тягового электродвигателя 9.- signal ω ed from the sensor 20 of the speed of the traction motor 9.

Разность (ошибка) ω ed ref - ω ed поступает на вход PI - регулятора 33, с выхода которого сигнал 34 передается в преобразователь 7 тягового электродвигателя 9.The difference (error) ω ed ref - ω ed is fed to the input of the PI - controller 33, from the output of which the signal 34 is transmitted to the converter 7 of the traction motor 9.

6. Ниже представлены пояснения работы предложенной электромеханической трансмиссии дорожно-строительной машины и способа управления электромеханической трансмиссией.6. Below are explanations of the operation of the proposed electromechanical transmission of a road-building machine and a method for controlling the electromechanical transmission.

Оператор дорожно-строительной машины при помощи органов управления задает сигнал в систему управления 13 электромеханической трансмиссией (и далее в систему управления 14 дизель-генератором 5), определяющий уровень подачи топлива в дизель 1, тем самым задавая мощность дизеля 1. Этот сигнал может вырабатываться отдельным органом управления (на фиг. 1 не представленным) или быть связан с положением педали акселератора.The operator of a road construction vehicle, using the controls, sets a signal to the control system 13 of the electromechanical transmission (and further to the control system 14 of the diesel generator 5), which determines the level of fuel supply to the diesel 1, thereby setting the power of the diesel 1. This signal can be generated separately a control element (not shown in Fig. 1) or be associated with the position of the accelerator pedal.

Уровень выходного напряжения Ud генератора 4 в звене постоянного тока («+» и «-») системой управления 13 и далее системой управления 14, как правило, задается неизменным, т.е. задается уставка напряжения Ud ref=const, но в ряде случаев может быть изменяемым в определенных пределах в зависимости от положения педали акселератора. В дальнейшем выходное напряжение Ud генератора 4 поддерживается на уровне, заданном уставкой напряжения, при помощи блока 25 стабилизации напряжения, входящего в систему управления 14 (см. фиг. 3).The level of the output voltage U d of the generator 4 in the DC link ("+" and "-") by the control system 13 and further by the control system 14, as a rule, is set unchanged, i.e. the voltage setting U d ref = const is set, but in some cases it can be changed within certain limits depending on the position of the accelerator pedal. Subsequently, the output voltage U d of the generator 4 is maintained at a level set by the voltage setting by means of the voltage stabilization unit 25 included in the control system 14 (see Fig. 3).

Положением педали акселератора оператор задает скорость движения (или скорость перемещения рабочего органа), тем самым задавая желаемую частоту вращения вала тягового электродвигателя 9 (уставку частоты вращения ωed ref). При неизменном положении педали акселератора частота вращения ωed тягового электродвигателя 9 поддерживается близкой к заданной (частоте вращения ωed ref) при помощи блока 29 стабилизации частоты вращения, входящего в систему управления 13 (см. фиг. 4).By the position of the accelerator pedal, the operator sets the speed of movement (or the speed of movement of the working body), thereby setting the desired rotational speed of the shaft of the traction motor 9 (setpoint frequency of rotation ω ed ref ). With a constant position of the accelerator pedal, the rotation frequency ω ed of the traction motor 9 is maintained close to the set one (rotation frequency ω ed ref ) by means of the rotation frequency stabilization unit 29 included in the control system 13 (see Fig. 4).

Дорожно-строительной машине присущи следующие режимы работы:The following operating modes are inherent in the road construction machine:

А) Режим работы без существенной перегрузки.A) Mode of operation without significant overload.

В этом режиме генератор 4, аккумуляторную батарею 12 и тяговый электродвигатель 9 (группу электродвигателей) при помощи согласующего силового полупроводникового преобразователя 6 подключают таким образом, что электрическая энергия (мощность) передается от генератора 4 к тяговому электродвигателю 9 (группе электродвигателей) для совершения полезной работы. На фиг. 2 это соответствует случаю, когда полностью управляемые полупроводниковые вентили 22 и 23 отключены (не проводят ток). От генератора 4 ток к тяговому электродвигателю 9 проходит через диод 21. Как отмечено выше, скорость задается положением педали акселератора.In this mode, the generator 4, the battery 12 and the traction motor 9 (group of electric motors) are connected by means of a matching power semiconductor converter 6 in such a way that electrical energy (power) is transmitted from the generator 4 to the traction motor 9 (group of electric motors) to perform useful work ... FIG. 2, this corresponds to the case where the fully controllable semiconductor valves 22 and 23 are off (not conducting). From the generator 4, the current to the traction motor 9 passes through the diode 21. As noted above, the speed is set by the position of the accelerator pedal.

В случае, когда тяговый электродвигатель 9 (группа электродвигателей) по условиям выполняемой работы не может полностью поглотить мощность, развиваемую генератором 4, избыточная (оставшаяся часть) мощности поступает в аккумуляторную батарею 12 (ток проходит от вывода «+» тягового электродвигателя 9 через аккумуляторную батарею 12 и токоограничивающий резистор 24) и запасается в ней, причем величину этой мощности (тока), при необходимости, регулируют вентилем 23 (широтно-импульсное - ШИМ - регулирование с коэффициентом заполнения ψ), используя информацию от датчиков напряжения 17 и тока 18 о состоянии аккумуляторной батареи 12. Блок управления величиной тока типовой и в настоящем описании не представлен. (Вентиль 22 отключен). Значение сопротивления токоограничивающего резистора 24 выбирается в зависимости от ряда условий (тип аккумуляторной батареи 12, параметры режимов работы дорожно-строительной машины и пр.)In the case when the traction motor 9 (group of electric motors), according to the conditions of the work performed, cannot completely absorb the power developed by the generator 4, the excess (remaining part) of the power enters the battery 12 (the current passes from the "+" terminal of the traction motor 9 through the battery 12 and a current-limiting resistor 24) and is stored in it, and the value of this power (current), if necessary, is regulated by a valve 23 (pulse-width - PWM - regulation with a duty cycle ψ), using information from voltage sensors 17 and current 18 about the state accumulator battery 12. The control unit of the current value is typical and is not presented in the present description. (Valve 22 is disabled). The value of the resistance of the current-limiting resistor 24 is selected depending on a number of conditions (the type of battery 12, the parameters of the operating modes of the road construction machine, etc.)

Б) Режим работы с перегрузкой.B) Operating mode with overload.

Если величина требуемой полезной мощности превышает полную мощность дизель-генератора 5, что выявляется при помощи датчика тока 16 тягового электродвигателя (группы электродвигателей) или иного датчика (или сигнала), несущего аналогичную информацию, генератор 4, аккумуляторную батарею 12 и тяговый электродвигатель 9 при помощи согласующего силового полупроводникового преобразователя 6 подключают иным образом, а именно так, чтобы мощности (напряжения) генератора 4 и аккумуляторной батареи 12 суммировались при их включении в последовательную цепь и суммарная мощность (суммарное напряжение) передавалась к тяговому электродвигателю 9 для совершения полезной работы. На фиг. 2 это соответствует случаю, когда вентиль 22 включен. При этом вентиль 23 отключен. От генератора 4 ток к тяговому электродвигателю 9 проходит через вентиль 22 и аккумуляторную батарею 12. Напряжения генератора 4 и аккумуляторной батареи 12 суммируются. Скорость задается положением педали акселератора. В) Режим работы с отключенным генератором.If the value of the required useful power exceeds the full power of the diesel generator 5, which is detected using the current sensor 16 of the traction motor (group of electric motors) or another sensor (or signal) carrying similar information, the generator 4, the storage battery 12 and the traction motor 9 using the matching power semiconductor converter 6 is connected in a different way, namely so that the powers (voltages) of the generator 4 and the battery 12 are summed up when they are connected to the series circuit and the total power (total voltage) is transmitted to the traction motor 9 to perform useful work. FIG. 2 this corresponds to the case when the valve 22 is on. In this case, valve 23 is turned off. From the generator 4, the current to the traction motor 9 passes through the valve 22 and the storage battery 12. The voltages of the generator 4 and the storage battery 12 are summed up. The speed is set by the position of the accelerator pedal. C) Mode of operation with the generator off.

Этот режим возможен, когда по каким-либо соображениям дизель должен быть отключен, или дизель отключен вследствие аварии. В этом случае осуществляют режим передачи мощности от аккумуляторной батареи 12 к тяговому электродвигателю 9 по цепи (см. фиг. 1 и фиг. 2): «+» аккумуляторной батареи 12, «+» силового полупроводникового преобразователя 7 (входящего в состав тягового электродвигателя 9), «-» преобразователя 7, вывод 6-4 согласующего силового полупроводникового преобразователя 6, обратный диод вентиля 23, вывод 6-3 преобразователя 6, «-» аккумуляторной батареи 12. Режим работы тягового электродвигателя 9 изменяют управляющим воздействием на преобразователь 7 в зависимости от положения педали акселератора. При этом вентиль 22 отключен.This mode is possible when, for some reason, the diesel must be turned off, or the diesel is turned off due to an accident. In this case, the mode of power transmission from the battery 12 to the traction motor 9 is carried out along the circuit (see Fig. 1 and Fig. 2): "+" of the battery 12, "+" of the power semiconductor converter 7 (included in the traction motor 9 ), "-" of the converter 7, terminal 6-4 of the matching power semiconductor converter 6, the reverse valve diode 23, terminal 6-3 of the converter 6, "-" of the battery 12. The operating mode of the traction motor 9 is changed by the control action on the converter 7, depending on from the position of the accelerator pedal. In this case, valve 22 is turned off.

Г) Режим электрического торможения.D) Electric braking mode.

Режим электрического торможения осуществляют следующим образом (см. фиг. 1 и фиг. 2). Воздействием на преобразователь 3 напряжение генератора 4 сводят к минимуму (или к нулю); воздействием на преобразователь 7 переводят тяговый электродвигатель 9 в генераторный режим, Энергию торможения (рекуперации) запасают в аккумуляторной батарее 12, причем величину тока аккумуляторной батареи 12 регулируют вентилем 23 (широтно-импульсное - ШИМ - регулирование с коэффициентом заполнения ψ) в зависимости от положения педали тормоза, используя информацию от датчиков напряжения 17 и тока 18 о состоянии аккумуляторной батареи 12. Блок управления величиной тока типовой и в настоящем описании не представлен. (Вентиль 22 отключен).The electric braking mode is carried out as follows (see Fig. 1 and Fig. 2). By acting on the converter 3, the voltage of the generator 4 is reduced to a minimum (or to zero); by acting on the converter 7, the traction motor 9 is transferred to the generator mode, the braking (recuperation) energy is stored in the battery 12, and the current value of the battery 12 is controlled by the valve 23 (pulse-width - PWM - regulation with the duty cycle ψ) depending on the position of the pedal brakes, using information from the voltage sensors 17 and current 18 about the state of the battery 12. The control unit for the current value is typical and is not presented in this description. (Valve 22 is disabled).

7. Работа предложенной электромеханической трансмиссии дорожно-строительной машины и способ управления электромеханической трансмиссией иллюстрируются осциллограммами, полученными на математической модели, выполненной в среде MATLAB SIMULINK (фиг. 5, 6, 7, 8).7. The operation of the proposed electromechanical transmission of a road-building machine and a method for controlling an electromechanical transmission are illustrated by oscillograms obtained on a mathematical model executed in the MATLAB SIMULINK environment (Figs. 5, 6, 7, 8).

Модель построена таким образом. Дизель 1 представлен блоком, отражающим зависимость момента дизеля от его угловой скорости. Мощность дизеля принята равной 100 кВт. Генератор 1 и тяговый электродвигатель 9 в модели представлены однотипными вентильно-индукторными машинами. Выходное напряжение генератора в модели стабилизируется регулятором генератора на уровне Ud gen ≈ 500 В. Напряжение аккумуляторной батареи 12 принято равным 250 В (номинальное значение) при степени заряженности 80%, емкость батареи С=10 А-час. Частота вращения тягового электродвигателя задана на уровне ω ed=200 с-1 и стабилизируется соответствующим регулятором. Начальное значение частоты вращения генератора принято равным ω gen=210 с-1.The model is built in this way. Diesel 1 is represented by a block reflecting the dependence of the diesel torque on its angular speed. The diesel power is taken equal to 100 kW. The generator 1 and the traction motor 9 in the model are represented by the same type of valve-inductor machines. The generator output voltage in the model is stabilized by the generator regulator at the level of Ud gen ≈ 500 V. The voltage of the storage battery 12 is taken equal to 250 V (nominal value) at a state of charge of 80%, the battery capacity C = 10 A-hour. The frequency of rotation of the traction motor is set at ω ed = 200 s -1 and is stabilized by the corresponding regulator. The initial value of the generator rotation frequency is taken equal to ω gen = 210 s -1 .

Моделируемый рабочий процесс заключается в периодическом изменении момента нагрузки, прикладываемой к тяговому электродвигателю от 400 Нм до 600 Нм и обратно, что при частоте вращения тягового электродвигателя 200 с-1 соответствует потребляемой мощности приблизительно 80 кВт и 120 кВт. (Р=Т×ω, где Р - мощность, Т - torque - момент, ω - частота вращения). Следует отметить, что при мощности 80 кВт, потребляемой электродвигателем, мощность, потребляемая от генератора (и дизеля) составляет около 100 кВт, поскольку при этом режиме (отсутствии перегрузки и даже недогрузки по мощности) часть мощности генератора приходится на заряд аккумуляторной батареи (см. ниже фиг. 6, 7, 8).The simulated working process consists in periodically changing the load torque applied to the traction motor from 400 Nm to 600 Nm and vice versa, which at a traction motor rotation speed of 200 s- 1 corresponds to a power consumption of approximately 80 kW and 120 kW. (Р = Т × ω, where Р - power, Т - torque - moment, ω - rotation frequency). It should be noted that with a power of 80 kW consumed by the electric motor, the power consumed from the generator (and diesel) is about 100 kW, since in this mode (no overload and even underload in terms of power), part of the generator's power falls on the battery charge (see. 6, 7, 8 below).

(Режимы работы при питании только от аккумуляторной батареи и режим электрического торможения не моделировались). Модель довольно сложная, процесс моделирования занимает продолжительное время. По этой причине период изменения момента нагрузки принят равным 1 секунде, в том числе 0,6 секунды - 600 Нм, 0,4 секунды - 400 Нм. Моделируемое время - 2,5 секунды. Ток заряда аккумуляторной батареи в модели не регулируется по этой же причине.(Battery-only operation and electric braking were not simulated.) The model is quite complex, the modeling process takes a long time. For this reason, the period of changing the load torque is taken equal to 1 second, including 0.6 seconds - 600 Nm, 0.4 seconds - 400 Nm. The simulated time is 2.5 seconds. The battery charge current in the model is not regulated for the same reason.

На фиг. 5, 6, 7, 8 представлены результаты математического моделирования, а именно осциллограммы зависимости от времени основных параметров при реализации режима периодического изменении момента со стороны нагрузки (на рабочий орган машины).FIG. Figures 5, 6, 7, 8 show the results of mathematical modeling, namely, oscillograms of the time dependence of the main parameters when implementing the mode of periodic change in the torque from the load side (on the working body of the machine).

Фиг. 5 - момент нагрузки и момент тягового электродвигателя - верхняя осциллограмма; частота вращения тягового электродвигателя и генератора - нижняя осциллограмма.FIG. 5 - load torque and traction motor torque - upper oscillogram; frequency of rotation of the traction motor and generator - lower oscillogram.

Видно, что момент электродвигателя Т srd (голубая штриховая линия) соответствует (с очень небольшим запаздыванием) моменту нагрузки Т load (красная сплошная линия). При этом частота вращения электродвигателя ω srd=200 с-1 (красная сплошная линия) стабилизируется практически идеально, а отклонения частоты вращения генератора (голубая штриховая линия) от начальной ω gen=210 с-1 невелики, что свидетельствует об относительно стабильном режиме работы дизеля.It can be seen that the torque of the electric motor T srd (blue dashed line) corresponds (with a very small delay) to the load torque T load (red solid line). In this case, the rotational speed of the electric motor ω srd = 200 s -1 (red solid line) stabilizes almost ideally, and the deviations of the generator rotational speed (blue dashed line) from the initial ω gen = 210 s -1 are small, which indicates a relatively stable mode of operation of the diesel ...

Фиг. 6. - мощность, потребляемая нагрузкой, и мощность, развиваемая тяговым электродвигателем - верхняя осциллограмма; мощность, развиваемая дизелем и мощность, развиваемая аккумуляторной батареей - нижняя осциллограмма.FIG. 6. - power consumed by the load and the power developed by the traction motor - upper oscillogram; the power developed by the diesel engine and the power developed by the storage battery - the lower oscillogram.

Мощность, потребляемая нагрузкой Р load (красная сплошная линия), и мощность, развиваемая тяговым электродвигателем Р srd mech (голубая штриховая линия) соответствуют друг другу.The power consumed by the load P load (red solid line) and the power developed by the traction motor P srd mech (blue dashed line) correspond to each other.

Мощность, развиваемая дизелем Р diz (красная сплошная линия), испытывает допустимые отклонения от номинального значения; мощность, развиваемая аккумуляторной батареей Р ab mean (голубая штриховая линия) наряду с положительными значениями (примерно 40 кВт), когда батарея подключается для преодоления скачка нагрузки, имеет и отрицательные значения (около -20 кВт), что отражает факт заряда батареи избыточной мощностью генератора при уменьшенной нагрузке электродвигателя.The power developed by the diesel engine P diz (red solid line) is subject to permissible deviations from the nominal value; the power developed by the battery Р ab mean (blue dashed line), along with positive values (about 40 kW), when the battery is connected to overcome the load jump, also has negative values (about -20 kW), which reflects the fact that the battery is charged with excess generator power at reduced motor load.

Индекс «mean» здесь и далее отражает усреднение параметров.The index "mean" here and below reflects the averaging of the parameters.

Фиг. 7. - токи тягового электродвигателя, генератора и аккумуляторной батареи - верхняя осциллограмма; и напряжения тягового электродвигателя, генератора и аккумуляторной батареи - нижняя осциллограмма.FIG. 7. - currents of the traction motor, generator and storage battery - upper oscillogram; and the voltage of the traction motor, generator and storage battery - the lower oscillogram.

На осциллограмме токов можно отметить, что ток электродвигателя I srd mean ≈ 170 А (красная сплошная линия) практически не изменяется (если отвлечься от его пульсаций), ток генератора Id gen mean ≈ 170 А (голубая штриховая линия) совпадает с током электродвигателя при повышенной нагрузке и возрастает при пониженной нагрузке Id gen mean ≈ 210 А (идет заряд аккумуляторной батареи), ток батареи Iab mean ≈ 170 А (зеленая пунктирная линия) совпадает с током электродвигателя при повышенной нагрузке (разряд батареи) и становится отрицательным Iab mean ≈ - 50 А (заряд батареи) при пониженной нагрузке.On the oscillogram of currents, it can be noted that the current of the electric motor I srd mean ≈ 170 A (red solid line) practically does not change (if we ignore its ripples), the generator current Id gen mean ≈ 170 A (blue dashed line) coincides with the current of the electric motor at increased load and increases with a reduced load Id gen mean ≈ 210 A (the battery is being charged), the battery current Iab mean ≈ 170 A (green dashed line) coincides with the electric motor current at increased load (battery discharge) and becomes negative Iab mean ≈ - 50 A (battery charge) at reduced load.

На осциллограмме напряжений видно, что при повышенной нагрузке напряжение Ud srd на электродвигателе (голубая штриховая линия) представляет собой сумму напряжений генератора Ud gen ≈ (зеленая пунктирная линия) и аккумуляторной батареи Uab ≈ 230 В (красная сплошная линия). По осциллограммам приблизительно Ud srd=Ud gen+Uab=500+230=730 В.The oscillogram of voltages shows that at increased load, the voltage Ud srd on the electric motor (blue dashed line) is the sum of the voltages of the generator Ud gen ≈ (green dashed line) and the battery Uab ≈ 230 V (red solid line). According to the oscillograms, approximately Ud srd = Ud gen + Uab = 500 + 230 = 730 V.

При этом напряжение батареи несколько меньше номинального (напряжение «проседает») вследствие действия внутреннего сопротивления батареи. При пониженной нагрузке напряжения генератора и электродвигателя совпадают, напряжение батареи несколько больше номинального (батарея заряжается).In this case, the battery voltage is slightly less than the nominal (voltage “sags”) due to the action of the internal resistance of the battery. At reduced load, the voltages of the generator and the electric motor coincide, the battery voltage is slightly higher than the nominal one (the battery is being charged).

При пониженной нагрузке напряжения на электродвигателе и генераторе равны (около 500 В).At reduced load, the voltages on the electric motor and generator are equal (about 500 V).

При последовательном подключении генератора и аккумуляторной батареи электрическая мощность Pel, подводимая к электродвигателю составляет приблизительно Pel=Ud srd*I srd mean=730*170=124 кВт.When the generator and the storage battery are connected in series, the electric power Pel supplied to the electric motor is approximately Pel = Ud srd * I srd mean = 730 * 170 = 124 kW.

Если же нет последовательного подключения аккумуляторной батареи, то электрическая мощность Pel, подводимая к электродвигателю составляет приблизительно Pel=Ud srd*I srd mean=500*170=85 кВт.If there is no serial connection of the storage battery, then the electric power Pel supplied to the electric motor is approximately Pel = Ud srd * I srd mean = 500 * 170 = 85 kW.

Таким образом, подключение аккумуляторной батареи позволяет повысить мощность электродвигателя приблизительно в 1,5 раза (повысить развиваемый момент в 1,5 раза при стабилизированной частоте вращения), что и составляет сущность предложенного технического решения.Thus, the connection of the storage battery makes it possible to increase the power of the electric motor by approximately 1.5 times (to increase the developed torque by 1.5 times at a stabilized speed), which is the essence of the proposed technical solution.

Фиг. 8. - три осциллограммы (сверху вниз): уровень заряда (SOC - State of Charge), ток (Current) и напряжение (Voltage) аккумуляторной батареи.FIG. 8. - three oscillograms (from top to bottom): charge level (SOC - State of Charge), current (Current) and voltage (Voltage) of the battery.

При повышенной нагрузке батарея разряжается (SOC уменьшается), ток батареи значительный (около 200 А), напряжение батареи «проседает» приблизительно на 30 В.With increased load, the battery is discharged (SOC decreases), the battery current is significant (about 200 A), the battery voltage “sags” by about 30 V.

При пониженной нагрузке SOC несколько возрастает, вследствие заряда батареи током около 50 А, напряжение соответствует режиму заряда батареи (несколько больше номинального).At a reduced load, the SOC increases slightly, due to the battery charging with a current of about 50 A, the voltage corresponds to the battery charging mode (slightly more than the nominal).

Из осциллограммы на фиг. 8 видно, что за 2,5 сек степень заряженности батареи (SOC) уменьшилась приблизительно на 0,6%. Отсюда следует, что за 25 сек батарея разрядится примерно на 6%, что свидетельствует о практической применимости предложенного технического решения.From the oscillogram in Fig. 8, it can be seen that in 2.5 seconds, the battery level of charge (SOC) decreased by approximately 0.6%. It follows that in 25 seconds the battery will be discharged by about 6%, which indicates the practical applicability of the proposed technical solution.

Еще немного о практической стороне предложенного технического решения.A little more about the practical side of the proposed technical solution.

В модели емкость аккумуляторной батареи принята С=10 А-час (это небольшое значение; емкость аккумуляторов легковых автомобилей составляет С=50…70 А-час).In the model, the capacity of the storage battery is taken C = 10 A-hour (this is a small value; the capacity of car batteries is C = 50 ... 70 A-hour).

Полный энергозапас рассматриваемой аккумуляторной батареи приблизительно равен: 250 В * 10 А-ч=2500 Вт-чThe total energy reserve of the battery under consideration is approximately equal to: 250 V * 10 Ah = 2500 Wh

При применении литий-ионных аккумуляторов, удельная энергия которых достигает 130 Вт*ч/кг и более, масса подобной аккумуляторной батареи составит 2500/130=19,2 кг. Если же увеличить емкость аккумуляторной батареи в 6 раз - до С=60 А-час, то ее масса возрастет приблизительно до 120 кг, что в условиях применения на тяжелой машине вполне приемлемо.When using lithium-ion batteries, the specific energy of which reaches 130 W * h / kg or more, the mass of such a battery will be 2500/130 = 19.2 kg. If the capacity of the storage battery is increased by a factor of 6 - up to C = 60 A-hour, then its mass will increase to approximately 120 kg, which is quite acceptable under conditions of use on a heavy machine.

При емкости аккумуляторной батареи С=60 А-час, среднем значении разрядного тока батареи Iab mean ≈ 170 А и среднем значении разрядного напряжения батареи -приблизительно 230 В (см. фиг. 7 и фиг. 8):With the capacity of the storage battery C = 60 A-hour, the average value of the discharge current of the battery Iab mean ≈ 170 A and the average value of the discharge voltage of the battery is approximately 230 V (see Fig. 7 and Fig. 8):

- время разряда батареи от 100% до 90% емкости (от 60 А-час до 54 А-час, т.е. разряд на 6 А-час=6*3600=21,6*103 А-сек) составит: 21,6*103 /170 ≈ 127 сек, т.е. более 2 минут; как правило, время работы дорожно-строительных машин со значительной перегрузкой, когда требуется «помощь» аккумуляторной батареи, существенно меньше.- battery discharge time from 100% to 90% capacity (from 60 A-hour to 54 A-hour, i.e. discharge at 6 A-hour = 6 * 3600 = 21.6 * 10 3 A-sec) will be: 21.6 x 10 3/170 ≈ 127 s, ie, more than 2 minutes; as a rule, the operating time of road-building machines with significant overload, when the "help" of the battery is required, is significantly less.

Среднее значение разрядного тока батареи (170 А) сравнительно велико относительно емкости аккумуляторной батареи С=60 А-час и составляет почти 3С. Однако современные литий-ионные аккумуляторы допускают кратковременные токи разряда до 10 С.The average value of the battery discharge current (170 A) is relatively high relative to the capacity of the storage battery C = 60 A-hour and is almost 3C. However, modern lithium-ion batteries allow short-term discharge currents up to 10 C.

Следует подчеркнуть, что заряд/подзаряд аккумуляторной батареи в рассматриваемой схеме подключения будет происходить постоянно, за исключением лишь тех отрезков времени, когда батарея будет подключаться для добавления мощности.It should be emphasized that the charging / recharging of the battery in the considered connection scheme will occur constantly, with the exception of only those periods of time when the battery will be connected to add power.

8. Таким образом, при предложенном вышеуказанном исполнении электромеханической трансмиссии дорожно-строительной машины и при предложенном вышеуказанном способе управления электромеханической трансмиссией решаются поставленные задачи:8. Thus, with the proposed above execution of the electromechanical transmission of a road-building machine and with the proposed above method for controlling the electromechanical transmission, the tasks are solved:

- сохраняются вышеперечисленные основные достоинства вышеупомянутых технических решений [1, 2, 3, 4] и других, аналогичных им,- the above-mentioned main advantages of the above-mentioned technical solutions [1, 2, 3, 4] and others similar to them are preserved,

- и одновременно обеспечивается высокая производительность дорожно-строительной машины.- and at the same time, the high performance of the road construction machine is ensured.

9. Исходя из вышеизложенного задача достижения заявленного технического результата, заключающегося в том, что:9. Based on the foregoing, the task of achieving the claimed technical result, which is that:

- при работе предложенной электромеханической трансмиссии по предложенному способу обеспечивается высокая производительность дорожно-строительной машины, эффективно решена.- during the operation of the proposed electromechanical transmission according to the proposed method, the high performance of the road-building machine is ensured, effectively solved.

Источники информацииSources of information

1. Kimmo Rauma, Antti Tarkiainen. Mobile Working Machine. Pat. Pub. No.: US 2014/0195085. Pub. Date: Jul. 10, 2014.1. Kimmo Rauma, Antti Tarkiainen. Mobile Working Machine. Pat. Pub. No .: US 2014/0195085. Pub. Date: Jul. 10, 2014.

2. Ville Naumanen, Antti Tarkiainen, Risto Tiainen, Kimmo Rauma. Working Machine. Pat. Pub. No.: US 2015/0210231. Pub. Date: Jul. 30, 2015.2. Ville Naumanen, Antti Tarkiainen, Risto Tiainen, Kimmo Rauma. Working Machine. Pat. Pub. No .: US 2015/0210231. Pub. Date: Jul. 30, 2015.

3. Kimmo Rauma, Tero

Figure 00000001
An electromechanical power transmission chain for a working machine. EP 3 023 290 A1. Date of publication: 25.05.2016, Bulletin 2016/21.3. Kimmo Rauma, Tero
Figure 00000001
An electromechanical power transmission chain for a working machine. EP 3 023 290 A1. Date of publication: 25.05.2016, Bulletin 2016/21.

4. Antti Tarkiainen, Antti Summanen. An electric system for an electromechanical power transmission chain. EP 3 340 456 A1. Date of publication: 27.06.2018, Bulletin 2018/28.4. Antti Tarkiainen, Antti Summanen. An electric system for an electromechanical power transmission chain. EP 3 340 456 A1. Date of publication: 27.06.2018, Bulletin 2018/28.

Claims (14)

1. Способ управления электромеханической трансмиссией автономной дорожно-строительной машины, содержащей: дизель-генератор - основной источник электроэнергии для электродвигателей, осуществляющих привод движителя упомянутой дорожно-строительной машины, накопитель электроэнергии, при этом основной источник электроэнергии - генератор имеет два полюса «плюс» и «минус», накопитель электроэнергии имеет два полюса «плюс» и «минус», электродвигатели объединены в группу и подключены параллельно так, что упомянутая группа электродвигателей также имеет два полюса «плюс» и «минус»; силовые полупроводниковые преобразовательные и коммутирующие устройства, управляющие устройства и органы, датчики электрических, механических и тепловых параметров, а также бортовые редукторы, связывающие тяговые электродвигатели с движителями колесными или гусеничными, заключающийся в том, что:1. A method for controlling an electromechanical transmission of an autonomous road-building machine, containing: a diesel generator - the main source of electricity for electric motors that drive the propulsion device of the said road-building machine, an energy storage device, while the main source of electricity - the generator has two "plus" poles and “Minus”, the electric energy storage device has two poles “plus” and “minus”, the electric motors are combined into a group and connected in parallel so that the said group of electric motors also has two poles “plus” and “minus”; power semiconductor converting and switching devices, control devices and organs, sensors of electrical, mechanical and thermal parameters, as well as final drives connecting traction motors with wheeled or tracked propellers, which consists in the fact that: а) генератор, накопитель электроэнергии, упомянутую группу электродвигателей при помощи преобразовательного устройства подключают таким образом, что электрическая энергия передается от генератора к группе электродвигателей для совершения полезной работы, а в случае, когда группа электродвигателей по условиям выполняемой работы не может полностью поглотить мощность, развиваемую генератором, избыточная мощность поступает в накопитель электроэнергии и запасается в нем, причем величину этой мощности регулируют;a) a generator, an electric power storage, said group of electric motors using a converter device is connected in such a way that electric energy is transmitted from the generator to a group of electric motors to perform useful work, and in the case when the group of electric motors, according to the conditions of the work performed, cannot completely absorb the power developed generator, excess power enters the energy storage and is stored in it, and the amount of this power is regulated; б) если же величина требуемой полезной мощности превышает полную мощность дизель-генератора, что выявляется при помощи датчика тока группы электродвигателей или иного датчика, несущего аналогичную информацию, генератор, накопитель электроэнергии и упомянутую группу электродвигателей при помощи преобразовательного устройства подключают иным образом, а именно так, чтобы мощности генератора и накопителя электроэнергии суммировались при их включении в последовательную цепь и суммарная мощность передавалась к группе электродвигателей для совершения полезной работы;b) if the value of the required useful power exceeds the total power of the diesel generator, which is detected using a current sensor of a group of electric motors or another sensor carrying similar information, the generator, an energy storage device and the mentioned group of electric motors are connected by means of a converter device in a different way, namely so that the power of the generator and the storage of electricity are added up when they are connected to the series circuit and the total power is transmitted to the group of electric motors to perform useful work; в) при способе подключения генератора, накопителя и группы электродвигателей, описанном в п. а), осуществляют режим передачи мощности от накопителя электроэнергии к упомянутой группе электродвигателей; при этом генератор отключен, что характерно для аварийного или специального режима;c) when the method for connecting a generator, storage device and a group of electric motors described in clause a), the mode of power transmission from the storage device to the said group of electric motors is carried out; in this case, the generator is turned off, which is typical for an emergency or special mode; г) при способе подключения генератора, накопителя и группы электродвигателей, описанном в п. а), осуществляют режим электрического торможения; при этом генератор отключают, группу электродвигателей переводят в генераторный режим и энергию торможения запасают в накопителе электроэнергии, причем величину этой мощности регулируют.d) with the method of connecting a generator, storage device and a group of electric motors described in clause a), the electric braking mode is carried out; in this case, the generator is turned off, the group of electric motors is transferred to the generator mode and the braking energy is stored in an electric energy storage device, and the value of this power is regulated. 2. Электромеханическая трансмиссия автономной дорожно-строительной машины, содержащая: дизель-генератор - основной источник электроэнергии для электродвигателей, осуществляющих привод движителя упомянутой дорожно-строительной машины, накопитель электроэнергии, при этом основной источник электроэнергии - генератор имеет два полюса «плюс» и «минус», накопитель электроэнергии имеет два полюса «плюс» и «минус», электродвигатели объединены в группу и подключены параллельно так, что упомянутая группа электродвигателей также имеет два полюса «плюс» и «минус»; силовые полупроводниковые преобразовательные и коммутирующие устройства, управляющие устройства и органы, датчики электрических, механических и тепловых параметров, а также бортовые редукторы, связывающие тяговые электродвигатели с движителями колесными или гусеничными, отличающаяся тем, что в нее введен согласующий силовой полупроводниковый преобразователь и блок управления им; в состав упомянутого преобразователя входят: полупроводниковый диод, первый и второй полностью управляемые полупроводниковые вентили и токоограничивающий резистор, подключенные таким образом, что подключенные вместе анод упомянутого диода и коллектор первого из упомянутых вентилей образуют первый вывод упомянутого согласующего преобразователя, катод упомянутого диода образует второй вывод согласующего преобразователя, подключенные вместе эмиттер первого и коллектор второго упомянутых вентилей образуют третий вывод упомянутого согласующего преобразователя, эмиттер второго вентиля образует четвертый вывод согласующего преобразователя; к коллектору и эмиттеру второго вентиля подключены выводы токоограничивающего резистора; полюсы «минус» генератора и «минус» группы электродвигателей подключены к четвертому выводу согласующего преобразователя; полюс «плюс» генератора подключен к первому выводу согласующего преобразователя; полюс «минус» накопителя электроэнергии подключен к третьему выводу согласующего преобразователя, полюс «плюс» накопителя электроэнергии и полюс «плюс» группы электродвигателей подключены ко второму выводу согласующего преобразователя.2. Electromechanical transmission of an autonomous road-building machine, containing: a diesel generator - the main source of electricity for electric motors that drive the propulsion device of the mentioned road-building machine, an energy storage device, while the main source of electricity - the generator has two poles "plus" and "minus" ", The energy storage device has two poles" plus "and" minus ", the electric motors are combined into a group and connected in parallel so that the said group of electric motors also has two poles" plus "and" minus "; power semiconductor converting and switching devices, control devices and organs, sensors of electrical, mechanical and thermal parameters, as well as final drives connecting traction motors with wheeled or tracked propellers, characterized in that a matching power semiconductor converter and a control unit are introduced into it; the said converter includes: a semiconductor diode, the first and second fully controllable semiconductor valves and a current-limiting resistor, connected in such a way that the anode of the said diode and the collector of the first of said valves connected together form the first output of the said matching converter, the cathode of the said diode forms the second output of the matching the converter, the emitter of the first and the collector of the second said gates connected together form the third terminal of the said matching converter, the emitter of the second valve forms the fourth terminal of the matching converter; current-limiting resistor leads are connected to the collector and emitter of the second valve; poles "minus" of the generator and "minus" of the group of electric motors are connected to the fourth terminal of the matching converter; the "plus" pole of the generator is connected to the first terminal of the matching converter; the "minus" pole of the electric energy storage is connected to the third output of the matching converter, the "plus" pole of the electric energy storage and the "plus" pole of the group of electric motors are connected to the second output of the matching converter. 3. Электромеханическая трансмиссия автономной дорожно-строительной машины по п. 2, отличающаяся тем, что в качестве полностью управляемых полупроводниковых вентилей применены биполярные транзисторы с изолированным затвором - insulated gate bipolar transistor - IGBT.3. Electromechanical transmission of an autonomous road-building machine according to claim 2, characterized in that insulated gate bipolar transistor - IGBTs are used as fully controllable semiconductor valves. 4. Электромеханическая трансмиссия автономной дорожно-строительной машины по п. 2, отличающаяся тем, что блок управления первым и вторым полностью управляемыми полупроводниковыми вентилями согласующего преобразователя снабжен первым и вторым выходами, сигналы с которых поступают на соответствующие управляющие входы упомянутых вентилей, причем упомянутые сигналы принимают следующие значения: 1 - включить, 0 - выключить, ψ - модулированный, например, по методу широтно-импульсной модуляции - ШИМ сигнал, принимающий значения 0 или 1; комбинации сигналов блока управления соответствуют следующим режимам работы электромеханической трансмиссии:4. Electromechanical transmission of an autonomous road-building machine according to claim 2, characterized in that the control unit of the first and second fully controllable semiconductor valves of the matching converter is equipped with first and second outputs, signals from which are fed to the corresponding control inputs of said valves, and said signals are received the following values: 1 - enable, 0 - disable, ψ - modulated, for example, by the method of pulse-width modulation - PWM signal taking values 0 or 1; the combinations of signals from the control unit correspond to the following operating modes of the electromechanical transmission: - 0ψ - к генератору подключена группа электродвигателей и накопитель электроэнергии для поглощения избыточной мощности при недогрузке со стороны движителя - рабочий режим; ток накопителя электроэнергии поддерживается ШИМ-сигналом на уровне, заданном системой управления электротрансмиссией;- 0ψ - a group of electric motors and an electric energy storage device are connected to the generator to absorb excess power in case of underloading from the side of the propeller - operating mode; the electric energy storage current is maintained by the PWM signal at the level set by the electric transmission control system; - 10 - группа электродвигателей подключена к генератору и последовательно с ним включенному накопителю электроэнергии - рабочий режим при нехватке мощности основного источника электроэнергии;- 10 - a group of electric motors is connected to a generator and a sequentially connected energy storage device - operating mode when there is a shortage of power from the main source of electricity; - 01 - группа электродвигателей подключена к накопителю электроэнергии - рабочий режим работы электродвигателей при отключенном генераторе;- 01 - a group of electric motors is connected to the energy storage unit - the operating mode of the electric motors when the generator is off; - 0ψ - при отключенном генераторе группа электродвигателей подключена к накопителю электроэнергии - поглощение энергии накопителем при генераторном режиме работы электродвигателей; ток накопителя электроэнергии поддерживается ШИМ-сигналом на уровне, заданном системой управления электротрансмиссией;- 0ψ - when the generator is off, the group of electric motors is connected to the energy storage unit - energy absorption by the storage device during the generator operating mode of the electric motors; the electric energy storage current is maintained by the PWM signal at the level set by the electric transmission control system; где: левый знак - код управляющего сигнала первого из упомянутых вентилей, правый знак - код управляющего сигнала второго вентиля.where: the left character is the code of the control signal of the first of the mentioned valves, the right character is the code of the control signal of the second valve. 5. Электромеханическая трансмиссия автономной дорожно-строительной машины по п. 2, отличающаяся тем, что в качестве как генератора, так и электродвигателей применена вентильно-индукторная электрическая машина, объединяющая в себе силовой полупроводниковый преобразователь и электромеханический преобразователь.5. Electromechanical transmission of an autonomous road-building machine according to claim 2, characterized in that a valve-inductor electric machine is used as both a generator and electric motors, which combines a power semiconductor converter and an electromechanical converter.
RU2019105427A 2019-02-26 2019-02-26 Method for controlling the electromechanical transmission of an autonomous road-building machine and the electromechanical transmission of an autonomous road-building machine RU2754994C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019105427A RU2754994C2 (en) 2019-02-26 2019-02-26 Method for controlling the electromechanical transmission of an autonomous road-building machine and the electromechanical transmission of an autonomous road-building machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019105427A RU2754994C2 (en) 2019-02-26 2019-02-26 Method for controlling the electromechanical transmission of an autonomous road-building machine and the electromechanical transmission of an autonomous road-building machine

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2019105427A RU2019105427A (en) 2020-08-26
RU2019105427A3 RU2019105427A3 (en) 2021-02-17
RU2754994C2 true RU2754994C2 (en) 2021-09-08

Family

ID=72233756

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019105427A RU2754994C2 (en) 2019-02-26 2019-02-26 Method for controlling the electromechanical transmission of an autonomous road-building machine and the electromechanical transmission of an autonomous road-building machine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2754994C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2821607C2 (en) * 2022-04-26 2024-06-25 Сани Хэви Эквипмент Ко., Лтд. Hybrid transmission system with multiple capacities and mining dump truck

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2179119C1 (en) * 2001-07-12 2002-02-10 Общество с ограниченной ответственностью Завод мощных тракторов Crawler tractor electromechanical transmission
US20100066292A1 (en) * 2008-09-15 2010-03-18 Caterpillar Inc. Retarding energy calculator for an electric drive machine
RU2529306C1 (en) * 2013-02-07 2014-09-27 ЗАО "НТЦ "Привод-Н" Electromechanical transmission
RU2557686C1 (en) * 2014-03-04 2015-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "Электропривод" Coordinated control over hybrid vehicle electromechanical transmission
RU2643903C1 (en) * 2017-04-05 2018-02-06 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Резонанс" (ООО НПП "Резонанс") Self-propelled vehicle electromechanical transmission

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2179119C1 (en) * 2001-07-12 2002-02-10 Общество с ограниченной ответственностью Завод мощных тракторов Crawler tractor electromechanical transmission
US20100066292A1 (en) * 2008-09-15 2010-03-18 Caterpillar Inc. Retarding energy calculator for an electric drive machine
RU2529306C1 (en) * 2013-02-07 2014-09-27 ЗАО "НТЦ "Привод-Н" Electromechanical transmission
RU2557686C1 (en) * 2014-03-04 2015-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "Электропривод" Coordinated control over hybrid vehicle electromechanical transmission
RU2643903C1 (en) * 2017-04-05 2018-02-06 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Резонанс" (ООО НПП "Резонанс") Self-propelled vehicle electromechanical transmission

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2821607C2 (en) * 2022-04-26 2024-06-25 Сани Хэви Эквипмент Ко., Лтд. Hybrid transmission system with multiple capacities and mining dump truck

Also Published As

Publication number Publication date
RU2019105427A3 (en) 2021-02-17
RU2019105427A (en) 2020-08-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3655277B2 (en) Electric motor power management system
US6847127B1 (en) System and method for controlling power distribution of fuel cell hybrid electric vehicle
EP2193954B1 (en) Auxiliary drive apparatus and method of manufacturing same
US8423210B2 (en) Power supply system and vehicle including the same, and method of controlling power supply system
CN103097219B (en) The power generation control of elec. vehicle
US7933694B2 (en) Power supply system and vehicle including the same, and method of controlling power supply system
US7199535B2 (en) Doubled-ended inverter drive system topology for a hybrid vehicle
US7154237B2 (en) Unified power control method of double-ended inverter drive systems for hybrid vehicles
US6930460B2 (en) Load driver with power storage unit
JP5606700B2 (en) Hybrid electric vehicle with reduced auxiliary power to battery during regenerative braking
US7317295B2 (en) Electric motor driving system, electric four-wheel drive vehicle, and hybrid vehicle
US8897942B2 (en) Control device for hybrid vehicle, and hybrid vehicle equipped with control device
US8089177B2 (en) Power supply system, vehicle having power supply system, and control method of power supply system
US8116926B2 (en) Motor power control
US8292009B2 (en) Power supply device and vehicle including the same, control method for power supply device, and computer-readable recording medium having program for causing computer to execute that control method recorded thereon
US10044312B2 (en) Modular stacked DC architecture traction system and method of making same
KR100872646B1 (en) Operation mode control method for fuel cell hybrid electric vehicle
CN103380043A (en) Drive control device of hybrid vehicle
US11070156B2 (en) Power system
US20120004800A1 (en) Vehicle and Power Unit For It
US10569656B2 (en) Regenerative control device
RU2754994C2 (en) Method for controlling the electromechanical transmission of an autonomous road-building machine and the electromechanical transmission of an autonomous road-building machine
JP7469219B2 (en) Power System
US20230026820A1 (en) Vehicle-mounted power supply system
CN114834437A (en) Control method of dual-motor hybrid vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
HE9A Changing address for correspondence with an applicant
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20220209