SE416435B - Traktionsutrustning - Google Patents

Description

15 20 25 50 55 7962800-7* Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas i anslutning till bi- fogade figurer 1-3. Fig 1 visar ett exempel på en traktionsutrustning enligt uppfinningen. Fig 2 visar en utföringsform där de i fig 1 stationära induk- torenxa anordnats på. fordonet. Fig 5 visar en utföringsform där en transfor- mator för anpassning av laddningsspänningen anordnats på fordonet..

Figur 1 visar ett fordon F (enheterna inom den streckade rutan), som kan vara en batteridriven eltruck, elektrisk bil eller dylikt. Fordonet har en drivmotor M, som är en trefasig asynkzronmotor. och ett ackumulator- batteri B. *En trefasig växelriktare VR har sina båda likströmsanslutningar kopplade till batteriet B och sina växelströmsanslutningar kopplade till motorn M via en tvåläges elkopplare SW.

Vaxelriktaren är självkommuterad och kan alltså, självständigt alstra en trefasig växelspäzming. Växelriktaren är av i och för sig känd typ och ut- görs av en bryggkoppling av sex med släckorgan försedda tyristorer T1-T6.

Varje tyristor är försedd med en âtermatningsventil, och dessa utgörs av dioderna 131-136. Váxelriktaren har ett styrpulsdon SPI) som avger styrpulser till ty-ristorema och deras släckorgan på sådant sätt att en trefasig växel- spänning erhålles på växelriktarens utgångsklämmor R, S, T.

Vid normal drift av fordonet styr styrpulsdonet växelriktaren så att växel- spänningens frekvens och amplitud är varierbar för styrning av motorn.

Exempelvis kan styrpulsdonet innefatta en spänningsstyrd oscillator för styrning av frekvensen, och amplituden hos utgångsväxelspänningen styrs lämpligen (exempelvis genom pulsbreddmodulering) så att dess amplitud är proportionell mot frekvensen. Funktionen hos en sådan växelriktare och dess uppbyggnad och styrlcretsar är tidigare väl kända. Vid normal drift ligger omkopplaren SW i det läge som är visat heldraget i figuren och batteriet B matar via växelriktaren motorn M. Genom att variera växelriktarens frekvens påverkas motorns eftersläpning och moment. Om växelriktarens frekvens sänks så. att eftersläpningen blir negativ återmatar motorn effekt till batteriet och régenerativ bromsning erhålles. De styrkretsar och styrorgan som används vid normal drift är tidigare väl kända och därför ej närmare visade i figuren.

För laddning av fordonets batteri ställs omkopplaren SW°i sitt i figuren streckade läge, varvid motorn bortkopplas från växelriktaren och den senare förbinda med det i fordonet anordnade intagsdonet AM. Intagsdonet AM kopp- las för laddning av batteriet ihop med det stationära uttagsdonet Am.

Växelspänningskällan för laddning av batteriet består av en trefastransfor- mator TB. med anslutningar BN, SN och TN för permanent anslutning till ett 10 15 20 25 30 35 7902890-7 växelspänningsnät. Transformator-n transformerar ner nätspänningen till för laddning av batteriet lämplig nivå, t ex 50-100 V. Transformatorns sekundärspänning tillförs uttagsdonet Am via induktorerna Lm, L1s och LW' Intagsdonet AM har liksom uttagsdonet AF1 tre huvudhylsor (resp stift) för anslutning av växelriktarens huvudkretsar via. omkopplaren SW och in- duktorenla L1R, L1S och LW till växelspäzmingskällan (trensformatorn TR).

Vidare har donen tre hjälphylsor resp -stift för anslutning av växelrikta- rens fasstyrlcretsar direkt till växelspärmingskällan.

Under laddning styrs växelriktaren på följande sätt. Váxelriktaren gene- rerar en styv växelspänningíyå. sina klämmer R, S, T. Transformatorns TR sekïmdärspänning är också en styv växelspänning. Dessa båda. spänningar är förbundna med varandra via induktorerna L1 R, L1S och LW. Om fasskill- naden mellan de båda. spänningarna är liten gäller med god approximation att flödet av aktiv effekt är proportionellt mot fasskillnaden mellan de båda spänningama och att flödet av reaktiv effekt är proportionellt mot skill- naden mellan de 'båda späzmingaznas amplituder. lämpligen styrs amplituden hos växelriktarens spänning så att den blir approximativt lika stor som amplituden hos transformator-ns TH sekundär- spälnning, vilket ger en minimering av det reaktiva effektflödet mellan nätet och växelriktaren. För detta ändamål tillförs amplitudstyringången AC hos växelriktarens styrpulsdon SPD en analog spänningsanpassningssigzzal SU, vilken med hjälp av en potentiometer P är så inställd att amplituden hos växelriktarens utspänning får det önskade värdet.

För styrning av fasläget hos växelriktarens utspänning matas de tre fas- spänningarna UR, US och UT till förstärkare FH, FS och FT, där spänningania klipps så. att förstärkarnas utspänningar WR, IPS och U'T kommer att ugöras av med UR, US och UT fas- och frekvenslika fyrkantspäxmingar. Dessa signa- ler tillförs fördröjningsdcn DR, DS och DT med styr-bar tidsfördröjning.

Utspärmingazna SR, SS och ST från fördröjningslcretsarna tillförs synlmoni- seringsingången SC hos växelriktarens styrpulsdon, vilket styr växelriktarens utspänning-ar till frekvens- och faslikhet med signalerna SR, SS och ST.

En laddningsregwzlator CR av i och för sig känt slag avger ett bör-värde IBC för laddningsströmmen. Detta börvärde lcan på känt sätt styras i beroende av batterispänningen UB (som erhålles från en spänningsdelare SD) .och i be- roende av tiden så att laddningsströmmen får det önskade förloppet. Ladd- ningsströmmens ärvärde IB erhålles från en mätshunt SH och jämföres med 10 15 20 25 §O 55 7902860-7 börvärdet i en jämförelselmets JF. Avvikelsen AI tillförs en strömregilator IR med PI-karalcteristilg vars utsignal SP tillförs fördröjningslcnetsarna DR, DS, DT och styr fördröjningen i dem.

Fasläget hos styrsigaalerna SR, SS, ST och därmed hos växelriktarens emk kommer därför att automatiskt styras så att laddningsströmmen IB följer det av laddningsregllatorn GR avgivna börvärdet 150.

Uppfinningen erbjuder väsentliga fördelar jämfört med tidigare kända. trak- tionssystem. Själva fordonet erbjuder alla de i och för sig kända fördelarna med växelströmsdrift av drivmotorn. Denna kan utgöras av en billig och praktiskt taget underhållsfri nsynkronmotor. Styrningen av motorn görs med hjälp av växelriktaren smidigt och snablït och med låga förluster. Fordonet kan bromsas regenerativt, vilket har visat sig ge en väsentlig ökning av körsträckan vid given batterikapacitet eller omvänt en väsentlig minslming av batteristorleken vid en given körsträcka.

De vid ett fordon enligt uppfinningen erforderliga kompletteringarna består av omkopplaren SW 'och av de i figuren visade utanför växelriktaren belägxa styrloretsarna för laddningen. Omkopplaren SW kan, eftersom den endast be- höver manövreras i strömlöst tillstånd, vara enkel och billig. Styrlcretsarna kan utgöras av enkla kompletteringar av den styrutrustning fordonet ändå. har. Varken omkopplaren eller styr-kretsarna orsakar därför någon nänmvärd ökning av fordonets pris eller vikt.

Däremot erhålles en mycket stor förenkling av den stationära laddningsut- mzstningen. Denna utgörs i princip endast av en enda transformator. Om flera fordon skall kunna laddas samtidigt behöver transformatorn endast förses med flera uttagsdon. Ett ytterligare sådant don AFZ är visat i figuren. Det är likadant som donet Am. Dess huvudluylsor är via induktorenxa LZR, 1.28 och D21, (och dess hjälphylsor direkt) anslutna till transformatorns TR sekundär- sida. Uttagsdonen kan vara placerade på skilda ställen inom t ex ett fabrike- område och vara förbundna med en på lämpligt ställe anordnad transformator.

På. grund av sammanlagris-xgseffekten kan transformatorns typeffekt vara lägre än summan av uttagens typeffekter. Om en växelspärming av lämplig storlek för batteriladdningen redan firms tillgänglig kan transformator-n helt und- varas och den stationära utrustningen utgörs då endast av uttagsdonen och deras induktorer.

Uppfinningen erbjuder därmed en mycket växentlig besparing jämfört med tidigare kända traktionssystem. 10 15 20 25 30 '7902800-7 Ovan har beslmrivits hur uppfinningen kan tillämpas vid en eldriven truck eller elbil, men uppfinningen kan lika väl användas vid andra typer av elfordon.

En traktionsutrustning enlig-t uppfinningen kan utgöras av ett eller flera fordon och eventuellt även omfatta den stationära utrustningen för ladd- ning av fordonens batterier.

I det ovan beskrivna exemplet är den från batteriet via växelriktaren matade motorn en framdrivningsmotor för fordonet, men alternativt kan motorn vara en drivmotor för t ex lyftrörelsen hos en gaffeltruck.

Det ovan beskrivna styr-systemet för batteriladdningen kan utformas på ett stort antal andra sätt inom ramen för uppfinningen. Ebzempelvis kan i stäl- let för den visade enkla styrningen av växelriktarspäzmingen en sluten reglerlmets anordnas som reglerar växelriktarspäzmingen eller det reaktiva effektflödet 'till önskat värde.

Likaså kan givetvis själva växelriktaren utformas på ett stort antal andra sätt än det ovan visade.

Styrningen av laddningsströmmen kan utföras på. andra sätt än det ovan visade. Exempelvis kan laddningsströmmen styras enbart efter ett tids- program och avkänningen av batterispäzmingen kan då slopas.

Ovan har beskrivits hur fordonets batteri laddas från ett trefasigt växel- spänningsnät. Alternativt kan batteriladdningen göras från ett enfasigt väocelspänningsnät. Växelriktaren drivs då under laddningen som enfaeväxel- riktare, varvid endast två av växelriktarens tre fasgrupper används. Dessa båda fasgruppers växelströmsklämmor, t ex R och S, ansluts då via ett en- fasigt anslutningsdon till växelspänningsnätet. En induktor (t ex L1R) lcrävs därvid endast i den ena av de 'båda fasledningarna.

Fig 2 visar en traktionsutrustning som överensstämmer med den i fig 1 visade, men med det undantaget att induktorerna Lm, L1S, LW är anordnade på for- donet mellan intagsdonet AM och omkopplaren SW. Spänningarna UR, U , UT för fasstyrzxing av växelriktaren kan då tas ut mellan induktorerna och in- tagsdonet. Uttags- och intagsdonen blir härigenom väsentligt förenklade, eftersom inga hjälpnvlsor/stift behövs för att överföra spänningarna UR, US, UT. Vidare lmäve inte, som i fig 1, en uppsättning induktorer vid varje ut- tag, utan endast en enda på. fordonet placerad induktoruppsättning. -1 7902800-7 10 15 20 25 30 55 6 Fig 5 visar hmm transformator-n TR kan placeras på. fordonet F. Uttagsdonen kan då. anslutas till ett existerande växelspänningsnät, t ex ett ordinarie 580 V trefasigt förbrukningsnät. Den stationära. delen av traktionsutrust- ningen består då. endast av konventionella uttagsdon A111, Am, AFB, vilka enkelt och billigt kan placeras i önskat antal och på. önskade ställen inom t ex ett fabriksområde. Ofta finns uttagsdon av denna typ redan anordnade på. för laddning av fordon lämpliga ställen. Denna utföringsform ger till ingen eller låg kostnad för den stationära delen maximal flexibilitet när det gäller laddning av ett godtyckligt antal fordon på godtyckliga platser.

Ovan har beskrivits hur nätväxelspänningen (UR, US, UT) avkänns och används som referens för styrning av växelrilctarspänningens fasläge och därmed flödet av aktiv effekt (laddníngsströmmen). Det är tidigare känt att styra en ström- riktare med hjälp av en frisvängande oscillator med styrbar frekvens som (ev. via hjälpkretsar) avger styrpulser till strömriktarens ventiler. Om växelriktaren i fordonet har eller förses med en sådan oscillator kan den användas för styrning av växelriktaren även under laddningsförloppet. Skill- naden mellan t ex laddningsströmmens bör- och ärvärden anordnas då att påverka oscillatorns frekvens och därmed dess fasläge, varigenom ett slutet regler- system bildas som styr laddningsströmmens ärvärde till överensstämmelse med dess börvärde. Den i fig 1-3 visade avkänrlingen av nätspäzmingen UR, US, UT blir då. överflödig, liksom även de i fig 1 visade hjälphylsorna/stiften på in- och uttagsdonen AM, Am, Am.

Ovan har 'beskrivits ett fordon med en växelriktare och en drivmotor M. Upp- finningen kan givetvis tillämpas även på. fordon med flera drivmotorer, t ex en för varje hjul, vilka matas av en gemensam växelriktare eller av separata växelriktare. Väacelriktaren (eller en eller flera av väacelriktarna) kan då. på. ovan beskrivet sätt användas för laddning av fordonets batteri.

Ofta krävs i fordon av muellt slag en kontakter för bortkoppling av mat- ningsspänningen till motorn. Denna kontakter kan då utföras som omkopplare och användas som den i fig 1-5 visade omkopplaren SW.

I fig 3 är transformatorn anordnad på. fordonet. Transformatorn kan därvid utföras så att dess läckinduktans blir så hög att :Induktorerrza Dm, D18 och Lu, kan slopas. Detsamma kan göras vid utföringsformerna. enligt fig 1 och 2 om endast ett stationärt uttagsdon, t ex Am, anordnas för laddning av for- donet .

Claims (9)

1. 7902800-7 Utföringsformerna enligt fig 1 och 2 kan modifieras så. att en del av den erforderliga induktansen anordnas i fordonet och resten i serie med respek- tive uttagsdon. PATENTKRAV 1. Traktionsutrustning innefattande ett fordon med minst en elektrisk växelströmsmotor och med ett ackumulatorbatteri (IB) för matning av motorn via en växelriktare (VR), varvid batteriet är anordnat för uppladdning från en stationär späimingskälla, k ä. n n e t e c k n a d därav, att fordonet är försett med koppling-sorgen (SW) för anslutning av motorn till växelriktarens växelströmssida under drift av fordonet och för bortkoppling av motorn från växelriktarens växelströmssida under laddning av batteriet, med organ (SW, för anslutning av växelriktarens väzcelströmssida till en stationär växelspän- _ ningskälla (TR) för uppladdning av batteriet via växelriktaren och med styr- organ (CR, JF, IR, FR-F , IDR-ID , P) för styrning av växelriktaren och därmed av laddningsströmmen under laddning av batteriet.

2. Traktionsutrustning enligt patentlu-av 1, k ä n n e t e c k n a. d därav, att växelriktaren är en självkoxnmuterad växelriktare och att styr- organen innefattar organ (DR, DS, DT) för styrning av fasläget hos växel- riktarspäamingen relativt växelspänningskällans (TR) spänning. 5.

Tralctionsutrustning enligt patentlæav 2, k 'al n n e t e c k n a d därav, att spärmingsstyrande organ (P, SPD) är anordnade för styrning av växelriktarens utspänning så att flödet av reaktiv effekt mellan växel- riktaren och växelspänningskällan under laddning av batteriet minimeras.

4. Tralctionsutrustning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att den stationära växelspärmingskällan (TR) är försedd med minst ett anslutningsorgan (Am , A132) för anslutning av växelriktaren i ett fordon för laddning av fordonets batteri.

5. Tral-rhionsutrustning enligt patentlcrav 4, k ä. n n e t e c k n a d därav, att växelspänningskällan innefattar en transformator (TR) med en för anslutning till ett växelspänningsnät anordnad primärsida och med en sekundlírlindning, som är förbunden med nämnda anslutningsorgar; (Am , 6.

Traktionsutrustning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar en på fordonet (F) mellan fordonets anslutninge- organ och växelriktaren anordnad transformator (TR). u v 79023ÛG~7 7. kännetecknad därav, att växelspänningskällan utgörs av ett ordinarie lågspanni" ngsnät.

Tralchionmtrustning enligt patentlccav 6, B.

Traktionsutrustning enligt patentla-av 4, k ä. n n e t e c k n a d därav, att växelspäzmingskällan :innefattar en i serie med varje anslutninge- organ anordnad induktorkoppling (L1 R-Lfl, Left-LW).

9. Traktionsutrustning enligt patentlcrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar en på fordonet (F) mellan anslutningsorganen (AM) och växelriktaren (VR) anordnad induktorkoppling (L1R-L1T).