SK8773Y1 - Zapojenie trakčného prenosu s prúdovým cyklokonvertorom a viacfázovými motormi - Google Patents

Abstract

Zapojenie trakčného prenosu s prúdovým cyklokonvertorom a viacfázovými motormi pozostáva zo spaľovacieho motora (1), elektrického generátora (2), vyhladzovacieho filtra (3), prúdovo napájaného cyklokonvertora (4), ľavého viacfázového elektromotora (5), pravého viacfázového elektromotora (6), kompenzačného meniča (7), batérie (8) a riadiaceho systému (9). Zapojenie trakčného prenosu s prúdovým cyklokonvertorom a viacfázovými motormi patrí do skupiny pohonov pre hybridné elektrické vozidlá a vyznačuje sa tým, že motory sú sériovo zapojené a sú napájané z jedného prúdovo napájaného cyklokonvertora. Zapojenie má dva zdroje. Hlavným zdrojom je elektrický generátor poháňaný spaľovacím motorom. Druhým zdrojom je kompenzačný menič napájaný z batérie, ktorý plní aj úlohu pomocného zdroja.

Description

Oblasť techniky

Predmetom technického riešenia je zapojenie trakčného prenosu s prúdovým cyklokonvertorom a viacfázovými motormi. Technické riešenie sa týka problematiky hybridných elektrických vozidiel (HEV), teda oblasti automobilovej techniky, elektrotechniky a výkonovej elektroniky.

Doterajší stav techniky

Súčasným trendom je znižovanie emisií výfukových plynov, znižovanie spotreby paliva a zvyšovanie dojazdu. Čoraz viac sa do popredia dostávajú hybridné pohonné systémy alebo čisto elektrické pohonné systémy.

Hybridné elektrické vozidlá pracujú principiálne buď so sériovým, alebo paralelným prenosom trakčného výkonu. Pri paralelnom HEV spaľovací motor aj elektromotor pracujú súčasne (paralelne), výkony sa sčítavajú v mechanickej transmisii hnacej nápravy. Väčšina HEVvšak využíva sériový prenos výkonu a napäťový napájači systém na báze elektrického meničového prenosu s usmerňovačom, jednosmerným medzi obvodom a napäťovými stricdačnii s jedným centrálnym elektromotorom a mechanickým diferenciálnym prevodom Táto elektrická časť prenosu je napájaná z generátora poháňaného spaľovacím motorom Generátor slúži súčasne aj ako štartovací elektromotor pre spaľovací motor. Pri HEV s jedným trakčným motorom musí byť použitý mechanický diferenciál, pri použití elektronického diferenciálu (použité dva trakčné motory) musia byť použité zase dva samostatné meniče. Tieto spôsoby realizácie ale výrazne znižujú účinnosť systému. V prípade aplikácií s prúdovými meničmi sa na dosiahnutie rozdielnych otáčok musia použiť dva samostatné prúdové meniče s nezávislou reguláciou, čo zväčšuje rozmery, hmotnosť a cenu.

Podstata technického riešenia

Uvedené nevýhody odstraňuje zapojenie trakčného prenosu s prúdovým cyklokonvertorom a viacfázovými motormi. Technické riešenie sa skladá z troch častí.

Prvú časť tvorí spaľovací motor, ktorý poháňa elektrický generátor a vytvárajú tak nezávislú napájaciu sieť, ktorá zásobuje energiou zvyšnú časť hybridného elektrického vozidla. K tejto napájacej sieti je paralelne pripojený aj kompenzačný menič, ktorý plní dvefúnkcie.

V prípade potreby do tejto siete dodáva energiu z batérie alebo v prípade prebytku energ ie v tejto napájacej sieti ju akumuluje do batérie. Hlavnou činnosťou kompenzačného meniča je kompenzácia nežiaducich zložiek v tejto napájacej sieti tak, aby bol generátor namáhaný len činným výkonom, a teda pracoval optimálne.

Druhá časť je tvorená prúdovo napájaným cyklokonvertorom, ktorý z napájacej siete vytvára požadované napätia pre sériovo zapojené viacfázové elektromotory - ľavý a pravý. Použité trakčné elektromotory musia byť viac ako trojfázové. Optimálne parametre je možné dosiahnuť použitím 5-fázových motorov. Sériovým zapojením motorov sa dosiahne taký stav, že aj pri rozdielnych rýchlostiach motorov (napríklad počas jazdy v zákrute), a teda aj rozdielnom sklze a zaťažení, sa napätia na motoroch správne prerozdelia aj bez potreby zásahu do riadenia meničov. Vprípade rekuperácie (brzdenie vozidla, jazda z kopca) môže prúdovo napájaný cyklokonvertor energiu z trakčných elektromotorov dodávať späť do napájacej siete a následne ju prostredníctvom kompenzačného meniča akumuluje v batérii alebo je ňoubrzdený (odľahčovaný) spaľovací motor.

Posledná časť je tvorená riadiacim systémom, ktorého úlohou je snímať parametre elektrického generátora, ľavého a pravého viacfázového elektromotora, kompenzačného meniča a batérie a na základe požiadaviek riadiť spaľovací motor, prúdovo napájaný cyklokonvertor, a kompenzačný menič.

Zapojenie trakčného prenosu s prúdovým cyklokonvertorom a viacfázovými motormi prináša mnohé výhody, napríklad:

- implementovaný elektronický diferenciál - absencia mechanického diferenciálu zvyšuje účinnosť prenosu mechanickej energie a znižuje možnosť výšky tu mechanických porúch,

- priamy prenos striedavej elektrickej energie bez jej zmeny na jednosmernú v usmerňovači, čo taktiež zvyšuje účinnosť celého systému,

- paralelná prevádzka elektrického generátora a batérie umožňuje systému pracovať v rôznych samostatných prevádzkových režimoch,

- sériové zapojenie viacfázových motorov - nutnosť použitia iba jedného priameho meniča.

S K 8773 Υ1

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na obr. 1 je uvedená bloková schéma zapojenia trakčného prenosu s prúdovýmcyklokonvertoroma viacfázovými motormi.

Príklady uskutočnenia

Zapojenie trakčného prenosu s prúdovým cyklokonvertorom a viacfázovými motormi, podľa obr. 1, sa skladá zo spaľovacieho motora 1 a elektrického generátora 2, ktoré sú cez hriadele pružne spojené. Elektrický generátor 2 vytvára nezávislú napájaciu sieť, z ktorej je cez vyhladzovací filter 3 primáme napájaný prúdovo napájaný cyklokonvertor 4. Do tejto siete je pripojený aj kompenzačný menič 7, ktorého režim činnosti závisí od aktuálneho stavu celého systému. Prúdovo napájaný cyklokonvertor 4 vytvára napätie pre sériovo zapojený ľavý viacfázový elektromotor 5 a pravý viacfázový elektromotor 6. Kompenzačný menič 7, podľa režimu činnosti, je buď napájaný z batérie 8, alebo batériu 8 dobíja. O správnu činnosť celého systému sa stará riadiaci obvod 9, ktorý sníma údaje z elektrického generátora 2, ľavého viacfázového elektromotora 5, pravého viacfázového elektromotora 6, kompenzačného meniča 7 a batérie 8 a na základe požiadaviek riadi spaľovacímotor 1, prúdovo napájaný cyklokonvertor 4 a kompenzačný menič 7.

Priemyselná využiteľnosť

Zapojenie trakčného prenosu s prúdovým cyklokonvertorom a viacfázovými motormi je možné použiť vo všetkých elektrický ch vozidlách - elektromobiloch HEV - (hybridné elektrické vozidlo), BEV - (batériové elektrické vozidlo), FCHEV - (fuel celí hybrid electric vehicle). Uvedené zapojenie je možné použiť aj v diesel-elektrických lokomotívach, e-nákladných automobiloch, manipulačných strojoch atď.

S K 8773 Υ1

Zoznam vzťahových značiek

- spaľovací motor

- elektrický generátor

3 - vyhladzovací filter

- prúdovo napájaný cyklokonvertor

- ľavý viacfázový elektromotor

- pravý viacfázový elektromotor

- kompenzačný menič

8 - batéria

- riadiaci systém

Claims (3)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zapojenie trakčného prenosu s prúdovým cyklokonvertorom a viacfázovými motormi pozostávajúce zo spaľovacieho motora (1), elektrického generátora (2), vyhladzovacieho filtra (3), prúdovo napájaného cyklokonvertora (4), ľavého viacfázového elektromotora (5), pravého viacfázového elektromotora (6), kompenzačného meniča (7), batérie (8) a riadiaceho systému (9), vyznačujúce sa tým, že hriadeľ spaľovacieho motora (1) je pružne spojený s hriadeľom elektrického generátora (2), ďalej že vyhladzovací filter (3) a kompenzačný menič (7) sú pomocou silových vodičov paralelne pripojené k elektrickému generátora (2), pričom kompenzačný menič (7) je pomocou silových vodičov spojený s batériou (8), ďalej že vyhladzovací filter (3) je pomocou silových vodičov pripojený k prúdovo napájanému cyklokonvertoru (4), ku ktorého výstupu sú pomocou silových vodičov do série zapojené ľavý viacfázový elektromotor (5) a pravý viacfázový elektromotor (6), pričom riadiaci systém (9) je pomocou signálových vodičov pripojený k spaľovaciemu motoru (1), prúdovo napájanému cyklokonvertoru (4) a kompenzačnému meniču (7), pričom k riadiacemu systému (9) sú pomocou signálových vodičov pripojené elektrický generátor (2), ľavý viacfázový elektromotor (5), pravý viacfázový elektromotor (6) a batéria (8).
2. 2. Zapojenie trakčného prenosu s prúdovým cyklokonvertorom a viacfázovými motormi podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že počet viacfázových elektromotorov je minimálne dva.
3. 3. Zapojenie trakčného prenosu s prúdovým cyklokonvertorom a viacfázovými motormi podľa nárokov 1 a 2, vyznačujúce sa tým, že použité viacfázové elektromotory sú viac ako trojfázové.