UA153958U - Модульна система електропривода та автономного електричного живлення транспортного засобу - Google Patents

Abstract

Модульна система електропривода та автономного електричного живлення транспортного засобу складається з m-фазного електродвигуна змінного струму, m-фазного модульного багаторівневого інвертора напруги, складеного з n послідовно з'єднаних модулів електричного живлення у кожній фазі обмотки статора електродвигуна. Кожен модуль електричного живлення складається з джерела постійної напруги та повномостового транзисторного комутатора. Обмотка статора електродвигуна поділена на два однотипно, але протифазно з'єднані m-фазні обмоткові модулі, n послідовно з'єднаних модулів електричного живлення модульного багаторівневого інвертора напруги включено у кожній з m фаз між однотипними виводами обмоткових модулів. Зі сторони одного m-фазного обмоткового модуля між крайніми модулями електричного живлення кожної фази модульного багаторівневого інвертора напруги та відповідними фазними виводами обмоткового модуля включено m-фазний двопозиційний перемикач, який в одній позиції з'єднує ці крайні модулі електричного живлення кожної з фаз із відповідними фазними виводами обмоткового модуля, а в іншій позиції з'єднує ці крайні модулі електричного живлення кожної з фаз між собою, розмикаючи фазні виводи обмоткового модуля.

Description

Корисна модель належить до галузі електромобілебудування, а саме стосується електроприводів та автономних систем електричного живлення транспортних засобів, які побудовані за принципом модульності як електричного двигуна, так і системи електричного живлення.

Відомі системи електропривода та автономного електричного живлення транспортних засобів, що складаються з т-фазного електродвигуна змінного струму та т-фазного інвертора напруги, який живиться від джерела постійної напруги (Заіет А. апа Магітапі М. А геміем/ оп тиПірназе амеб їог ашотоїїме Шасіюп арріїсайопе. ІЄЕЕ Тгапзасіоп5 оп Тгапзропаїйоп

Еіесійтісайоп, 2019, мої. 5, по. 4, рр. 1329-1348, дої: 10.1109/ТТЕ.2019.2956355).

Проте такі традиційні системи електропривода та автономного електричного живлення транспортних засобів характеризуються пониженою енергетичною ефективністю в умовах роботи транспортних засобів у широкому діапазоні зміни швидкості руху та дорожнього навантаження. Під час роботи електродвигуна на малих швидкостях та з малими навантаженнями застосування повнопотужних електродвигуна та інвертора напруги зумовлюють високі відносні втратами потужності в них. Крім того, відмова в роботі будь-якої складової системи - електродвигуна, інвертора напруги чи джерела постійної напруги - призводить до відмови роботи всього транспортного засобу.

Найбільш близьким аналогом корисної моделі є модульна система електропривода та автономного електричного живлення транспортного засобу, що складається з т-фазного електродвигуна змінного струму, т-фазного модульного багаторівневого інвертора напруги, складеного з п послідовно з'єднаних модулів електричного живлення у кожній фазі обмотки статора електродвигуна, причому кожен модуль електричного живлення складається з джерела постійної напруги та повномостового транзисторного комутатора (АЇ Мазппадапу У. І. Нідп- репоптапсе тийіемеї! іплмепег агіме ої бги5пІез5 ОС. тоїог. Іпіегпаййопа! дошгпаї! ої Зивіаіпабіе апа

Стееп Епегду, 2015, мої. 4(3-1), рр. 1-7, дої: 10.11648/)Циве.5.2015040301.11).

Застосований у цій системі т-фазний модульний багаторівневий інвертор напруги, складений з п послідовно з'єднаних модулів електричного живлення у кожній фазі обмотки статора електродвигуна, дає змогу об'єднати в одну систему тхп низьковольтних джерел постійної напруги та керувати за багаторівневим принципом фазними напругами т-фазного

Зо електродвигуна змінного струму. Це зменшує втрати потужності в інверторі напруги і електродвигуні та підвищує енергетичну ефективність усієї системи. Крім того, зростає відмовостійкість системи живлення та керування завдяки розподілу їх функцій по багатьох модулях. Однак, під час роботи транспортного засобу з малими швидкостями руху та невеликим навантаженням відносні втрати потужності в електродвигуні все ще залишаються високими, а його відмовостійкість низькою.

В основу корисної моделі поставлена задача створити модульну систему електропривода та автономного електричного живлення транспортного засобу з підвищеною енергетичною ефективністю та збільшеною відмовостійкістю усіх складових системи: електродвигуна, його електричного живлення та системи керування рухом.

Поставлена задача вирішується тим, що в модульній системі електропривода та автономного електричного живлення транспортного засобу, що складається з т-фазного електродвигуна змінного струму, т-фазного модульного багаторівневого інвертора напруги, складеного з п послідовно з'єднаних модулів електричного живлення у кожній фазі обмотки статора електродвигуна, причому кожен модуль електричного живлення складається з джерела постійної напруги та повномостового транзисторного комутатора, згідно з корисною моделлю, обмотка статора електродвигуна поділена на два однотипно, але протифазно з'єднані т-фазні обмоткові модулі, п послідовно з'єднаних модулів електричного живлення модульного багаторівневого інвертора напруги включено у кожній з т фаз між однотипними виводами обмоткових модулів, причому зі сторони одного т-фазного обмоткового модуля між крайніми модулями електричного живлення кожної фази модульного багаторівневого інвертора напруги та відповідними фазними виводами обмоткового модуля включено т-фазний двопозиційний перемикач, який в одній позиції з'єднує ці крайні модулі електричного живлення кожної з фаз із відповідними фазними виводами обмоткового модуля, а в іншій позиції з'єднує ці крайні модулі електричного живлення кожної з фаз між собою, розмикаючи фазні виводи обмоткового модуля.

Введення додаткових елементів та відповідних їх з'єднань дозволяє отримати дві підсистеми електроприводу, які мають різні показники і призначені для роботи в різних режимах роботи транспортного засобу. Перша система отримується за одного положення т-фазного двопозиційного перемикача, який з'єднує два модулі т-фазного електродвигуна змінного струму між собою послідовно і забезпечує їх живлення від т-фазного модульного бо багаторівневого інвертора напруги. У цьому режимі забезпечується максимальний електромагнітний момент двигуна і регулювання його кутової швидкості може здійснюватися від нуля до номінальної. Друга система отримується за іншого положення т-фазного двопозиційного перемикача, який підключає т-фазний модульний багаторівневий інвертор напруги лише до одного обмоткового модуля т-фазного електродвигуна змінного струму. У цьому режимі двигун створює лише половину від свого максимального електромагнітного моменту, проте регулювання його кутової швидкості забезпечується вже до подвійного рівня відносно номінального значення. Отримані підсистеми електроприводу мають енергетичні переваги у різних режимах роботи транспортного засобу. Перша - під час рушання, розгону та руху з невеликою швидкістю, а друга - на високих швидкостях руху транспортного засобу. Це забезпечує краще узгодження зі змінним навантаженням транспортного засобу та підвищує енергетичну ефективність електропривода. У випадку відмови в одній підсистемі електропривода, транспортний засіб буде працездатним завдяки іншій, що підвищує його відмовостійкість.

Корисна модель пояснюється кресленнями.

На Фіг 1 зображено функціональну схему модульної системи електропривода та автономного електричного живлення транспортного засобу, а на Фіг. 2 - принципову схему одного модуля електричного живлення т-фазного модульного багаторівневого інвертора напруги.

Модульна система електропривода та автономного електричного живлення транспортного засобу містить два т-фазні обмоткові модулі 1 і 2 статора електродвигуна змінного струму, з фазними обмотками, відповідно, 11, 12,..., Іт та 21, 22,..., 2т, причому ці модулі з'єднані однотипно, зокрема в зірку, проте протифазно: в одному модулі з'єднані разом початки фазних обмоток, а в іншому - кінці Модульний т-фазний багаторівневий інвертор напруги З складається з т фаз, у кожній з яких послідовно з'єднано п модулів електричного живлення, відповідно З, 31.2, ..., Зі, З2.1, 322, ..., Зап, ..., Зти, Зт.2, ..., Зти, ЯКі ВКЛЮЧено у кожній з т фаз між однотипними виводами обмоткових модулів 1 і 2 статора електродвигуна змінного струму.

Зі сторони т-фазного обмоткового модуля 2 між крайніми модулями електричного живлення кожної фази Зтіи, Зт.2, ..., Зтп МОДУЛЬНОГО багаторівневого інвертора напруги З та відповідними фазними виводами 21, 22, ..., 2т обмоткового модуля 2 включено т-фазний двопозиційний

Зо перемикач 4, який складається з т фазних перемикачів 4, 42, ..., Ат. В одній позиції т-фазний двопозиційний перемикач 4 з'єднує крайні модулі електричного живлення кожної з фаз Зти, Зт.2, «.., Зт,п З ВІДПОВІДНИМИ фазними виводами 21, 22, ..., 27 Обмоткового модуля 2, а в іншій позиції він з'єднує ці крайні модулі електричного живлення кожної з фаз Зти, Зт2, ..., Зтп МІЖ СОбоОою, розмикаючи фазні виводи 21, 22, ..., 21 обмоткового модуля 2.

Кожен модуль електричного живлення 3) (і-1, ..., т; |-1, ..., п) складається з джерела постійної напруги 5, включеного в одну діагональ повномостового транзисторного комутатора 6.

Друга діагональ повномостового транзисторного комутатора б служить виходом модуля електричного живлення 3...

Модульна система електропривода та автономного електричного живлення транспортного засобу працює таким чином.

Під час рушання та розгону транспортного засобу, коли необхідне велике тягове зусилля, т- фазний двопозиційний перемикач 4 з'єднує крайні модулі електричного живлення кожної з фаз

Зти, Зт2, ..., Зтп З ВідДПовідними фазними виводами 21, 22, ..., 21 обмоткового модуля 2. При цьому два обмоткові модулі 1 ії 2 т-фазного електродвигуна змінного струму вмикаються між собою пофазно послідовно з обох кінців т-фазного модульного багаторівневого інвертора напруги 3. Останній здійснює спільне керування фазними напругами обох обмоткових модулів 1 і 2 т-фазного електродвигуна змінного струму за багаторівневим принципом, підключаючи у кожен момент часу потрібну кількість джерел постійної напруги 5 в п послідовно з'єднаних у кожній фазі модулів електричного живлення З за допомогою своїх повномостових транзисторних комутаторів 6. Важливо, що для регулювання кожної фазної напруги достатньо забезпечити широтно-імпульсне регулювання вихідної напруги лише в одному з послідовно з'єднаних модулів електричного живлення 3 за допомогою свого повномостового транзисторного комутатора 6. У цьому режимі завдяки роботі обох обмоткових модулів 1 і 2 т- фазного електродвигуна змінного струму забезпечується максимальний електромагнітний момент двигуна, а регулювання його кутової швидкості забезпечується в діапазоні від нуля до номінальної.

Під час роботи транспортного засобу на високих швидкостях, коли вже не потрібне велике тягове зусилля, т-фазний двопозиційний перемикач 4 перемикається в інше положення і з'єднує крайні модулі електричного живлення кожної з фаз Зти, Зт2, ..., Зтп Між собою, 60 розмикаючи фазні виводи 21, 22, ..., 2т обмоткового модуля 2 т-фазного електродвигуна змінного струму. При цьому до т-фазного модульного багаторівневого інвертора напруги З буде підключений лише обмотковий модуль 1 т-фазного електродвигуна змінного струму, а обмотковий модуль 2 буде відключеним. Керування фазними напругами обмоткового модуля 1 теж здійснюється за багаторівневим принципом аналогічно до попереднього режиму роботи, проте обмотковий модуль 1 вже може отримувати повну вихідну напругу т-фазного модульного багаторівневого інвертора напруги 3, а тому може забезпечувати високу швидкість т-фазного електродвигуна змінного струму. У цьому режимі завдяки роботі лише одного обмоткового модуля 1 т-фазного електродвигуна змінного струму забезпечується менший максимальний електромагнітний момент двигуна, проте регулювання його кутової швидкості забезпечується в діапазоні від номінального до максимального значення.

Завдяки доцільній зміні кількості включених обмоткових модулів 1 і 2 т-фазного електродвигуна змінного струму та керуванню їх фазних напруг за багаторівневим принципом з широтно-імпульсним регулюванням вихідної напруги кожної фази лише в одному з послідовно з'єднаних модулів електричного живлення, підвищується енергетична ефективність системи електропривода транспортного засобу. Виконання електричного двигуна змінного струму з двома т-фазними обмотковими модулями 1 і 2, а системи електричного живлення у вигляді тхп модулів, об'єднаних в т-фазний модульний багаторівневий інвертор напруги 3, забезпечують підвищення відмовостійкості роботи всього транспортного засобу.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Модульна система електропривода та автономного електричного живлення транспортного засобу, що складається з т-фазного електродвигуна змінного струму, т-фазного модульного багаторівневого інвертора напруги, складеного з п послідовно з'єднаних модулів електричного живлення у кожній фазі обмотки статора електродвигуна, причому кожен модуль електричного живлення складається з джерела постійної напруги та повномостового транзисторного комутатора, яка відрізняється тим, що обмотка статора електродвигуна поділена на два однотипно, але протифазно з'єднані т-фазні обмоткові модулі, п послідовно з'єднаних модулів електричного живлення модульного багаторівневого інвертора напруги включено у кожній з т

   Зо фаз між однотипними виводами обмоткових модулів, причому зі сторони одного т-фазного обмоткового модуля між крайніми модулями електричного живлення кожної фази модульного багаторівневого інвертора напруги та відповідними фазними виводами обмоткового модуля включено т-фазний двопозиційний перемикач, який в одній позиції з'єднує ці крайні модулі електричного живлення кожної з фаз із відповідними фазними виводами обмоткового модуля, а в іншій позиції з'єднує ці крайні модулі електричного живлення кожної з фаз між собою, розмикаючи фазні виводи обмоткового модуля.