MULTI-AXIS CONVERTER OF ELECTRIC DRIVE
Многоосевой преобразователь электропривода

Предлагаемое изобретение многоосевой преобразователь электропривода относится к электротехнике, в частности к области автоматизированного электропривода и преобразовательной техники и может быть использовано в многодвигательном электротранспортном средстве для управления двумя и более тяговыми электродвигателями, питаемыми от одного, обычно автономного источника питания. Предлагаемое изобретение также может быть применено в кресле-коляске для людей с ограниченными возможностями в части передвижения; трицикле; электромобиле с раздельными электроприводами ведущих колес; при питании электроприводов различных осей от одного общего источника питания.
Известен многоосевой преобразователь электропривода раскрытый в патенте РФ №2413635, опубл. 10.03.2011 и содержит автономный источник питания, два или четыре реверсивных преобразователя для регулирования скорости (момента) приводных электродвигателей; датчик поворота руля и систему управления верхнего уровня (СУВУ), причем упомянутые органы задания моментов движения и торможения и переключатель выбора режима подключены к входам СУВУ, а выходы СУВУ подключены к управляющим входам реверсивных преобразователей, которые выполнены обратимыми, с раздельным заданием уровня ограничения тока в двигательном и тормозном режимах, т.е. с раздельным заданием двигательного и тормозного моментов; кроме того, ко входам СУВУ подключены также выходы реверсивных преобразователей, несущие информацию о токе и скорости приводных электродвигателей, и СУВУ осуществляет формирование задания скорости (момента) приводных электродвигателей с учетом положения руля и педалей газа и тормоза. См. фиг. 1 описания прототипа к патенту RU №2513360, опубл. 20.04.2014. Недостатком этого решения является возможность неравномерной загрузки ведущих колес и невозможность обеспечить требуемое распределение нагрузки в контуре скорости.
Известен, принятый за прототип, многоосевой преобразователь электропривода содержащий силовой источник питания, как минимум два приводных электродвигателя, связанных с колесами электротранспортного средства, и как минимум два реверсивных преобразователя (ПР) для регулирования скорости и момента указанных двигателей Преобразователи потребляют от силовых источников питания (СИП) или отдают при торможении (рекуперация) импульсный ток (что связано с импульсным характером преобразования энергии в ПР) с частотой, кратной несущей частоте преобразования в ПР. При этом, даже при полной идентичности ПР, сдвиг передних фронтов импульсных токов ПР может составлять от нуля до половины периода и является величиной совершенно случайной (имеет случайный характер). Указанное обстоятельство является недостатком известного решения. С точки зрения оптимальной загрузки СИП нулевой сдвиг обуславливает наихудший режим, т.к. при этом амплитуда потребляемого импульсного тока практически удваивается, а частота импульсного потребляемого тока СИП равна частоте тока потребления ПР. Наилучший режим имеет место при сдвиге, обеспечивающем равномерное распределение фронтов импульсных токов ПР в пределах одного периода преобразования. См. описание к патенту RU №2513360, опубл. 20.04.2014. Для двухдвигательного электротранспортного средства сдвиг составит половину периода, для четырехдвигательного - четверть периода. При наличии равномерного сдвига токов потребления ПР амплитуда потребляемого тока СИП при малых и средних нагрузках изменяется слабо, а частота тока СИП становится выше частоты тока потребления ПР. Недостатком является наличие повышенной амплитуды пульсаций и пониженной частоты тока СИП. Это обстоятельство обуславливает необходимость увеличивать емкость (соответственно габариты и стоимость) конденсаторов силового фильтра СИП.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности регулирования электропривода электротранспортного средства, для двух и более числа трехфазных синхронных двигателей, с возбуждением от постоянных магнитов.
Технический результат изобретения заключается в улучшение эксплуатационных характеристик преобразователя многодвигательного электротранспортного средства, таких как массогабаритные показатели ПР (снижение потерь).
Данная цель достигается тем, что многоосевой преобразователь электропривода для двух и более числа трехфазных синхронных двигателей, в том числе и с возбуждением от постоянных магнитов, в том числе и обращенной конструкции (мотор-колес), содержащий усилители мощности, например транзисторные по числу осей (два или более), предварительные усилители (драйвера), по числу осей, имеет ШИМ-управление указанными каналами производится одним микропроцессором, общим для всех осей.
При этом многоосевой преобразователь электропривода для улучшения массогабаритных и энергетических показателей фазы несущего сигнала ШИМ-управления каналами смещают на интервал, определяемый периодом управления, деленным на число осей.
На фиг. 1 представлена структурная схема многоосевого преобразователя электропривода в составе многодвигательного электротранспортного средства (на примере двух осей).
На фиг. 2 представлены графики токов потребления УМ и СИП при скважности менее 0,5 в исходном устройстве.
На фиг. 3 представлены графики токов потребления УМ и СИП при скважности более 0,5 в исходном устройстве.
На фиг. 4 представлены графики токов потребления УМ и СИП при скважности менее 0,5 в предлагаемом устройстве.
На фиг. 5 представлены графики токов потребления УМ и СИП при скважности более 0,5 в предлагаемом устройстве.
Многоосевой преобразователь электропривода (ПР) 1 содержит два транзисторных усилителя мощности (УМ1) 2 и (УМ2) 3, выходы которых подключены к электродвигателям (ЭД1) 4 и (ЭД2) 5, связанным с ведущими колесами электротранспортного средства. Управляющие входы (УМ1) 2 и (УМ2) 3 подключены к выходам промежуточных усилителей (ПУ1) 6 и (ПУ1) 7. Микропроцессорный блок (МП) 8 один общий для обоих усилителей мощности 2 и 3, запитанных от общего силового источника (СИП) 9. На входы МП 8 поступают сигналы от датчиков тока (ДТ1) 10 и (ДТ2) 11, датчиков положения ротора (ДПР1) 12 и (ДПР2) 13, задатчиков скорости и моментов (ЭД1) 4 и (ЭД2) 5, датчиков температуры (на схеме не показаны) и т.п.
СИП
СИП
1
2
1
2
Рассмотрим взаимодействие УМ и СИП в исходном устройстве, при нулевом сдвиге фаз передних фронтов управляющих импульсов УМ. Для простоты изложения рассмотрим управление мостовым каскадом УМ с двигателем постоянного тока. При скважности менее 0,5 и более 0,5 ток I (Рис. 2.а и б) по амплитуде практически удваивается при той же частоте. В предлагаемом устройстве при скважности 0,5 (Рис. 3,а) амплитуда тока I не меняется и соответствует амплитуде токов каналов I и I, а частота в два раза выше. При скважности более 0,5 в токе СИП появляется постоянная составляющая (Рис. 3,б), а амплитуда импульсной составляющей соответствует амплитуде токов каналов (I или I) при удвоенной частоте. Таким образом, применение общего микропроцессора удешевляет устройство и формирование фазы несущего сигнала ШИМ-управления каналами, смещенными на интервал, определяемый периодом управления, деленным на число осей, обеспечивает снижение динамической (импульсной составляющей) нагрузки СИП, уменьшение дополнительных потерь, обусловленных пульсациям тока СИП.