ЭЛЕКТРОПРИВОД

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к электромашиностроению, и может быть использована при изготовлении транспортных средств, станков или устройств бытовой техники, например, кондиционеров, компрессоров, вентиляторов.
Известны конструкции электроприводов колес автомобиля, содержащие аккумуляторную батарею, присоединенную через управляемый преобразователь к приводному двигателю колес (1). В устройстве предусмотрена организация цепей для использования энергии торможения колес. Электропривод имеет недостаточную энергетическую эффективность. Это объясняется тем, что при рекуперационном торможении генерируемое напряжение падает, а накопленный заряд в батарее растет, в результате чего по мере выравнивания потенциалов батареи и генератора темп зарядки батареи замедляется, а затем и вовсе прекращается.
Наиболее близким к полезной модели является электропривод колес автомобиля (2), содержащий электрическую машину с ротором на постоянных магнитах, статорные обмотки которой подсоединены к выводам переменного тока инвертора. Выводы постоянного тока инвертора подключены к источнику электропитания и емкостному накопителю. Инвертор выполнен по трехфазной мостовой схеме на полупроводниковых ключах, управляемых либо по каналу движения либо по каналу торможения. Для повышения эффективности устройства в режиме торможения в силовой контур введен управляемый выпрямитель, а статорные обмотки снабжены дополнительными обмотками. Введение дополнительных элементов отчасти решило поставленную задачу, однако привело к значительному усложнению конструкции и, следовательно, ухудшению масса-габаритных показателей устройства.
Техническим результатом, которого можно достичь при использовании полезной модели, является улучшение масса-габаритных показателей путем упрощения конструкции.
Технический результат достигается за счет того, что в электроприводе, содержащем электрическую машину с ротором на постоянных магнитах, статорные обмотки которой подсоединены к выводам переменного тока инвертора, выводы постоянного тока которого подключены к источнику электропитания и емкостному накопителю, инвертор выполнен по трехфазной мостовой схеме на полупроводниковых ключах, управляемых либо по каналу движения либо по каналу торможения, выводы питания
каждого из каналов связаны с источником электропитания посредством контактов контроллера, обеспечивающего при поступлении команды с источников сигналов «движение» либо «торможение» подключение электропитания к каналу движения либо к каналу торможения соответственно, выходом канала движения являются выходы его блока управления, входы которого присоединены к источнику сигнала «движение» и выходу генератора пилообразного напряжения, канал торможения включает в себя два широтно-импульсных модулятора, первые входы которых подключены к противофазным выходам генератора пилообразного напряжения, а вторые входы - к источнику сигнала «торможение», при этом выходы канала торможения, связанные с выходами первого широтно-импульсного модулятора, соединены с ключами, подключенными к положительному выводу источника электропитания, а выходы канала торможения, связанные с выходами второго широтно-импульсного модулятора, соединены с ключами, подключенными к отрицательному выводу источника электропитания.
На фиг.1 представлена электрическая схема устройства.
На Фиг.2 изображены диаграммы работы переключения ключей инвертора.
Устройство (Фиг.1) содержит электрическую машину 1 с ротором на постоянных магнитах, статорные обмотки которой подсоединены к выводам переменного тока инвертора 2. Выводы постоянного тока инвертора 2 подключены к источнику электропитания 3 и емкостному накопителю, например, молекулярному конденсатору 4. Инвертор 2 выполнен по трехфазной мостовой схеме на полупроводниковых ключах, управляемых либо по каналу движения либо по каналу торможения. Выводы питания каждого из каналов связаны с источником электропитания 3 посредством контактов контроллера 5, обеспечивающего при поступлении команды с источников сигналов «движение» 6 либо «торможение» 7 подключение электропитания к каналу движения либо к каналу торможения соответственно. Выходом канала движения являются выходы его блока управления 8, входы которого присоединены соответственно к источнику сигнала «движение» 6 и выходу генератора пилообразного напряжения 9. Канал торможения включает в себя два широтно-импульсных модулятора 10 и 11, первые входы которых подключены к противофазным выходам генератора пилообразного напряжения 9, а вторые входы - к источнику сигнала «торможение» 7. Первые три выхода канала торможения, связанные с выходами первого широтно-импульсного модулятора 10, соединены с ключами, подключенными к положительному выводу источника электропитания. Вторые три выхода канала торможения, связанные с выходами второго широтно-импульсного модулятора 11, соединены с ключами, подключенными к отрицательному выводу источника электропитания.
Для разделения работы каналов движения и торможения может быть использована любая реализующая функцию «ИЛИ» схема, установленная на входах ключей.
Устройство работает следующим образом.
При поступлении команды поступательного движения (с источника сигнала «движение») контроллер 5 подключает электропитание к блоку управления 8. Блок управления 8 формирует сигналы (А, В, С; А′, В′, С′), которые поступают на управляющие входы ключей инвертора 2. По статорным обмоткам электродвигателя 1 течет ток, создается вращающее магнитное поле, ротор двигателя и, следовательно, колеса автомобиля начинают вращаться. В режиме движения блок управления 8 может работать по любому известному алгоритму, в, частности, с использованием высокочастотной широтно-импульсной модуляции с использованием схем сравнения пилообразного и синусоидального напряжений. Схема управления 8 в зависимости от величины сигнала, поступающего на его входы, позволяет изменять напряжение и частоту (при одновременном приближении формы тока к синусоидальной).
При поступлении команды «торможение» контакты контроллера 5 отключают питание от блока управления 8 и подключают питание к широтно-импульсным модуляторам 10 и 11, в которых пилообразные напряжения сравниваются с напряжением сигнала торможения (Фиг.2а, б), причем пилообразные напряжения на узлы 10 и 11 подают в противофазе. Согласно результатам сравнения на выходах модуляторов, являющихся выходами канала торможения, формируются сигналы управления (А, В, С; А′, В′, С′), которые поступают на входы ключей инвертора (Фиг.2в, г).
Сигналы с первого ШИМ-модулятора 10 одновременно управляют ключами, связанными с положительным выводом источника электропитания, а сигналы с модулятора 11 - ключами, связанными с его отрицательным выводом.
Во время открытого состояния ключей (А, В, С, либо А′, В′, С′) двигатель 1 переходит в режим короткого замыкания, и ток через его статорные обмотки растет, запасая энергию их индуктивностей рассеивания.
Во время закрытого состояния ключей энергия, накопленная в индуктивностях рассеивания, (вне зависимости от напряжения), передается в накопитель 4. При этом, чем больше сигнал торможения, тем на большее время открываются очередные тройки ключей, следствием чего является увеличение накапливаемой в индуктивностях энергии и интенсивности торможения. В последующий полупериод процессы повторяются с той только разницей, что динамическое короткое замыкание обеспечивается открытием ключей, подсоединенных к отрицательному выводу источника питания.
Динамическое короткое замыкание отличается от обычного короткого замыкания тем, что при нем величина токов определяется не только
характеристикой генератора, но и временем торможения, частотой высокочастотной модуляции и индуктивностями рассеивания обмоток.
При увеличении сигнала торможения увеличивается время включения очередной тройки ключей, при этом частота высокочастотной модуляции не изменяется. Это означает, что при тех же параметрах генератора большее количество энергии можно передать в емкостной накопитель, что, в свою очередь, увеличит ток рекуперации и тормозящий момент.
Таким образом, организация принудительного динамического короткого замыкания статорных обмоток в каждом из полупериодов частоты модуляции позволяет рекуперировать энергию торможения в накопитель при минимальном усложнении схемы (введения в канал торможения двух широтно-импульсных модуляторов), что практически не влияет на масса-габаритные показатели конструкции.
Простота конструкции и высокий КПД позволяют рекомендовать данное устройство при изготовлении электроприводов широкого назначения, например, для транспортных средств, станков, устройств бытовой техники.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:
«Электронные компоненты» №11, 2007 г., с.22-35.
RU 74530 U1, Н02Р 1/00, 2008 г.