СИСТЕМА ПРИВОДА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к приводам гибридных электротранспортных средств.
Известен электропривод (RU 2222098), содержащий тяговый электродвигатель, якорная обмотка которого через регулятор напряжения подключена к тяговой аккумуляторной батарее. В этом электроприводе за счет введения зарядного реле и двухобмоточного дросселя использованы одни и те же элементы для питания электрооборудования и подзарядки автомобильной аккумуляторной батареи во время движения транспортного средства, а также обеспечения заряда тяговой аккумуляторной батареи во время стоянки. Однако, в таком приводе невозможна зарядка аккумулятора от промышленной сети и нельзя использовать систему привода для выработки электроэнергии для внешнего потребителя.
Другой аналог (RU 2106266, B60L 11/02, 1993) содержит обычный трехфазный асинхронный электродвигатель, механически связанный с колесом транспортного средства, аккумулятор, преобразователь напряжения, включенный между аккумулятором и электродвигателем и выполненный с возможностью регулирования электрической мощности, подаваемой на электродвигатель и генератор, приводимый во вращение двигателем внутреннего сгорания (ДВС), и схему управления для перезарядки аккумулятора. Однако, этот привод не позволяет осуществлять рекуперацию энергии в сеть и проверку функционирования привода, не прибегая к использованию специальных стендов.
Прототипом является система привода транспортного средства (RU 93051 U1, B60L 11/12; 2010), которая содержит ДВС, асинхронный трехфазный генератор (АГ), имеющий привод от ДВС, силовой преобразователь напряжения генератора (СПГ), накопитель энергии, состоящий из аккумуляторных батарей (АБ), бортовое зарядное устройство (ЗУ), выполненное в виде обратимого выпрямительно-инверторного преобразователя, трехфазный асинхронный электродвигатель (АД) привода ведущих колес, систему управления (СУ) режимами движения, зарядки АБ от промышленной электросети, принудительного тренировочного разряда АБ с рекуперацией энергии в сеть, генерации электроэнергии для внешнего потребителя, тестирования тягодинамических характеристик транспортного средства. Технический результат прототипа - расширение функциональных возможностей управления потоками энергии в транспортном средстве. Недостатками прототипа являются низкий уровень экологической чистоты и сложности эксплуатации АБ, недостаточная удельная мощность и невысокие энергетические характеристики электродвигателя.
Известен ряд АД (RU 93019818 А, Н02К 3/28, 1995; RU 93019814 А; RU 93019495 А; RU 93019474; RU 93019473 A; RU 2046515 C1, H02K 17/06, 1995; RU 94035347 A1, H02K 17/12,1996), в которых осуществлено подавление высших гармоник в основном за счет применения обмотки электродвигателя, выполненной составной и внахлест в виде композиции из двух трехфазных обмоток, соединенных, соответственно, в треугольник и звезду. Например, нечетные по кольцу фазные первичные обмотки соединены в звезду и группами подключены к трехфазной сети, а четные - в треугольники и тоже подключены к этой сети, при этом начала одноименных фаз обеих обмоток смещают в пространстве относительно друг друга на 30 эл. град. и вектор индукции каждой из фаз пересекает ось магнитопровода. По сравнению с общеизвестным трехфазным АД, в котором статорная обмотка выполнена в виде секций из множества витков изолированного медного провода, соединенных в разные группы, которые соединены в звезду или треугольник, известный четырехфазный АД и указанные выше АД, включая Русский Параметрический Электродвигатель Яловеги (РПЭДЯ), обладают рядом преимуществ (http://kopen.narod.ru/) и отличаются, прежде всего, большей удельной мощностью и повышенными энергетическими характеристиками, что позволяет применить их в системе электропривода транспортных средств, в частности, без наличия коробки передач.
Кроме того, известен экологически чистый накопитель энергии (НЭ) в виде сверхъемкого конденсатора с двойным электронным слоем типа КДЭС (RU 2196369, H01G 9/00, 2003).
Основным техническим результатом полезной модели является экологическая чистота и повышенные удельная мощность и энергетические характеристики электродвигателя.
Достигается это тем, что система привода транспортного средства содержит ДВС, электрогенератор, имеющий привод от ДВС, СПГ, накопитель энергии (НЭ) состоящий из АБ или экологически чистых сверхъемких конденсаторов с двойным электронным слоем типа КДЭС, ЗУ, выполненное в виде обратимого выпрямительно-инверторного преобразователя, привод ведущих колес в виде четырехфазного АД или РПЭДЯ или включаемого в трехфазную питающую сеть АД с шестифазной однослойной обмоткой статора и/или ротора, систему управления (СУ) режимами, осуществляющую режимы движения, зарядки НЭ от электросети, принудительного тренировочного разряда накопителя в виде аккумуляторных батарей или без нее, генерации электроэнергии для внешнего потребителя, тестирования тягодинамических характеристик транспортного средства. Как и в прототипе, наличие в системе привода ЗУ, выполненного в виде обратимого выпрямительно-инверторного преобразователя, в полезной модели обеспечивает возможность расширенного использования различных режимов работы привода и управления потоками энергии.
Блок-схема одного из вариантов системы привода транспортного средства аналогична блок-схеме прототипа и представлена на фиг.1. Выходной вал ДВС соединен с валом генератора, а выходной вал тягового электродвигателя - с ведущими колесами через коробку передач или без нее. ДВС является источником энергии для асинхронного генератора (АГ). Между генератором и АД привода колес расположены силовой преобразователь генератора (СПГ), накопитель энергии (НЭ), образованный АБ или КДЭС, и силовой тяговый инвертор (СТИ). Последний обеспечивает питание АД привода ведущих колес. Пунктиром на блок-схеме обозначены другие возможные варианты полезной модели, например, привода на ведущие колеса типа «мотор-колесо» (МК) или наличие коробки переключения передач (КПП) между АД и ведущими колесами.
Система привода транспортного средства работает следующим образом:
При движении, когда первичным источником энергии является ДВС, переменное напряжение с выхода АГ преобразуется в СПГ в стабилизированное постоянное напряжение, которое с СПГ преобразуется в переменное трех- или четырехфазное и подается на АД. При этом НЭ аккумулирует избытки вырабатываемой АГ электроэнергии, получает энергию рекуперации при торможении, обеспечивает пиковые нагрузки на колесах. В этом режиме система позволяет стабилизировать режим работы ДВС для максимальной топливной эффективности и обеспечивает экологическую чистоту за счет минимизации выбросов отработанных газов в атмосферу. В режиме накопления энергии напряжение от внешней электросети преобразуется в бортовом ЗУ и происходит заряд НЭ.
В режиме «автономной электростанции» первичным источником энергии выступает как ДВС, так и НЭ. При этом бортовое ЗУ работает как инвертор и на клеммах переменного тока получается переменное напряжение того или иного промышленного стандарта.
При подключении к внешней электросети на стоянке возможен режим передачи мощности от пары ДВС-АГ через преобразователь генератора и далее через выпрямительно-инверторный преобразователь ЗУ во внешнюю сеть. Это позволяет тестировать характеристики пары ДВС-АГ.
При установке ведущих колес транспортного средства на вращающиеся барабаны испытательного стенда и подключении к внешней электросети возможен режим передачи мощности от сети на двигатель и колеса. Возможен также обратный поток мощности через указанные преобразователи. Такой режим тестирования тягодинамических характеристик транспортного средства подробно описан в прототипе. Возможен также режим тренировочного разряда АБ (при их наличии) с рекуперацией энергии в сеть.
Таким образом, полезная модель в техническом и функциональном отношении приобрела новые качества и расширенный диапазон использования с указанным выше техническим результатом, например, в гибридном автомобиле.