ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО С АВТОНОМНЫМ ХОДОМ

Полезная модель относится к электрическому транспорту, для движения которого применяется электродвигатель с питанием от комбинированных электроустановок, в одном случае питание производится от контактной сети, в другом случае в режиме автономного хода от тяговой батареи.
Известно транспортное средство, выполненное с возможностью зарядки устройства накопления энергии тяговой батареи от внешнего источника напряжения, или от теплового двигателя (патент на изобретение «Устройство управления зарядкой для транспортного средства и транспортное средство». RU 2420849 С1, 2008 г.).
Использование теплового двигателя для зарядки тяговой батареи ведет к загрязнению окружающей среды. Зарядка тяговой батареи от внешнего источника требует наличие в зоне движения транспортного средства сети зарядных станций, что ограничивает возможность применения таких транспортных средств.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является транспортное средство с электроприводом (патент на изобретение «Транспортное средство с автономным ходом» RU 2110419 С1, 1997 г.)
В данном транспортном средстве тяговый электродвигатель при основном ходовом режиме питается от контактной сети, а при автономном движении - от энергоблока, выполненного в виде тяговой аккумуляторной батареи. Транспортное средство приводится в движение экологически чистыми источниками электроэнергии и не загрязняет окружающую среду.
Недостатком транспортного средства является малый запас хода при движении в режиме автономного хода без контактной сети. Соединительный узел транспортного средства, который переключает режимы тяговых батарей содержит диоды, включенные последовательно с тяговой батареей в режимеее разряда. Диоды из-за односторонней проводимости препятствуют возврату энергии рекуперации, возникающей при торможении электрического транспортного средства, в тяговые батареи, что в свою очередь уменьшает дальность автономного хода.
Соединительный узел содержит в своем составе большое количество силовых полупроводниковых приборов, что приводит к большим потерям мощности в них, снижает эксплуатационную надежность названного узла и электрического транспортного средства в целом.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является увеличение дальности автономного хода электрического транспортного средства (ЭТС) и повышение его эксплуатационной надежности.
Поставленная задача решается тем, что в электрическом транспортном средстве с автономным ходом, содержащем тяговый двигатель с тяговым преобразователем, соединительный узел с тяговыми батареями и схемой переключения, тяговый двигатель через тяговый преобразователь подключен к контактной сети при контактном ходовом режиме и подключен через выход постоянного напряжения тягового преобразователя к соединительному узлу с тяговыми аккумуляторными батареями при бесконтактном ходовом режиме, соединительный узел с помощью схемы переключения соединяет тяговые батарей последовательно при работе ЭТС от тяговых батарей в режиме автономного хода или подключает тяговые батареи в режиме заряда при движении ЭТС под контактной сетью к источнику зарядного тока, достигается тем, что в соединительном узле, выполненном в виде двух последовательно соединенных через механический выключатель тяговых батарей, подключенных к соответствующим шинам постоянного напряжения тягового преобразователя минусом первой тяговой батареи и плюсом второй тяговой батареи, дополнительно введены два импульсных ограничителя тока, первый импульсный ограничитель тока включен между плюсом второй тяговой батареи и плюсом первой тяговой батареи, второй импульсныйограничитель тока включен между минусом второй тяговой батареи и минусом первой тяговой батареи.
Введение в схему соединительного узла ЭТС импульсных ограничителей тока для заряда тяговых батарей позволяет получить новые положительные свойства ЭТС.
Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники по научно технической и патентной литературе показывает, что совокупность существенных признаков заявленного технического решения не известна. Использование существенных признаков в заявленной совокупности дает возможность получить новый технический эффект.
Сущность полезной модели поясняется чертежами и рисунками, на которых изображено:
На фиг. 1 - электрическая схема предлагаемого устройства.
Устройство работает следующим образом. При работе от контактной сети 1 напряжение постоянного тока поступает через встроенный выпрямитель полярности преобразователя напряжения 2 к шинам постоянного напряжения 2.1 (+) и 2.2 (-) и тяговому двигателю 3. В режиме движения ЭТС под контактной сетью механический выключатель 4 соединительного узла 5 отключен. От шины постоянного напряжения 2.1 через первый ограничитель тока 6 заряжается первая тяговая батарея 7. Одновременно от шины постоянного напряжения 2.1 по цепи - вторая тяговая батарея 8, второй импульсный ограничитель тока 9 и шина постоянного напряжения 2.2 заряжается вторая тяговая батарея. Реализуется способ заряда тяговых батарей, который характеризуется тем, что максимальное напряжение заряда каждой из батарей может быть по величине больше половины напряжения контактной сети. Это позволяет при последовательном соединении тяговых батарей иметь напряжение на шинах постоянного тока несколько выше, чем напряжение контактной сети при заряде, что позволяет сохранить мощность тягового двигателя в автономномрежиме движения в условиях снижения напряжения на тяговых батареях в ходе их разряда.
Предложенное устройство в отличии от известной схемы позволяет накапливать энергию рекуперации при торможении ЭТС в тяговых батареях при движении в режиме автономного хода. Поясним это следующим образом. В известной схеме в режиме автономного хода последовательно с тяговой батареей включены диоды, которые препятствуют протеканию обратного тока рекуперации от двигателя при его торможении. Использовать энергию рекуперации для заряда тяговых батарей через источник заряда тяговых батарей в известной схеме также невозможно, потому что открытые тиристоры известного устройства в режиме автономного хода создают короткозамкнутую цепь для источника заряда тяговых батарей.
В предлагаемом устройстве при замкнутом механическом выключателе 4 в режиме автономного хода тяговые батареи непосредственно подключены к шинам постоянного напряжения тягового преобразователя и способны использовать обратный ток рекуперации двигателя для подзарядки тяговых батарей при торможении ЭТС.
Оценим величину энергии рекуперации для режима движения троллейбуса в городском цикле. Зададимся типовыми параметрами движения.
ср
V=20 км/час - средняя скорость движения в городском цикле,
ср
S=400 м - средний путь до полной остановки троллейбуса (остановка транспорта или светофор),
Р=160 кН (примерно 16 т) - вес троллейбуса.
Режим движения - разгон до скорости V=40 км/час (1.11 м/сек), движение с этой скоростью, затем торможение до полной остановки.
Затраты энергии для перемещения на данном отрезки пути можно найти, используя выражение для удельного сопротивления движению (Пушков П.М. и др. Методические указания к занятиям по дисциплине«Основы электрической тяги». Уч. пособие для студентов специальности «Электрический транспорт». - Харьков: ХНАГХ, 2008):
Где Н - сила сопротивления движению троллейбуса в Ньютонах (F), кН - вес троллейбуса (Р), соответственно.
Тогда для затраты энергии на перемещения троллейбуса:
Подставляя в последнее выражение (2) численные значения, получим:
п
2
Э=(16+0.004*20)*160*400=1.126 мДж
Полные затраты энергии от контактной сети на данном участке:
к
где Э - кинетическая энергия массы троллейбуса, определяемая по известной формуле:
Тогда по формуле (3) находим:
Э=1.126+0.985=2.111 мДж.
Энергия рекуперации, накапливается при торможении в аккумуляторе и используется в следующем цикле движения:
где К - коэффициент потерь кинетической энергии в цепях троллейбуса: редуктор моста, электродвигатель (в режиме генератора электроэнергии), аккумулятор, электродвигатель, редуктор моста. Примем для расчетов К=0.5, тогда относительно полных затрат величина энергии рекуперации составит:
Наличие дополнительной энергии рекуперации в предлагаемом устройстве примерно на четверть увеличивает дальность движения ЭТС, по сравнению с известным устройством, при равном потреблении энергии от контактной сети.
Повышенная эксплуатационная надежность предлагаемого устройства обеспечивается исключением из соединительного узла минимум семисильноточных высоковольтных диодов и тиристоров, для охлаждения которых требуется система воздушного или жидкостного охлаждения.
В предлагаемом устройстве в соединительном узле эти элементы отсутствуют. Введенные в соединительный узел импульсные ограничители тока по сложности примерно соответствуют источнику зарядного напряжения известного устройства и не ухудшают в целом эксплуатационную надежность ЭТС. На рисунке импульсного ограничителя тока 9 показаны для примера силовые элементы устройства, соединенные по известной схеме DC-DC преобразователя. Из-за отсутствия в таких устройствах разделительного трансформатора данные преобразователи отличаются повышенным КПД и надежностью.