ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ГИБРИДНОГО АККУМУЛЯТОРНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к области транспортных средств, в частности, к электрическим тяговым системам локомотивов с дизелем и аккумуляторной батареей в качестве силовой энергетической установки.
Известен тяговый привод транспортной установки с автономным питанием от накопителя энергии, который содержит тяговый двигатель, аккумуляторную батарею, два реактора, четыре разделительных диода, главный тиристор, конденсатор, вспомогательный тиристор, зарядный тиристор, подзарядный тиристор, внешний источник питания, при этом один из выводов внешнего источника соединен с анодом коммутирующего тиристора, между катодом которого катодом другого обратного диода включен подзарядный тиристор, причем другие выводы аккумуляторной батареи и внешнего источника питания соединены между собой, а катод одного из перезарядных диодов подключен к аноду главного тиристора, а анод другого перезарядного диода соединен с катодом коммутирующего тиристора.
Установка допускает четыре режима работы: автономный, заряд аккумуляторной батареи от внешнего источника питания, тяговый режим при питании от внешнего источника питания, зарядно-тяговый режим при питании от внешнего источника питания.
(Авторское свидетельство СССР №532542, кл. В60L 15/08, опубликованное 13.08.75 г.)
Недостатком известного привода является большое количество силовых тиристоров и диодов, наличие дополнительных коммутирующих дросселя и конденсатора.
Известен тяговый электропривод транспортного средства с автономным ходом, который содержит тяговый электродвигатель, включенный с возможностью соединения питающей цепью при контактном режиме с контактной сетью, а при бесконтактном режиме с тяговыми аккумуляторными батареями, диодно-тиристорный соединительный узел с блоком управления. Диодно-тиристорный соединительный узел выполнен с возможностью параллельного и последовательного включения аккумуляторных батарей соответственно при заряде и разряде, при этом каждая из аккумуляторных батарей соединена с общими выводами цепей заряда и разряда через соответствующие пары диодов, тиристоры включены между разнополярными полюсами аккумуляторных батарей, а блок управления выполнен с возможностью запирания и группового отпирания тиристоров соответственно при заряде и разряде аккумуляторных батарей.
(Ru, заявка №97106840/28 кл. В60L 11/12, опубликованная 24.04.97 г).
Недостатком известного тягового привода является отсутствие плавного регулирования тока заряда аккумуляторной батареи и тока тяговых электродвигателей при питании их от батареи.
Известен комплектный тяговый электропривод постоянного тока, который является наиболее близким к предлагаемому. У него силовой преобразователь напряжения содержит два последовательно соединенных управляемых ключевых элемента, зашунтированных во встречных направлениях возвратными диодами. К клеммам преобразователя подключены последовательно соединенные конденсаторы. Применение контактора с тремя нормально-замкнутыми блок-контактами позволяет использовать силовой преобразователь напряжения для заряда аккумуляторной батареи. (RU Заявка №96122068/28, кл. В60L 15/08, опубликованная 18.11.96 г.)
Недостатком известного тягового электропривода является ограниченный диапазон мощности, наличие высокочастотного трансформатора, отсутствие гальванической развязки с внешним источником питания.
Техническим результатом полезной модели является создание тягового привода гибридного аккумуляторного транспортного средства с единым регулятором тока тягового электродвигателя и заряда аккумуляторной батареи, расширение регулирования диапазона мощности, снижение массогабаритных показателей и повышение КПД локомотива за счет того, что регулирование тока заряда батареи и тока тягового электродвигателя осуществляется единым транзисторным регулятором тока, а в режиме максимального тока тягового электродвигателя регулятор тока шунтируется контактором, при этом:
- уменьшается масса и габариты оборудования локомотива;
- снижаются потери на тепло как в режиме заряда, так и в режиме тяги.
Указанный технический результат достигается тем, что тяговый электропривод гибридного аккумуляторного транспортного средства, содержащий источник тока, аккумуляторную батарею, тяговый электродвигатель постоянного тока, силовые контакторы в цепях тягового электродвигателя и аккумуляторной батареи, шунтирующий диод, снабжен тяговой аккумуляторной батареей, плюс которой соединен с обмоткой якоря тягового электродвигателя постоянного тока, с трехфазной выпрямительной установкой, соединенной с источником тока для тяги и подзаряда тяговой аккумуляторной батареи в виде синхронного трехфазного генератора, минус тяговой аккумуляторной батареи соединен через первый контактор с минусом трехфазной выпрямительной установки и дополнительно через второй контактор с сериесной обмоткой тягового электродвигателя, к минусам аккумуляторной батареи и сериесной обмотки тягового электродвигателя подключен транзисторный регулятор тока для работы в режимах тяги и заряда тяговой аккумуляторной батареи, при этом коллектор транзистора регулятора тока последовательно через третий контактор подключен к минусовому выводу сериесной обмотки тягового электродвигателя, другим четвертым контактором подключен к минусу тяговой аккумуляторной батареи, а эмиттер транзистора регулятора тока непосредственно подключен к минусу трехфазной выпрямительной установки, и через первый контактор к минусу аккумуляторной батареи, через второй контактор к минусовому выводу сериесной обмотки тягового электродвигателя, параллельно трехфазной выпрямительной установки подключен конденсаторный фильтр, а шунтирующий диод подключен параллельно якорю и сериесной обмотке тягового электродвигателя через третий контактор и параллельно аккумуляторной батарее через четвертый контактор, в результате один и тот же регулятор тока применяется в тяге и заряде аккумуляторной батареи.
На чертеже представлена принципиальная электрическая схема тягового электропривода гибридного аккумуляторного транспортного средства.
Тяговый электропривод содержит тяговую аккумуляторную батарею 1, плюс которой соединен с обмоткой якоря 2 тягового электродвигателя постоянного тока, с трехфазной выпрямительной установкой 3, соединенной с источником тока 4 для тяги и подзаряда тяговой аккумуляторной батареи в виде синхронного трехфазного генератора. Минус тяговой аккумуляторной батареи 1 соединен через первый контактор 5 с минусом трехфазной выпрямительной установки 3 и дополнительно через второй контактор 6 с сериесной обмоткой 7 тягового электродвигателя. К минусам аккумуляторной батареи и сериесной обмотки 7 тягового электродвигателя подключен транзисторный регулятор тока 8 для работы в режимах тяги и заряда тяговой аккумуляторной батареи 1. Ток в транзисторном регуляторе тока 8 течет от коллектора 9 в эмиттер 12. Коллектор 9 транзистора регулятора тока 8 последовательно через третий контактор 10 подключен к минусовому выводу сериесной обмотки 7 тягового электродвигателя, другим четвертым контактором 11 подключен к минусу тяговой аккумуляторной батареи 1, а эмиттер 12 транзистора регулятора тока 8 непосредственно подключен к минусу трехфазной выпрямительной установки 3, и через первый контактор 5 к минусу аккумуляторной батареи 1, через второй контактор 6 к минусовому выводу сериесной обмотки 7 тягового электродвигателя. Для сглаживания выпрямленного пульсирующего напряжения параллельно трехфазной выпрямительной установки подключен конденсаторный фильтр 13. Шунтирующий диод 14 подключен параллельно якорю 2 и сериесной обмотке 7 тягового электродвигателя через третий контактор 10 и параллельно аккумуляторной батарее 1 через четвертый контактор 11.
Тяговый электропривод работает следующим образом.
В режиме заряда аккумуляторной батареи.
Переменное напряжение от синхронного генератора 4 выпрямляется трехфазной выпрямительной установкой 3 и сглаживается конденсаторным фильтром 13. Ток заряда протекает по цепи: плюс выпрямителя 3 - аккумуляторная батарея 1 - четвертый контактор 11 - транзисторный регулятор тока 8 - минус выпрямительной установки 3. Шунтирующий диод 14 обеспечивает снижение выброса напряжения при запирании транзистора транзисторного регулятора тока 8. Работая в режиме широтно-импульсной модуляции, регулятор тока 8 регулирует величину тока заряда аккумуляторной батареи 1. В режиме заряда, когда транзистор регулятора тока 8 становится постоянно открытым, он шунтируется первым контактором 5. Это делается с целью снижения потерь на тепло в транзисторе.
В режиме тяги от аккумуляторной батареи 1.
Тяговый электродвигатель 2 получает питание от аккумуляторной батареи 1 по цепи: плюс аккумуляторная батарея 1 - тяговый электродвигатель 2 - сериесная обмотка 7 тягового электродвигателя 2 - третий контактор 10 - транзистор регулятора тока 8 - первый контактор 5 - минус аккумуляторной батареи 1. Транзистор регулятора тока 8 регулирует величину тока через тяговый электродвигатель 2. Шунтирующий диод 14 обеспечивает режим непрерывности тока в тяговом электродвигателе 2. Когда тяговый электродвигатель 2 переходит в режим питания полным напряжением, транзистор регулятора тока 8 шунтируется вторым контактором 6. Это позволяет снизить потери в электрической передаче.
В режиме тяги от синхронного генератора 4.
Тяговый электродвигатель получает питание от синхронного генератора 4 по цепи: синхронный генератор 4 - плюс выпрямителя 3 - тяговый электродвигатель 2 - сериесная обмотка 7 - третий контактор 10 - транзистор регулятора тока 8 - минус выпрямителя 3. Регулятор тока 8 регулирует величину тока через тяговый электродвигатель 2. Шунтирующий диод 14 обеспечивает режим непрерывности тока в тяговом электродвигателе 2. Когда тяговый электродвигатель переходит в режим питания полным напряжением, регулятор тока 8 шунтируется вторым контактором 6. Это позволяет снизить потери в электрической передаче.
Таким образом, в тяговом электроприводе регулирование тока заряда батареи 1 и тока тягового электродвигателя 2 осуществляется одним силовым транзистором регулятора тока 8, что позволяет уменьшить массу и габариты оборудования тягового привода локомотива транспортного средства, а в режиме максимального напряжения транзистор регулятора тока шунтируется вторым контактором 6, что позволяет снизить потери на тепло в транзисторе как в режиме заряда, так и в режиме тяги.
Представленный тяговый электропривод был испытан на стенде. Стендовые испытания подтвердили возможность применения такого электропривода на подвижном транспорте.