комплектный тяговый электропривод

Формула изобретения

Комплектный тяговый электропривод, содержащий тяговый электродвигатель, якорная обмотка которого через регулятор напряжения, имеющий как минимум две выходные клеммы, подключена к тяговой аккумуляторной батарее; вторичный выпрямитель с выходным фильтром; транзистор, эмиттер которого подключен к минусовой выходной клемме первичного выпрямителя с входным фильтром, подключенным к сетевому шнуру, при этом плюсовая выходная клемма этого выпрямителя подключена через дроссель к коллектору транзистора, отличающийся тем, что дроссель выполнен двухобмоточным, со вторичной обмоткой, подключенной ко входу вторичного выпрямителя, выход которого через первый и второй нормально замкнутые контакты зарядного реле подключен встречно с автомобильной аккумуляторной батареей, а через третий и четвертый нормально разомкнутые контакты подключен встречно с тяговой аккумуляторной батареей, причем обмотка зарядного реле подключена ко входу первичного выпрямителя, а его выходные клеммы через пятый и шестой нормально замкнутые контакты зарядного реле подключены встречно с тяговой аккумуляторной батареей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке высокочастотных зарядных устройств и источников питания с гальванической развязкой выходного напряжения для тягового электропривода аккумуляторных электромобилей.

Известно устройство, патент РФ 2101830, кл. H 02 J 7/10, Н 02 М 7/12, 1998, в котором для зарядки тяговой аккумуляторной батареи используется высокочастотный полумостовой транзисторный преобразователь с гальванической развязкой выходного напряжения.

Недостатком этого устройства является отсутствие возможности осуществлять питание двенадцативольтового электрооборудования (фары, стеклоочиститель и т. п. ) и подзарядку автомобильной (12 В) аккумуляторной батареи во время движения электромобиля, т.е. его вынуждены возить просто как "балласт". Кроме того, это устройство не обеспечивает потребление электрической энергии из сети с коэффициентом мощности, близким к единице.

Наиболее близким техническим решением является устройство, патент РФ 2127200, кл. B 60 L 15/08, H 02 J 7/10, 1999 (прототип), в котором для зарядки тяговой аккумуляторной батареи электромобиля используется силовой преобразователь электропривода, причем с коэффициентом мощности, близким к единице.

Недостатком этого устройства является значительно завышенная установленная мощность ключевых элементов силового преобразователя. Это обусловлено тем, что в тяговом приводе при относительно небольшом напряжении (120 В) требуется коммутировать относительно большие токи (250 А), в то же время при заряде аккумуляторной батареи при относительно малом токе (не более 16 А) необходимо коммутировать сетевое напряжение (более 300 В), т.е. ключевые элементы должны выбираться на максимальный ток и максимальное напряжение, что существенно удорожает силовой преобразователь.

Еще одним недостатком рассматриваемого устройства является отсутствие блока, осуществляющего питание двенадцативольтового электрооборудования электромобиля (фары, стеклоочиститель и т.п.) и подзарядку автомобильной (12 В) аккумуляторной батареи.

Решение технической задачи направлено на расширение функциональных свойств.

Для решения поставленной технической задачи в известном комплектном тяговом электроприводе, содержащем тяговый электродвигатель, якорная обмотка которого через регулятор напряжения, имеющий как минимум две выходные клеммы, подключена к тяговой аккумуляторной батарее; вторичный выпрямитель с выходным фильтром; транзистор, эмиттер которого подключен к минусовой выходной клемме первичного выпрямителя с входным фильтром подключенным к сетевому шнуру.

При этом плюсовая выходная клемма этого выпрямителя подключена через дроссель к коллектору транзистора; дроссель выполнен двухобмоточным, со второй обмоткой, подключенной ко входу вторичного выпрямителя, выход которого через первый и второй нормально замкнутые контакты зарядного реле подключен встречно с автомобильной аккумуляторной батареей, а через третий и четвертый нормально разомкнутые контакты подключен встречно с тяговой аккумуляторной батареей, причем обмотка зарядного реле подключена ко входу первичного выпрямителя, а его выходные клеммы через пятый и шестой нормально замкнутые контакты зарядного реле подключены встречно с тяговой аккумуляторной батареей.

На чертеже схематично показано предлагаемое устройство.

Комплектный тяговый электропривод, содержит тяговый электродвигатель 1, якорная обмотка которого через регулятор напряжения 2, имеющий как минимум две выходные клеммы, подключена к тяговой аккумуляторной батарее 3; вторичный выпрямитель 4 с выходным фильтром; транзистор 5, эмиттер которого подключен к минусовой выходной клемме 6 первичного выпрямителя 7 с входным фильтром, подключенным к сетевому шнуру 8.

При этом плюсовая выходная клемма 9 этого выпрямителя подключена через первую обмотку дросселя 10 к коллектору транзистора 5; причем дроссель 10 выполнен двухобмоточным, со второй обмоткой, подключенной ко входу вторичного выпрямителя 4, выход которого через первый 11 и второй 12 нормально замкнутые контакты зарядного реле 13 подключен встречно с автомобильной аккумуляторной батареей 14, а через третий 15 и четвертый 16 нормально разомкнутые контакты подключен встречно с тяговой аккумуляторной батареей 3, причем обмотка зарядного реле 13 подключена ко входу первичного выпрямителя 7, а его выходные клеммы 6 и 9, через пятый 17 и шестой 18 нормально замкнутые контакты зарядного реле 13 подключены встречно с тяговой аккумуляторной батареей 3.

Комплектный тяговый электропривод работает следующим образом. Регулирование тока в якорной обмотке тягового электродвигателя 1, а следовательно, и момента им развиваемого, во время движения осуществляется за счет соответствующего включения - выключения управляемых ключевых элементов 19, 20 регулятора напряжения 2. На практике роль ключевых элементов 19, 20 выполняют, или тиристоры с соответствующей системой коммутации, или силовые транзисторы. Так как во время движения сетевой шнур 8 не подключен, то обмотка зарядного реле 13 обесточена и однотактный ключевой преобразователь 21, образованный транзистором 5, двухобмоточным дросселем 10 и вторичным выпрямителем 4, оказывается подключенным к тяговой аккумуляторной батарее 3.

Периодическое высокочастотное включение - выключение транзистора 5 обеспечивает подачу в первую обмотку двухобмоточного дросселя 10 импульсного тока, который во время выключенного состояния транзистора 5 индуцируется во второй обмотке, выпрямляется и фильтруется выходным фильтром вторичного выпрямителя 4, обеспечивая питание двенадцативольтового электрооборудования электромобиля (фары, стеклоочиститель и т.п.) и подзарядку автомобильной аккумуляторной батареи 14.

Во время стоянки, когда необходимо произвести заряд тяговой аккумуляторной батареи 3, включают сетевой шнур 8 в розетку, в результате чего на вход первичного выпрямителя 7 поступает сетевое напряжение (220 В), запитывая обмотку зарядного реле 13 и размыкая, тем самым нормально замкнутые контакты 11, 12, 17, 18 и замыкая нормально разомкнутые контакты 15 и 16. При этом выпрямленное сетевое напряжение будет поступать на вход однотактного ключевого преобразователя 21 и амплитуда импульсного тока в первой, а следовательно, и во второй обмотке двухобмоточного дросселя 10 будет зависеть от мгновенного значения сетевого напряжения, обеспечивая, тем самым, потребление электрической энергии из сети с коэффициентом мощности, близким к единице, за счет фильтрации сетевого тока во входном фильтре первичного выпрямителя 7.

Таким образом, расширение функциональных свойств, за счет вновь введенных зарядного реле 13 и второй обмотки дросселя 10 позволило использовать одни и те же элементы для питания двенадцативольтового электрооборудования и подзарядки автомобильной аккумуляторной батареи во время движения, а также для обеспечения заряда тяговой аккумуляторной батареи с коэффициентом мощности, близким к единице во время стоянки.

Применение заявляемого устройства в составе электромобилей АО "АВТОВАЗ" показало его высокую надежность и простоту в эксплуатации, а также, в сравнении с базовым объектом, позволило существенно улучшить стоимостные и массогабаритные показатели комплектного электропривода, а также упростить его компоновочное решение.

Применение заявляемого устройства не ограничено электромобилями с тяговыми аккумуляторными батареями и может быть использовано в автомобилях с гибридными энергоустановками и в различных электротехнических устройствах.